linux下的静态链接库和动态链接库

静态链接和动态链接原理简介

一个程序的产生，要经过编辑器editor的编辑，编译器compiler的的编译，链接器linker的链接，然后才能够成为可以load到内存的具有执行能力的程序，由于听说过linker and loader这本书，我一直以为在操作系统中存在一个专门将程序load到内存指定位置的系统程序，这个程序叫loader，后来才发现一个程序load到内存是通过linux的系统调用execve(2)来实现，而且对于一个程序中的标明的地址都是虚地址，真正的内存使用要经过地址转换的，但这需要cpu具有内存管理单元的支持，这就把程序员重内存分配中解脱出来。

简单来讲，程序的装入主要包含以下几个步骤：

• 读入可执行文件的头部信息以确定其文件格式及地址空间的大小；
• 以段的形式划分地址空间；
• 将可执行程序读入地址空间中的各个段，建立虚实地址间的映射关系；
• 将bbs段清零；
• 创建堆栈段；
• 建立程序参数、环境变量等程序运行过程中所需的信息；
• 启动运行。

想想一个程序的产生，还是背后有很多神奇的原理在支持，这里说说链接的原理，这个是个困扰我很久的问题，现在也只能看些资料然后做点总结吧。

个人觉得，静态链接的产生是由于C语言模块化的特点，为了将常用的一些功能容易归类的目标代码打包成静态链接库，这样方便管理代码，同时也方便使用，但是静态链接对内存没有节约，这在一些小系统中是很大的一个缺点。目前大部分都是采用的动态链接，动态载入的技术。

对于动态链接，动态载入：

在使用动态链接时，需要在程序映象中每个调用库函数的地方打一个桩（stub）。stub是一小段代码，用于定位已装入内存的相应的库；如果所需的库还不在内存中，stub将指出如何将该函数所在的库装入内存。

当执行到这样一个stub时，首先检查所需的函数是否已位于内存中。如果所需函数尚不在内存中，则首先需要将其装入。不论怎样，stub最终将被调用函数的地址替换掉。这样，在下次运行同一个代码段时，同样的库函数就能直接得以运行，从而省掉了动态链接的额外开销。由此，用到同一个库的所有进程在运行时使用的都是这个库的同一份拷贝。

动态链接的这一特性对于库的升级（比如错误的修正）是至关重要的。当一个库升级到一个新版本时，所有用到这个库的程序将自动使用新的版本。如果不使用动态链接技术，那么所有这些程序都需要被重新链接才能得以访问新版的库。为了避免程序意外使用到一些不兼容的新版的库，通常在程序和库中都包含各自的版本信息。内存中可能会同时存在着一个库的几个版本，但是每个程序可以通过版本信息来决定它到底应该使用哪一个。如果对库只做了微小的改动，库的版本号将保持不变；如果改动较大，则相应递增版本号。因此，如果新版库中含有与早期不兼容的改动，只有那些使用新版库进行编译的程序才会受到影响，而在新版库安装之前进行过链接的程序将继续使用以前的库。这样的系统被称作共享库系统。

动态链接技术还是很复杂的，我们只需要知道，动态链接大概的原理，实现的大概流程，这些我们都是可以通过自己的探索，可以看到写端倪的，借用linux下一些工具，比如:objdump,readelf,gdb，ldd

一般使用objdump -dx    readelf -h

静态链接库和动态链接库的创建

动态链接库的创建

gcc -fPIC -c file1.c

gcc -fPIC -c file2.c

gcc -shared libxxx.so file1.o file2.o

gcc -fPIC -shared libxxx.so file1.c file2.c

这里PIC（Position Independent Code）是地址无关代码

动态链接库的使用

gcc -L. -lxxx main.c -o main

或者

cp libxxx.so /usr/lib/

gcc main.c -o main -lxxx

静态链接库的创建

gcc -c file1.c

gcc -c file2.c

ar rs libxxx.a file1.o file2.o

注： ar命令类似于tar命令，起一个打包的作用，但是把目标文件打包成静态库只能用ar命令而不能用tar命令。选项r表示将后面的文件列表添加到文件包，如果文件包不存在就创建它，如果文件包中已有同名文件就替换成新的。s是专用于生成静态库的，表示为静态库创建索引，这个索引被链接器使用

静态链接库可以说就是一个object文件的打包，没有什么神奇的

 

静态链接库的使用

gcc libxxx.a main.c -o main

或者

cp libxxx.a /usr/lib/

gcc main.c -o main -lxxx

如果在/usr/lib/中既有libxxx.so libxxx.a这时

gcc main.c -o main -lxxx 使用的是libxxx.so

gcc -static main.c -o main -lxxx 使用的是libxxx.a

这里有个不明白的问题，如果使用

gcc -lhello main.c编译报错，gcc  main.c -lhello却可以，觉得参数放前放后不应该引起不一样的结果啊

还发现，.so文件比.a文件要大，反正看到的是这样

注：gcc常用选项

gcc -L你的路径 -lxxx(在库的目录中需要的库)

gcc -g 如果需要调试，不要忘了加上这个选项

参考文献：

程序的链接和装入及Linux下动态链接的实现

Linux C编程一站式学习第20章链接详解 宋劲彬