一个“程序函数库”简单的说就是一个文件包含了一些编译好的代码和数据,这些编译好的代码和数据可以在事后供其他的程序使用。程序函数库可以使整个程序更加模块化,更容易重新编译,而且更方便升级。
程序函数库可分为3种类型:静态函数库(static libraries)、共享函数库(shared libraries)、动态加载函数库(dynamically loaded libraries)

1 静态函数库

1.1 静态函数库形式

静态函数库实际上就是简单的一个普通的目标文件的集合,一般来说习惯用“.a”作为文件的后缀。在程序执行前就加入到目标程序中去了。

1.2 生成静态函数库方法

ar这个程序来产生静态函数库文件。
创建一个静态函数库文件,或者往一个已经存在地静态函数库文件添加新的目标代码,可以用下面的命令:
ar rcs my_library.a file1.o file2.o
命令解释:这个例子中是把目标代码file1.o和file2.o加入到my_library.a这个函数库文件中,如果my_library.a不存在则创建一个新的文件。
如果你用gcc来编译产生可执行代码的话,你可以用“-l”参数来指定这个库函数。你也可以用ld来做,使用它的“-l”和“-L”参数选项。具体用法可以参考info:gcc。

1.3 静态函数库的优缺点

  • 优点

对函数的源代码进行保密,可以提供一个静态函数库文件。
使用ELF格式的静态库函数生成的代码可以比使用共享函数库(或者动态函数库)的程序运行速度上快一些,大概1-5%。

  • 缺点

耗费内存

2 共享函数库

2.1 共享函数库的形式

共享函数库中的函数是在当一个可执行程序在启动的时候被加载。如果一个共享函数库正常安装,所有的程序在重新运行的时候都可以自动加载最新的函数库中的函数。

2.1.2 共享函数库的命令规则

每个共享函数库都有个特殊的名字,称作“soname”。soname名字命名必须以“lib”作为前缀,然后是函数库的名字,然后是“.so”,最后是版本号信息。不过有个特例,就是非常底层的C库函数都不是以lib开头这样命名的。
每个共享函数库都有一个真正的名字(“real name”),它是包含真正库函数代码的文件。真名有一个主版本号,和一个发行版本号。最后一个发行版本号是可选的,可以没有。主版本号和发行版本号使你可以知道你到底是安装了什么版本的库函数。另外,还有一个名字是编译器编译的时候需要的函数库的名字,这个名字就是简单的soname名字,而不包含任何版本号信息。

2.2 共享库文件位置

文件系统层次化标准FHS(Filesystem Hierarchy Standard)(http://www.pathname.com/fhs)规定了在一个发行包中大部分的函数库文件应该安装到/usr/lib目录下,但是如果某些库是在系统启动的时候要加载的,则放到/lib目录下,而那些不是系统本身一部分的库则放到/usr/local/lib下面。
到底在哪些目录里查找共享函数库呢?这些定义缺省的是放在/etc/ld.so.conf文件里面,我们可以修改这个文件,加入我们自己的一些特殊的路径要求。大多数RedHat系列的发行包的/etc/ld.so.conf文件里面不包括/usr/local/lib这个目录,如果没有这个目录的话,我们可以修改/etc/ld.so.conf,自己手动加上这个条目。

2.3 共享库文件怎么运行。

启动一个ELF格式的二进制可执行文件会自动启动和运行一个program loader。对于Linux系统,这个loader的名字是/lib/ld-linux.so.X(X是版本号)。这个loader启动后,反过来就会load所有的其他本程序要使用的共享函数库。
Linux系统实际上用的是一个高速缓冲的做法。ldconfig缺省情况下读出/etc/ld.so.conf相关信息,然后设置适当地符号链接,然后写一个cache到 /etc/ld.so.cache这个文件中,而这个/etc/ld.so.cache则可以被其他程序有效的使用了。这样的做法可以大大提高访问函数库的速度。这就要求每次新增加一个动态加载的函数库的时候,就要运行ldconfig来更新这个cache,如果要删除某个函数库,或者某个函数库的路径修改了,都要重新运行ldconfig来更新这个cache。通常的一些包管理器在安装一个新的函数库的时候就要运行ldconfig。

2.4 环境变量

LD_LIBRARY_PATH就是可以用来指定函数库查找路径的,而且这个路径通常是在查找标准的路径之前查找。这个是很有用的,特别是在调试一个新的函数库的时候,或者在特殊的场合使用一个非标准的函数库的时候。
环境变量LD_PRELOAD列出了所有共享函数库中需要优先加载的库文件,功能和/etc/ld.so.preload类似。这些都是有/lib/ld-linux.so这个loader来实现的。

2.5 安装和使用共享函数库

一旦你定义了一个共享函数库,你还需要安装它。其实简单的方法就是拷贝你的库文件到指定的标准的目录(例如/usr/lib),然后运行ldconfig。
# cp libsnort.so /usr/lib
# ldconfig libsnort.so
ldconfig: relative path `libsnort.so’ used to build cache

如果你没有权限去做这件事情,例如你不能修改/usr/lib目录,那么你就只好通过修改你的环境变量来实现这些函数库的使用了:

  • ldconfig -n directory_with_shared_libraries
  • 设置 环境变量 LD_LIBRARY_PATH,它是一个以逗号分隔的路径的集合,用来指明共享函数库的搜索路径。

例如,使用bash,就可以这样来启动一个程序my_program:
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH my_program

3 动态加载的函数库

动态加载的函数库Dynamically loaded (DL) libraries是一类函数库,它可以在程序运行过程中的任何时间加载。
Linux系统下,DL函数库与其他函数库在格式上没有特殊的区别,我们前面提到过,它们创建的时候是标准的object格式。主要的区别就是这些函数库不是在程序链接的时候或者启动的时候加载,而是通过一个API来打开一个函数库,寻找符号表,处理错误和关闭函数库。通常C语言环境下,需要包含这个头文件。

  • dlopen

dlopen函数打开一个函数库然后为后面的使用做准备。C语言原形是:
void dlopen(const char filename, int flag);

  • dlerror()

通过调用dlerror()函数,我们可以获得最后一次调用dlopen(),dlsym(),或者dlclose()的错误信息。

  • dlsym()

如果你加载了一个DL函数库而不去使用当然是不可能的了,使用一个DL函数库的最主要的一个函数就是dlsym(),这个函数在一个已经打开的函数库里面查找给定的符号。这个函数如下定义:
void dlsym(void handle, char *symbol);

  • dlclose()

dlopen()函数的反过程就是dlclose()函数,dlclose()函数用力关闭一个DL函数库。Dl函数库维持一个资源利用的计数器,当调用dlclose的时候,就把这个计数器的计数减一,如果计数器为0,则真正的释放掉。真正释放的时候,如果函数库里面有_fini()这个函数,则自动调用_fini()这个函数,做一些必要的处理。Dlclose()返回0表示成功,其他非0值表示错误。