Linux 动态库的编译和使用

1. 动态链接库简介

• 动态库又叫动态链接库，是程序运行的时候加载的库，当动态链接库正确安装后，所有的程序都可以使用动态库来运行程序。动态库是目标文件的集合，目标文件在动态库中的组织方式是按特殊的方式组织形成的。在动态库中函数和变量的地址是相对地址而不是绝对地址，其真实地址在调用动态库的程序加载时形成的。

• 动态库的名字有别名(soname), 真名（realname）和链接名（linkername）。别名是由一个lib前缀，然后是库的名字，最后以“.so”结尾来构成。真名是动态链接库的真实名字，一般总是在别名的基础上添加一个版本号信息。除此之外还有一个链接名，他是在程序链接的时候使用的名字。

• 动态库安装的时候，总是复制库文件到某一个目录，然后使用一个软链接生成一个别名，在库文件更新的时候，仅仅更新软链接即可。

2. 生成动态链接库

生成动态链接库的命令比较简单：

2.1 使用-shared 告诉编译器生成一个动态链接库

2.2 使用选项-fPIC或者-fpic，使得生成的代码与位置无关

gcc -shared -Wl, -soname, libstr.so -o libstr.so.1 string.c

其中，“-shared” 表示要生成的为动态链接库文件；
“-soname, libstr.so” 表示生成的动态链接库的别名为“libstr.so”;
“-o libstr.so” 表示生成名字为“libstr.so.1”的实际动态链接库文件；

2.3 动态链接库的安装

生成动态链接库后，一个很重要的操作是安装，一般情况下，我们将库文件放到系统默认的搜索路径下，常用的有/lib, /usr/lib, /usr/local/lib 。将 动态链接库放到这三个中任意个目录都可以。

3. 动态链接库的配置文件

一般情况下，动态链接库不能随意使用。如果要在运行的程序中使用动态链接库，需要制定系统的动态链接库搜索路径，只有让系统能找到运行时需要的动态链接库才能使用它。 系统中的配置文件/etc/ld.so.conf便是动态链接库的搜索路径配置文件。在这个文件内存放着可以被Linux共享的动态链接库所在目录的名字(系统默认的/lib, /usr/lib除外)。 多个目录之间可以使用空格，换行符进行隔开。
在ubantu虚拟机下查看“/ld.so.conf”文件：

book@www.100ask.org:~$ cat /etc/ld.so.conf
include /etc/ld.so.conf.d/*.conf

根据内容然后查看“/etc/ld.so.conf.d/”目录下的文件：

book@www.100ask.org:/etc/ld.so.conf.d$ cat *.conf
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libfakeroot
# libc default configuration
/usr/local/lib
/usr/lib/vmware-tools/lib32/libvmGuestLib.so
/usr/lib/vmware-tools/lib64/libvmGuestLib.so
/usr/lib/vmware-tools/lib32/libvmGuestLibJava.so
/usr/lib/vmware-tools/lib64/libvmGuestLibJava.so
/usr/lib/vmware-tools/lib32/libDeployPkg.so
/usr/lib/vmware-tools/lib64/libDeployPkg.so
# Multiarch support
/lib/x86_64-linux-gnu
/usr/lib/x86_64-linux-gnu
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/mesa-egl
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/mesa
# Legacy biarch compatibility support
/lib32
/usr/lib32
book@www.100ask.org:/etc/ld.so.conf.d$

所以这个百问网的虚拟机动态库的搜索路径包含了上述列出的目录。

4. 动态链接库管理命令

为了让新增加的动态链接库能够被系统所共享，我们需要设置运行动态链接库的管理命令ldconfig。 ldconfig命令的作用是在系统的默认搜索路径(/lib, /usr/lib, /usr/local/lib)以及动态链接库配置文件所列出的目录里搜索动态链接库，然后创建动态链接装入程序需要的链接和缓存文件。 搜索完毕后将结果写入到缓存文件“/etc/ld.so.cache”中， 文件中保存的是已经排好序的动态链接库名字列表，一般情况下里面的动态链接库很多，我们可以使用ldconfig -p命令来查看列表对应的动态库信息：

book@www.100ask.org:/etc$ ldconfig -p
1137 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
	libzvbi.so.0 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libzvbi.so.0
	libzvbi-chains.so.0 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libzvbi-chains.so.0
	libzmq.so.5 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libzmq.so.5
	libzeitgeist-2.0.so.0 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libzeitgeist-2.0.so.0
	libzeitgeist-1.0.so.1 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libzeitgeist-1.0.so.1
	libz.so.1 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libz.so.1
	libz.so.1 (libc6) => /usr/lib32/libz.so.1
	... ...

使用ldconfig命令默认情况下不输出扫描的结果信息，它的作用是更新系统默认搜索路径和配置文件中制定的搜索路径，然后将扫描结果缓存到“/etc/ld.so.cache”中，供运行程序快速访问调用。

我们也可以通过ldconfig命令来直接指定搜索路径：ldconfig 目录名

但这个是指临时制定，重新执行ldconfig则不会再包括制定的目录，除非在配置文件中添加上该目录。

5. 使用动态链接库

在编译程序的时候，使用动态链接库和静态链接库是一致的， 使用“-l库名”的形式，编译器在生成可执行文件的时候会链接该链接库文件。例如：

gcc -o test main.c -L ./ -lstr

-L : 指定链接动态库的路径
-lstr : 制定链接的动态库名称

这里需要注意的是： 编译的链接动态库和运行的动态链接库并不一致。 运行时的动态链接库需要放到系统搜索路径下。

6. 动态加载库的使用

动态加载库和动态链接库不同的是， 一般的动态链接库需要在程序启动的时候就要寻找动态链接库，找到库函数。而动态加载库可以使用程序的方法控制什么时候 加载。

动态加载库主要函数有： dlopen(), dlclose(), dlsym()和dlerror()。

6.1 打开动态库dlopen()函数

函数dlopen()按照用户指定的方式打开动态链接库。

void *dlopen(const char *filename, int flags);
# filename: 为动态链接库的文件名，当然可以包括路径部分
# flags: 打开方式，一般选择RTLD_LASY
# 函数返回值为库指针

例如我们可以使用下面的栗子打开指定目录下的动态库libbhd_client.so：

void *handle = dlopen("/tos/so/libbhd_client.so", RTLD_LASY);

6.2 获取函数指针dlsys()函数

我们使用动态链接库的最主要目的便是使用其中的函数接口(一个原因是模块间互相独立开发，另一个在于非开源保密)。 函数dlsys()可以获取指定函数名的函数指针，之后我们可以使用函数指针进行相关操作。

void *dlsym(void *handle, char *symbol)
# handle : 为使用函数dlopen()获取到的动态链接库指针
# symbol : 函数的名称
# 返回值为函数指针

6.3 使用动态加载库的栗子1：

#include <stdio.h>
       #include <stdlib.h>
       #include <dlfcn.h>
       #include <gnu/lib-names.h>  /* Defines LIBM_SO (which will be a
                                      string such as "libm.so.6") */
       int main(void)
       {
           void *handle;
           double (*cosine)(double);
           char *error;
           handle = dlopen(LIBM_SO, RTLD_LAZY);
           if (!handle) {
               fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
               exit(EXIT_FAILURE);
           }
           dlerror();    /* Clear any existing error */
           cosine = (double (*)(double)) dlsym(handle, "cos");
/* According to the ISO C standard, casting between function pointers and 'void *', as done above, produces undefined results. POSIX.1-2003 and POSIX.1-2008 accepted this state of affairs and proposed the following workaround:
	*(void **) (&cosine) = dlsym(handle, "cos");
This (clumsy) cast conforms with the ISO C standard and will avoid any compiler warnings. The 2013 Technical Corrigendum to POSIX.1-2008 (a.k.a.POSIX.1-2013) improved matters by requiring that conforming implementations support casting 'void *' to a function pointer. Nevertheless, some compilers (e.g., gcc with the '-pedantic' option) may complain about the cast used in this program. */
           error = dlerror();
           if (error != NULL) {
               fprintf(stderr, "%s\n", error);
               exit(EXIT_FAILURE);
           }
           printf("%f\n", (*cosine)(2.0));
           dlclose(handle);
           exit(EXIT_SUCCESS);
       }

6.4 使用动态加载库的栗子2：

由于我们可以通过程序指定动态加载库的时间，通过动态加载库可以实现模块的动态扩展。
思路如下：

• 在某个特定目录放不同模块编译生成的动态库；
• 程序中遍历该目录下所有的符合条件的动态库，然后打开动态库获取相关函数(例如module_init())，一般为模块的注册或者初始化函数，完成相应模块的加载或初始化操作；
• 这种情况下有个特点：每一个模块的初始化函数名都是固定的（如module_init()）,这样便可以完成模块的动态加载。
  具体代码如下：

#define BFD_CLIENT_REG_FUNC_NAME "bfd_client_register"
static int bfd_client_reg_init(const char *path)
{
	struct dirent *dp;
	DIR *dfd = NULL;
	struct stat stbuf;
	memset(&stbuf, 0, sizeof(struct stat));
	if(stat(path, &stbuf))
	{
		bfd_debug("can not access:%s.\n", path);
		goto err_out;
	}
	if ((stbuf.st_mode & S_IFMT) != S_IFDIR)
	{
		bfd_debug("st_mode error:%d.\n", stbuf.st_mode);
		goto err_out;
	}

	if((dfd = opendir(path)) == NULL)
	{
		bfd_debug("open error:%s\n", path);
		goto err_out;
	}
	while((dp = readdir(dfd)) != NULL)
	{
		if(0 == strcmp(dp->d_name, ".") || 0 == strcmp(dp->d_name, ".."))
		{
			continue;
		}
		if(dp->d_name == strstr(dp->d_name, "libtos_ipp_"))
		{
			char client_path[256];
			strcpy(client_path, path);
			if('/' != path[strlen(path) -1])
			{
				strcat(client_path, "/");
			}
			strcat(client_path, dp->d_name);
			bfd_client_reg_load(client_path);
		}
	}
	closedir(dfd);

	return 0;
err_out:
	if(NULL != dfd)
	{
		closedir(dfd);
	}
	return -1;
}
static int bfd_client_reg_load(const char *dl_name)
{
	int id = -1;
	bfd_client_init_func func;
	void *handle;
	char *error;

	handle = dlopen(dl_name, RTLD_LAZY);
	if(NULL == handle)
	{
		goto err_out;
	}

	func = dlsym(handle, BFD_CLIENT_REG_FUNC_NAME); /*bfd_client_register： 使用模块注册函数完成相应模块的注册*/
	if((error = dlerror()) != NULL)
	{
		goto err_out;
	}
	id = func();   /*执行注册函数*/
	if(id < 0 || id > 5)
	{
		bfd_debug("id err:%d.\n", id);
		goto err_out;
	}
	return 0;
err_out:
	bfd_debug("err_out.\n");
	if(handle)
	{
		dlclose(handle);
	}
	return -1;
}