linux開發(fā)：linux內(nèi)存加載動態(tài)庫？
時間：2019-03-27 來源：華清遠見
1 Linux應用程序可能會使用到兩種函數(shù)庫，一種靜態(tài)庫、一種動態(tài)庫，靜態(tài)庫以.a為擴展名，動態(tài)庫以.so為擴展名。二者都使用廣泛。
2 動態(tài)庫和靜態(tài)庫的基本概念？
靜態(tài)庫，是在可執(zhí)行程序連接時就已經(jīng)加入到執(zhí)行碼中，在物理上成為執(zhí)行程序的一部分；使用靜態(tài)庫編譯的程序運行時無需該庫文件支持，哪里都可以用，但是生成的可執(zhí)行文件較大。動態(tài)庫，是在可執(zhí)行程序啟動時加載到執(zhí)行程序中，可以被多個可執(zhí)行程序共享使用。使用動態(tài)庫編譯生成的程序相對較小，但運行時需要庫文件支持，如果機器里沒有這些庫文件就不能運行。
3 如何使用動態(tài)庫？
動態(tài)庫也叫共享庫，如果在程序連接時使用共享庫，就必須在運行時找到共享庫的位置。Linux的可執(zhí)行程序在執(zhí)行的時候默認是先搜索/lib和/usr/lib這兩個目錄，然后按照/etc/ld.so.conf里面的配置搜索絕對路徑。同時，linux也提供了環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH供用戶選擇使用，用戶可以通過它來查找默認路徑之外的其他路徑，如要查找/work/lib路徑，你可以在/etc/rc.d/rc.local或其他系統(tǒng)啟動后即可執(zhí)行到的腳本文件中添加如下語句：LD_LIBRARY_PATH=/work/lib:$(LD_LIBRARY_PATH)。并且LD_LIBRARY_PATH路徑優(yōu)先于系統(tǒng)默認路徑之前查找。
不過LD_LIBRARY_PATH的設定作用是全局的，過多的使用可能會影響到其他應用程序的運行，所以多用在調(diào)試。
4 庫的連接路經(jīng)和運行路經(jīng)
現(xiàn)代連接器在處理動態(tài)庫時將鏈接時路徑（Link-time path）和運行時路徑（Run-time path）分開,用戶可以通過-L指定連接時庫的路徑，通過-R（或-rpath）指定程序運行時庫的路徑，大大提高了庫應用的靈活性。比如我們做嵌入式移植時#arm-linux-gcc $(CFLAGS) –o target –L/work/lib/zlib/ -llibz-1.2.3 (work/lib/zlib下是交叉編譯好的zlib庫)，將target編譯好后我們只要把zlib庫拷貝到開發(fā)板的系統(tǒng)默認路徑下即可。或者通過- rpath（或-R ）、LD_LIBRARY_PATH指定查找路徑
5 動態(tài)庫的加載使用？
基本上每個linux程序都至少會用一個動態(tài)庫，查看某個程序使用了那些動態(tài)庫，使用命令ldd查看
如：#ldd /bin/ls (查看系統(tǒng)中l(wèi)s用到的動態(tài)庫)
#ldd main (查看自定義main用到的動態(tài)庫)
#ldd -u main(查看自定義main中無用的動態(tài)庫)
#strace ./main(查看程序啟動時加載的所有動態(tài)庫)
Linux程序啟動時加載的庫有默認的庫也有顯式手動連接的庫
1 默認：編譯代碼時不手動連接額外庫，那么在代碼中使用到庫函數(shù)時會在運行時自動加載連接需要的庫。
#gcc -o main main.c
#ldd main
linux-vdso.so.1 => (0x00007fffa1b6d000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ff4fde52000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ff4fe230000)
2 手動：編譯代碼時手動添加額外的庫，那么在程序運行時，既要加載默認的庫，還要加載手動添加的庫。加載的庫多了，會影響程序啟動的速度。
#gcc -o main1 -lm -lrt main.c (編譯時手動連接數(shù)學庫、線程庫)
#ldd main1
linux-vdso.so.1 => (0x00007fff88770000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f993a0cc000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f993a4aa000)
#strace ./main1
從程序運行中可以看出main1運行時即加載了默認庫，也加載了手動指定的庫（在此手動指定的數(shù)學庫、線程庫是代碼不需要的，但在程序運行時也加載了），會影響整個程序的加載速度。
大家知不知道linux從程序（program或對象）變成進程（process或進程），要經(jīng)過哪些步驟呢，簡單的說分三步：
1、fork進程，在內(nèi)核創(chuàng)建進程相關內(nèi)核項，加載進程可執(zhí)行文件；
2、查找依賴的so，一一加載映射虛擬地址
3、初始化程序變量。
可以看到，第二步中dll依賴越多，進程啟動越慢，并且發(fā)布程序的時候，有這些鏈接但沒有使用的so，同樣要一起跟著發(fā)布，否則進程啟動時候，會失敗，找不到對應的so。所以我們不能像上面那樣，把一些毫無意義的so鏈接進來，浪費資源。
6 關于Linux程序連接so有兩種方式：隱式和顯示
所謂顯示就是程序主動調(diào)用dlopen打開相關so；首先,dlopen的so使用ldd是查看不到的。其次，使用dlopen打開的so并不是在進程啟動時候加載映射的，而是當進程運行到調(diào)用dlopen代碼地方才加載該so，也就是說，如果每個進程顯示鏈接a.so;但是如果發(fā)布該程序時候忘記附帶發(fā)布該a.so,程序仍然能夠正常啟動，甚至如果運行邏輯沒有觸發(fā)運行到調(diào)用dlopen函數(shù)代碼地方。該程序還能正常運行，即使沒有a.so. 既然顯示加載這么多優(yōu)點，那么為什么實際生產(chǎn)中很少碼農(nóng)使用它呢, 主要原因還是起使用不是很方便，需要開發(fā)人員多寫不少代碼。所以不被大多數(shù)碼農(nóng)使用，還有一個重要原因應該是能提前發(fā)現(xiàn)錯誤，在部署的時候就能發(fā)現(xiàn)缺少哪些so，而不是等到實際上限運行的時候才發(fā)現(xiàn)缺東少西。
