tqsheng

1.3、靜態庫，動態庫文件在linux下是如何生成的：

以下面的代碼為例，生成上面用到的hello庫：

/* hello.c */  

#include "hello.h"  
void sayhello()  
{      
    printf("hello,world ");  
}
首先用gcc編繹該文件，在編繹時可以使用任何合法的編繹參數，例如-g加入調試代碼等：
$gcc -c hello.c -o hello.o
1、生成靜態庫 生成靜態庫使用ar工具，其實ar是archive的意思
$ar cqs libhello.a hello.o
2、生成動態庫 用gcc來完成，由于可能存在多個版本，因此通常指定版本號：
$gcc -shared -o libhello.so.1.0 hello.o
 
1.4、庫文件是如何命名的，有沒有什么規范： 
在 linux 下，庫文件一般放在/usr/lib和/lib下， 
靜態庫的名字一般為libxxxx.a，其中 xxxx 是該lib的名稱；
動態庫的名字一般為libxxxx.so.major.minor，xxxx 是該lib的名稱，major是主版本號，minor是副版本號 
 
1.5、可執行程序在執行的時候如何定位共享庫(動態庫)文件 ：
    當系統加載可執行代碼(即庫文件)的時候，能夠知道其所依賴的庫的名字，但是還需要知道絕對路徑，此時就需要系統動態載入器 (dynamic linker/loader) 
    對于 elf 格式的可執行程序，是由 ld-linux.so* 來完成的，它先后搜索 elf 文件的 DT_RPATH 段—環境變量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache 文件列表— /lib/,/usr/lib 目錄找到庫文件后將其載入內存
    如： export LD_LIBRARY_PATH=’pwd’ 
    將當前文件目錄添加為共享目錄 
 
1.6、使用ldd工具，查看可執行程序依賴那些動態庫或著動態庫依賴于那些動態庫：
   ldd 命令可以查看一個可執行程序依賴的共享庫， 
    例如 # ldd /bin/lnlibc.so.6 
        => /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2 
        => /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000) 
    可以看到 ln 命令依賴于 libc 庫和 ld-linux 庫 
 
1.7、使用nm工具，查看靜態庫和動態庫中有那些函數名（T類表示函數是當前庫中定義的，U類表示函數是被調用的，在其它庫中定義的，W類是當前庫中定義，被其它庫中的函數覆蓋）。：
    有時候可能需要查看一個庫中到底有哪些函數，nm工具可以打印出庫中的涉及到的所有符號，這里的庫既可以是靜態的也可以是動態的。
    nm列出的符號有很多， 常見的有三種::
    一種是在庫中被調用，但并沒有在庫中定義(表明需要其他庫支持)，用U表示；
    一種是在庫中定義的函數，用T表示，這是最常見的；
    另外一種是所 謂的“弱態”符號，它們雖然在庫中被定義，但是可能被其他庫中的同名符號覆蓋，用W表示。
    例如，假設開發者希望知道上文提到的hello庫中是否引用了 printf():
    $nm libhello.so | grep printf 
    發現printf是U類符號，說明printf被引用，但是并沒有在庫中定義。
    由此可以推斷，要正常使用hello庫，必須有其它庫支持，使用ldd工具查看hello依賴于哪些庫：
    $ldd hello libc.so.6=>/lib/libc.so.6(0x400la000)  /lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
    從上面的結果可以繼續查看printf最終在哪里被定義，有興趣可以go on
 
1.8、使用ar工具，可以生成靜態庫，同時可以查看靜態庫中包含那些.o文件，即有那些源文件構成。
    可以使用 ar -t libname.a 來查看一個靜態庫由那些.o文件構成。
    可以使用 ar q libname.a xxx1.o  xxx2.o xxx3.o ... xxxn.o 生成靜態庫
    
 
Linux下進行程序設計時，關于庫的使用:
 
一、gcc/g++命令中關于庫的參數:
-shared： 該選項指定生成動態連接庫（讓連接器生成T類型的導出符號表，有時候也生成弱連接W類型的導出符號），不用該標志外部程序無法連接。相當于一個可執行文件
-fPIC：表示編譯為位置獨立(地址無關)的代碼，不用此選項的話，編譯后的代碼是位置相關的，所以動態載入時，是通過代碼拷貝的方式來滿足不同進程的需要，而不能達到真正代碼段共享的目的。
-L：指定鏈接庫的路徑，-L. 表示要連接的庫在當前目錄中
-ltest：指定鏈接庫的名稱為test，編譯器查找動態連接庫時有隱含的命名規則，即在給出的名字前面加上lib，后面加上.so來確定庫的名稱
LD_LIBRARY_PATH：這個環境變量指示動態連接器可以裝載動態庫的路徑。
   當然如果有root權限的話，可以修改/etc/ld.so.conf文件，然后調用 /sbin/ldconfig來達到同樣的目的，
   不過如果沒有root權限，那么只能采用修改LD_LIBRARY_PATH環境變量的方法了。 
調用動態庫的時候，有幾個問題會經常碰到:
    1、有時，明明已經將庫的頭文件所在目錄 通過 “-I” include進來了，庫所在文件通過 “-L”參數引導，并指定了“-l”的庫名，但通過ldd命令察看時，就是死活找不到你指定鏈接的so文件，這時你要作的就是通過修改 LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件來指定動態庫的目錄。通常這樣做就可以解決庫無法鏈接的問題了。
 
二、靜態庫鏈接時搜索路徑的順序： 
   1. ld會去找gcc/g++命令中的參數-L；
   2. 再找gcc的環境變量LIBRARY_PATH,它指定程序靜態鏈接庫文件搜索路徑；
      export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:data/home/billchen/lib 
   3. 再找默認庫目錄 /lib  /usr/lib  /usr/local/lib，這是當初compile gcc時寫在程序內的。 
   
三、動態鏈接時、執行時搜索路徑順序: 
    1. 編譯目標代碼時指定的動態庫搜索路徑；
    2. 環境變量LD_LIBRARY_PATH指定動態庫搜索路徑，它指定程序動態鏈接庫文件搜索路徑；
      export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:data/home/billchen/lib 
    3. 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的動態庫搜索路徑；
    4. 默認的動態庫搜索路徑/lib；
    5. 默認的動態庫搜索路徑/usr/lib。 
 
四、靜態庫和動態鏈接庫同時存在的問題：
   當一個庫同時存在靜態庫和動態庫時，比如libmysqlclient.a和libmysqlclient.so同時存在時：
    在Linux下，動態庫和靜態庫同事存在時，gcc/g++的鏈接程序，默認鏈接的動態庫。
    可以使用下面的方法，給連接器傳遞參數，看是否鏈接動態庫還是靜態庫。
    -WI,-Bstatic -llibname        //指定讓gcc/g++鏈接靜態庫
    使用:
   gcc/g++ test.c -o test -WI,-Bstatic -llibname
   -WI,-Bdynamic -llibname       //指定讓gcc/g++鏈接動態庫
    使用:
   gcc/g++ test.c -o test -WI,-Bdynamic -llibname
   如果要完全靜態加在，使用-static參數，即將所有的庫以靜態的方式鏈入可執行程序，這樣生成的可執行程序，不再依賴任何庫，同事出現的問題是，這樣編譯出來的程序非常大，占用空間。
 
五、有關環境變量： 
    LIBRARY_PATH環境變量：指定程序靜態鏈接庫文件搜索路徑
    LD_LIBRARY_PATH環境變量：指定程序動態鏈接庫文件搜索路徑 
 
六、動態庫升級問題：
   在動態鏈接庫升級時，
   不能使用cp newlib.so oldlib.so，這樣有可能會使程序core掉；
   而應該使用:
   rm oldlib.so 然后 cp newlib.so oldlib.so
   或者
    mv oldlib.so oldlib.so_bak 然后 cp newlib.so oldlib.so

為什么不能用cp newlib.so oldlib.so ?
在替換so文件時，如果在不停程序的情況下，直接用 cp new.so old.so 的方式替換程序使用的動態庫文件會導致正在運行中的程序崩潰。
 
解決方法:
解決的辦法是采用“rm＋cp” 或“mv＋cp” 來替代直接“cp” 的操作方法。
linux系統的動態庫有兩種使用方法：運行時動態鏈接庫，動態加載庫并在程序控制之下使用。
 
1、為什么在不停程序的情況下，直接用 cp 命令替換程序使用的 so 文件，會使程序崩潰？
很多同學在工作中遇到過這樣一個問題，在替換 so 文件時，如果在不停程序的情況下，直接用cp new.so old.so的方式替換程序使用的動態庫文件會導致正在運行中的程序崩潰，退出。
這與 cp 命令的實現有關，cp 并不改變目標文件的 inode，cp 的目標文件會繼承被覆蓋文件的屬性而非源文件。實際上它是這樣實現的：
strace cp libnew.so libold.so 2>&1 |grep open.*lib.*.so
open("libnew.so", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = 3
open("libold.so", O_WRONLY|O_TRUNC|O_LARGEFILE) = 4
在 cp 使用“O_WRONLY|O_TRUNC” 打開目標文件時，原 so 文件的鏡像被意外的破壞了。這樣動態鏈接器 ld.so 不能訪問到 so 文件中的函數入口。從而導致 Segmentation fault，程序崩潰。ld.so 加載 so 文件及“再定位”的機制比較復雜。
 
2、怎樣在不停止程序的情況下替換so文件，并且保證程序不會崩潰？
答案是采用“rm＋cp” 或“mv＋cp” 來替代直接“cp” 的操作方法。
在用新的so文件 libnew.so 替換舊的so文件 libold.so 時，如果采用如下方法：
rm libold.so //如果內核正在使用libold.so，那么inode節點不會立刻別刪除掉。
cp libnew.so libold.so
采用這種方法，目標文件 libold.so 的 inode 其實已經改變了，原來的 libold.so 文件雖然不能用　”ls”查看到，但其 inode 并沒有被真正刪除，直到內核釋放對它的引用。
（即: rm libold.so，此時，如果ld.so正在加在libold.so，內核就在引用libold.so的inode節點，rm libold.so的inode并沒有被真正刪除，當ld.so對libold.so的引用結束，inode才會真正刪除。這樣程序就不會崩潰，因為它還在使用舊的libold.so，當下次再使用libold.so時，已經被替換，就會使用新的libold.so）
同理，mv只是改變了文件名，其 inode 不變，新文件使用了新的 inode。這樣動態鏈接器 ld.so 仍然使用原來文件的 inode 訪問舊的 so 文件。因而程序依然能正常運行。
(即: mv libold.so ***后，如果程序使用動態庫，還是使用舊的inode節點，當下次再使用libold.so時，就會使用新的libold.so)

到這里，為什么直接使用“cp new_exec_file old_exec_file”這樣的命令時，系統會禁止這樣的操作，并且給出這樣的提示“cp: cannot create regular file `old': Text file busy”。這時，我們采用的辦法仍然是用“rm+cp”或者“mv+cp”來替代直接“cp”，這跟以上提到的so文件的替換有同樣的道理。

但是，為什么系統會阻止 cp 覆蓋可執行程序，而不阻止覆蓋 so 文件呢？
這是因為 Linux 有個 Demand Paging 機制，所謂“Demand Paging”，簡單的說，就是系統為了節約物理內存開銷，并不會程序運行時就將所有頁（page）都加載到內存中，而只有在系統有訪問需求時才將其加載。“Demand Paging”要求正在運行中的程序鏡像（注意，并非文件本身）不被意外修改，因此內核在啟動程序后會鎖定這個程序鏡像的 inode。
對于 so 文件，它是靠 ld.so 加載的，而ld.so畢竟也是用戶態程序，沒有權利去鎖定inode，也不應與內核的文件系統底層實現耦合。