在《Linux下動態鏈接庫的創建與應用》一文中,我介紹了LINUX動態鏈接庫的基本知識.其要點是:用戶根據實際情況需要,利用dlopen,dlsym,dlclose等動態鏈接庫操作函數,裝入指定的動態鏈接庫中指定的函數,然後加以執行.程序中使用很少的動態函數時,這樣的做法尚可.如果程序需要調用大量的動態函數,那麼采用這樣的編程手段將是非常繁復的,所以我們必須使用一種更為聰明的辦法,以減少代碼量,提高工作效率.這就是現在我要舉例介紹的《LINUX動態鏈接庫高級應用》.
注:本文舉的例子類似上篇文章,只是文件的內容已做相應修改,裁減了不少.示例程序ady.c和兩個動態函數的源程序getdate.c與gettime.c僅修改了頭文件的名字,其內容不再列出.本文使用頭文件為adatetime.h.
要想高效地應用LINUX動態鏈接庫(尤其是用戶自己編寫的),需要做以下工作:
一、編寫合格的動態鏈接庫頭文件
C語言的頭文件,可供一個或多個程序引用,裡面一般定義程序所需的常量,自定義類型及函數原型說明等.其中的函數原型說明,則供編譯器檢查語法,用於排除引用參數時類型不一致的錯誤.只有編寫合格的動態鏈接庫頭文件,程序員才能正確使用動態鏈接庫內的函數.
動態鏈接庫頭文件要采用C語言標准格式,其中的動態函數原型定義,不必象上文介紹的那樣用(*動態函數名)的描述形式.請看下面的例子:(每行開始的數字為所在行行號,為筆者添加,供注解使用)
1 /* adatetime.h : 縱橫軟件制作中心雨亦奇([email protected])編寫, 2002-03-06. */
2
3 #ifndef __DATETIME_H
4
5 #define __DATETIME_H
6
7 /* 日期結構 */
8 typedef strUCt
9 {
10 int year;
11 int mon;
12 int day;
13 }DATETYPE;
14
15 /* 時間結構 */
16 typedef struct
17 {
18 char hour;
19 char min;
20 char sec;
21 }TIMETYPE;
22
23 int getdate(DATETYPE *d); /* 取當前日期 */
24 int gettime(TIMETYPE *t); /* 取當前時間 */
25
26 #endif
27
注:與上文的datetime.h文件比較,從該頭文件第23,24行可以看到,動態函數getdate,gettime的原型定義改變了,不再使用(*getdate),(*gettime)的格式了(這種格式使用較為羅嗦).
二、正確編譯與命名動態鏈接庫
為了讓GCC編譯器生成動態鏈接庫,編譯時須加選項-shared.(這點須牢記)
LINUX系統中,為了讓動態鏈接庫能被系統中其它程序共享,其名字應符合“lib*.so*”這種格式.如果某個動態鏈接庫不符合此格式,則LINUX的動態鏈接庫自動裝入程序(ld.so)將搜索不到此鏈接庫,其它程序也無法共享之.
格式中,第一個*通常表示為簡寫的庫名,第二個*通常表示為該庫的版本號.如:在我的系統中,基本C動態鏈接庫的名字為libc.so.6,線程 pthread動態鏈接庫的名字為libpthread.so.0等等.本文例子所生成的動態鏈接庫的名字為libmy.so,雖沒有版本號,但也符合所要求的格式.
生成該動態鏈接庫的維護文件makefile-lib內容如下:
1 # makefile : 縱橫軟件制作中心雨亦奇編寫, 2002-03-07.
2
3 all : libmy.so
4
5 SRC = getdate.c gettime.c
6
7 TGT = $(SRC:.c=.o)
8
9 $(SRC) : adatetime.h
10 @touch $@
11
12 %.o : %.c
13 cc -c $?
14
15 # 動態鏈接庫(libmy.so)生成
16 libmy.so : $(TGT)
17 cc -s -shared -o $@ $(TGT)
18
運行命令:
$ make -f makefile-lib
$
即生成libmy.so庫.
注: 維護文件中,第17行用-shared選項以生成動態鏈接庫,用-s選項以去掉目標文件中的符號表,從而減小文件長度.
三、共享動態鏈接庫
3.1 動態鏈接庫配置文件
為了讓動態鏈接庫為系統所使用,需要維護動態鏈接庫的配置文件--/etc/ld.so.conf.此文件內,存放著可被LINUX共享的動態鏈接庫所在目錄的名字(系統目錄/lib,/usr/lib除外),各個目錄名間以空白字符(空格,換行等)或冒號或逗號分隔.一般的LINUX發行版中,此文件均含一個共享目錄/usr/X11R6/lib,為X window窗口系統的動態鏈接庫所在的目錄.
下面看看我的系統中此文件的內容如何:
# cat /etc/ld.so.conf
/usr/X11R6/lib
/usr/zzz/lib
#
由上可以看出,該動態庫配置文件中,增加了一個/usr/zzz/lib目錄.這是我自己新建的共享庫目錄,下面存放我新開發的可供系統共享的動態鏈接庫.
3.2 動態鏈接庫管理命令
為了讓動態鏈接庫為系統所共享,還需運行動態鏈接庫的管理命令--ldconfig.此執行程序存放在/sbin目錄下.
ldconfig命令的用途,主要是在默認搜尋目錄(/lib和/usr/lib)以及動態庫配置文件/etc/ld.so.conf內所列的目錄下,搜索出可共享的動態鏈接庫(格式如前介紹,lib*.so*),進而創建出動態裝入程序(ld.so)所需的連接和緩存文件.緩存文件默認為 /etc/ld.so.cache,此文件保存已排好序的動態鏈接庫名字列表.
ldconfig通常在系統啟動時運行,而當用戶安裝了一個新的動態鏈接庫時,就需要手工運行這個命令.
ldconfig命令行用法如下:
ldconfig [-v--verbose] [-n] [-N] [-X] [-f CONF] [-C CACHE] [-r ROOT] [-l] [-p--print-cache] [-c FORMAT] [--format=FORMAT] [-V] [-?--help--usage] path...
ldconfig可用的選項說明如下:
(1) -v或--verbose : 用此選項時,ldconfig將顯示正在掃描的目錄及搜索到的動態鏈接庫,還有它所創建的連接的名字.
(2) -n : 用此選項時,ldconfig僅掃描命令行指定的目錄,不掃描默認目錄(/lib,/usr/lib),也不掃描配置文件/etc/ld.so.conf所列的目錄.
(3) -N : 此選項指示ldconfig不重建緩存文件(/etc/ld.so.cache).若未用-X選項,ldconfig照常更新文件的連接.
(4) -X : 此選項指示ldconfig不更新文件的連接.若未用-N選項,則緩存文件正常更新.
(5) -f CONF : 此選項指定動態鏈接庫的配置文件為CONF,系統默認為/etc/ld.so.conf.
(6) -C CACHE : 此選項指定生成的緩存文件為CACHE,系統默認的是/etc/ld.so.cache,此文件存放已排好序的可共享的動態鏈接庫的列表.
(7) -r ROOT : 此選項改變應用程序的根目錄為ROOT(是調用chroot函數實現的).選擇此項時,系統默認的配置文件/etc/ld.so.conf,實際對應的為 ROOT/etc/ld.so.conf.如用-r /usr/zzz時,打開配置文件/etc/ld.so.conf時,實際打開的是/usr/zzz/etc/ld.so.conf文件.用此選項,可以大大增加動態鏈接庫管理的靈活性.
(8) -l : 通常情況下,ldconfig搜索動態鏈接庫時將自動建立動態鏈接庫的連接.選擇此項時,將進入專家模式,需要手工設置連接.一般用戶不用此項.
(9) -p或--print-cache : 此選項指示ldconfig打印出當前緩存文件所保存的所有共享庫的名字.
(10) -c FORMAT 或 --format=FORMAT : 此選項用於指定緩存文件所使用的格式,共有三種:old(老格式),new(新格式)和compat(兼容格式,此為默認格式).
(11) -V : 此選項打印出ldconfig的版本信息,而後退出.
(12) -? 或 --help 或 --usage : 這三個選項作用相同,都是讓ldconfig打印出其幫助信息,而後退出.
舉三個例子:
例1:
# ldconfig -p
793 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
libzvt.so.2 (libc6) => /usr/lib/libzvt.so.2
libzvt.so (libc6) => /usr/lib/libzvt.so
libz.so.1.1.3 (libc6) => /usr/lib/libz.so.1.1.3
libz.so.1 (libc6) => /lib/libz.so.1
......
#
注: 有時候用戶想知道系統中有哪些動態鏈接庫,或者想知道系統中有沒有某個動態鏈接庫,這時,可用-p選項讓ldconfig輸出緩存文件中的動態鏈接庫列表,從而查詢得到.例子中,ldconfig命令的輸出結果第1行表明在緩存文件/etc/ld.so.cache中找到793個共享庫,第2行開始便是一系列共享庫的名字及其全名(絕對路徑).因為實際輸出結果太多,為節省篇幅,以......表示省略的部分.
例2:
# ldconfig -v
/lib:
liby.so.1 -> liby.so.1
libnss_wins.so -> libnss_wins.so
......
/usr/lib:
libjscript.so.2 -> libjscript.so.2.0.0
libkspell.so.2 -> libkspell.so.2.0.0
......
/usr/X11R6/lib:
libmej-0.8.10.so -> libmej-0.8.10.so
libXaw3d.so.7 -> libXaw3d.so.7.0
......
#
注: ldconfig命令在運行正常的情況下,默認不輸出什麼東西.本例中用了-v選項,以使ldconfig在運行時輸出正在掃描的目錄及搜索到的共享庫, 用戶可以清楚地看到運行的結果.執行結束後,ldconfig將刷新緩存文件/etc/ld.so.cache.
例3:
# ldconfig /usr/zhsoft/lib
#
注: 當用戶在某個目錄下面創建或拷貝了一個動態鏈接庫,若想使其被系統共享,可以執行一下"ldconfig 目錄名"這個命令.此命令的功能在於讓ldconfig將指定目錄下的動態鏈接庫被系統共享起來,意即:在緩存文件/etc/ld.so.cache中追加進指定目錄下的共享庫.本例讓系統共享了/usr/zhsoft/lib目錄下的動態鏈接庫.需要說明的是,如果此目錄不在/lib,/usr/lib 及/etc/ld.so.conf文件所列的目錄裡面,則再度運行ldconfig時,此目錄下的動態鏈接庫可能不被系統共享了.
3.3 動態鏈接庫如何共享
了解了以上知識,我們可以采用以下三種方法來共享動態鏈接庫:(注:均須在超級用戶狀態下操作,以我的動態鏈接庫libmy.so共享過程為例)
(1)拷貝動態鏈接庫到系統共享目錄下,或在系統共享目錄下為該動態鏈接庫建立個連接(硬連接或符號連接均可,常用符號連接).這裡說的系統共享目錄,指的是LINUX動態鏈接庫存放的目錄,它包含/lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件內所列的一系列目錄.
# cp libmy.so /lib
# ldconfig
#
或:
# ln -s `pwd`/libmy.so /lib
# ldconfig
#
(2)將動態鏈接庫所在目錄名追加到動態鏈接庫配置文件/etc/ld.so.conf中.
# pwd >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig
#
(3)利用動態鏈接庫管理命令ldconfig,強制其搜索指定目錄,並更新緩存文件,便於動態裝入.
# ldconfig `pwd`
#
需要說明的是,這種操作方法雖然有效,但效果是暫時的,供程序測試還可以,一旦再度運行ldconfig,則緩存文件內容可能改變,所需的動態鏈接庫可能不被系統共享了.與之相比較,前兩種方法是可靠的方法,值得業已定型的動態鏈接庫共享時采用.前兩種方法還有一個特點,即最後一條命令都是 ldconfig,也即均需要更新一下緩存文件,以確保動態鏈接庫的共享生效.
四、含有動態函數的程序的編譯
4.1 防止編譯因未指定動態鏈接庫而出錯
當一個程序使用動態函數時,編譯該程序時就必須指定含所用動態函數的動態鏈接庫,否則編譯將會出錯退出.如本文示例程序ady.c的編譯(未明確引用動態鏈接庫libmy.so):
# cc -o ady ady.c
/tmp/ccL4FsJp.o: In function `main':
/tmp/ccL4FsJp.o(.text+0x43): undefined reference to `gettime'
collect2: ld returned 1 exit status
#
注: 因為ady.c所含的動態函數getdate,gettime不在系統函數庫中,所以連接時出錯.
4.2 編譯時引用動態鏈接庫的幾種方式
(1)當所用的動態鏈接庫在系統目錄(/lib,/usr/lib)下時,可用編譯選項-l來引用.即:
# cc -lmy -o ady ady.c
#
注:編譯時用-l選項引用動態鏈接庫時,庫名須使用其縮寫形式.本例的my,表示引用libmy.so庫.若引用光標庫libncurses.so,須用-lncurses.注意,-l選項與參數之間不能有空格,否則會出錯.
(2)當所用的動態鏈接庫在系統目錄(/lib,/usr/lib)以外的目錄時,須用編譯選項-L來指定動態鏈接庫所在的目錄(供編譯器查找用),同時用-l選項指定縮寫的動態鏈接庫名.即:
# cc -L/usr/zzz/lib -lmy -o ady ady.c
#
(3)直接引用所需的動態鏈接庫.即:
# cc -o ady ady.c libmy.so
#
或
# cc -o ady ady.c /lib/libmy.so
#
等等.其中,動態鏈接庫的庫名可以采用相對路徑形式(文件名不以/開頭),也可采用絕對路徑形式(文件名以/開頭).
五、動態鏈接程序的運行與檢查
5.1 運行
編譯連接好含動態函數的程序後,就可以運行它了.動態鏈接程序因為共享了系統中的動態鏈接庫,所以其空間占用很小.但這並不意味功能的減少,它的執行與靜態連接的程序執行,效果完全相同.在命令提示符下鍵入程序名及相關參數後回車即可,如下例:
$ ady
動態鏈接庫高級應用示范
當前日期: 2002-03-11
當前時間: 19:39:06
$
5.2 檢查
檢查什麼?檢查動態鏈接程序究竟需要哪些共享庫,系統中是否已有這些庫,沒有的話,用戶好想辦法把這些庫裝上.
怎麼檢查呢?這裡,告訴你一個實用程序--ldd,這個程序就是專門用來檢查動態鏈接程序依賴哪些共享庫的.
ldd命令行用法如下:
ldd [--version] [-v--verbose] [-d--data-relocs] [-r--function-relocs] [--help] FILE...
各選項說明如下:
(1) --version : 此選項用於打印出ldd的版本號.
(2) -v 或 --verbose : 此選項指示ldd輸出關於所依賴的動態鏈接庫的盡可能詳細的信息.
(3) -d 或 --data-relocs : 此選項執行重定位,並且顯示不存在的函數.
(4) -r 或 --function-relocs : 此選項執行數據對象與函數的重定位,同時報告不存在的對象.
(5) --help : 此選項用於打印出ldd的幫助信息.
注: 上述選項中,常用-v(或--verbose)選項.
ldd的命令行參數為FILE...,即一個或多個文件名(動態鏈接程序或動態鏈接庫).
例1:
$ ldd ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
$
注: 每行=>前面的,為動態鏈接程序所需的動態鏈接庫的名字,而=>後面的,則是運行時系統實際調用的動態鏈接庫的名字,所需的動態鏈接庫在系統中不存在時,=>後面將顯示"not found",括號所括的數字為虛擬的執行地址.本例列出ady所需的三個動態鏈接庫,其中libmy.so為自己新建的動態鏈接庫,而 libc.so.6與/lib/ld-linux.so.2均為系統的動態鏈接庫,前一個為基本C庫,後一個動態裝入庫(用於動態鏈接庫的裝入及運行).
例2:
$ ldd -v ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
Version information:
./ady:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
./libmy.so:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
/lib/libc.so.6:
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2.3) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.0) => /lib/ld-linux.so.2
$
注:本例用-v選項以顯示盡可能多的信息,所以例中除列出ady所需要的動態鏈接庫外,還列出了程序所需動態鏈接庫版本方面的信息.
小結: 在LINUX動態鏈接庫的高級應用中,關鍵有兩點,一是如何讓動態鏈接庫為LINUX系統所共享,二是編譯連接程序時如何做.讓動態鏈接庫為系統所共享, 主要是用ldconfig管理命令,維護好系統共享庫的緩存文件/etc/ld.so.cache.編譯連接時如何做?注意連接上所用的動態鏈接庫就可以了.LINUX動態鏈接庫的高級應用,用一用就明白:其實,就是這麼簡單!
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注:本例用-v選項以顯示盡可能多的信息,所以例中除列出ady所需要的動態鏈接庫外,還列出了程序所需動態鏈接庫版本方面的信息.
小結: 在LINUX動態鏈接庫的高級應用中,關鍵有兩點,一是如何讓動態鏈接庫為LINUX系統所共享,二是編譯連接程序時如何做.讓動態鏈接庫為系統所共享, 主要是用ldconfig管理命令,維護好系統共享庫的緩存文件/etc/ld.so.cache.編譯連接時如何做?注意連接上所用的動態鏈接庫就可以了.LINUX動態鏈接庫的高級應用,用一用就明白:其實,就是這麼簡單!
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