Linux 系统上有两类根本不同的 Linux 可执行程序。第一类是静态链接的可执行程序。静态可执行程序包含执行所需的所有函数 — 换句话说，它们是“完整的”。因为这一原因，静态可执行程序不依赖任何外部库就可以运行。
第二类是动态链接的可执行程序。
静态可执行程序与动态可执行程序比较
我们可以用 ldd 命令来确定某一特定可执行程序是否为静态链接的：
# ldd /sbin/sln
not a dynamic executable
“not a dynamic executable”是 ldd 说明 sln 是静态链接的一种方式。现在，让我们比较 sln 与其非静态同类 ln 的大小：
# ls -l /bin/ln /sbin/sln
-rwxr-xr-x 1 root root 23000 Jan 14 00:36 /bin/ln
-rwxr-xr-x 1 root root 381072 Jan 14 00:31 /sbin/sln
如您所见，sln 的大小超过 ln 十倍。ln 比 sln 小这么多是因为它是动态可执行程序。动态可执行程序是不完整的程序，它依靠外部共享库来提供运行所需的许多函数。
动态链接相关性
要查看 ln 依赖的所有共享库的列表，可以使用 ldd 命令：
# ldd /bin/ln
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40021000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
如您所见，ln 依赖外部共享库 libc.so.6 和
ld-linux.so.2。通常，动态链接的程序比其静态链接的等价程序小得多。不过，静态链接的程序可以在某些低级维护任务中发挥作用。例如，sln
是修改位于 /lib 中的不同库符号链接的极佳工具。但通常您会发现几乎所有 Linux 系统上的可执行程序都是某种动态链接的变体。
动态装入器
那么，如果动态可执行程序不包含运行所需的所有函数，Linux
的哪部分负责将这些程序和所有必需的共享库一起装入，以使它们能正确执行呢？答案是动态装入器（dynamic loader），它实际上是您在 ln
的 ldd 清单中看到的作为共享库相关性列出的 ld-linux.so.2
库。动态装入器负责装入动态链接的可执行程序运行所需的共享库。现在，让我们迅速查看一下动态装入器如何在系统上找到适当的共享库。
ld.so.conf
动态装入器找到共享库要依靠两个文件 — /etc/ld.so.conf 和 /etc/ld.so.cache。如果您对 /etc/ld.so.conf 文件进行 cat 操作，您可能会看到一个与下面类似的清单：
$ cat /etc/ld.so.conf
/usr/X11R6/lib
/usr/lib/gcc-lib/i686-pc-linux-gnu/2.95.3
/usr/lib/mozilla
/usr/lib/qt-x11-2.3.1/lib
/usr/local/lib
ld.so.conf 文件包含一个所有目录（/lib 和 /usr/lib 除外，它们会自动包含在其中）的清单，动态装入器将在其中查找共享库。
ld.so.cache
但是在动态装入器能“看到”这一信息之前，必须将它转换到 ld.so.cache 文件中。可以通过运行 ldconfig 命令做到这一点：
# ldconfig
当 ldconfig 操作结束时，您会有一个最新的 /etc/ld.so.cache 文件，它反映您对 /etc/ld.so.conf 所做的更改。从这一刻起，动态装入器在寻找共享库时会查看您在 /etc/ld.so.conf 中指定的所有新目录。
ldconfig 技巧
要查看 ldconfig 可以“看到”的所有共享库，请输入：
# ldconfig -p | less
还有另一个方便的技巧可以用来配置共享库路径。有时候您希望告诉动态装入器在尝试任何 /etc/ld.so.conf 路径以前先尝试使用特定目录中的共享库。在您运行的较旧的应用程序不能与当前安装的库版本一起工作的情况下，这会比较方便。
LD_LIBRARY_PATH
要指示动态装入器首先检查某个目录，请将 LD_LIBRARY_PATH 变量设置成您希望搜索的目录。多个路径之间用冒号分隔；例如：
# export LD_LIBRARY_PATH="/usr/lib/old:/opt/lib"
导出 LD_LIBRARY_PATH 后，如有可能，所有从当前 shell 启动的可执行程序都将使用 /usr/lib/old 或 /opt/lib 中的库，如果仍不能满足一些共享库相关性要求，则转回到 /etc/ld.so.conf 中指定的库。
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LINUX动态链接库高级应用
在《LINUX下动态链接库的创建与应用》
一文中,我介绍了LINUX动态链接库的基本知识.其要点是:用户根据实际情况需要,利用dlopen,dlsym,dlclose等动态链接库操作函
数,装入指定的动态链接库中指定的函数,然后加以执行.程序中使用很少的动态函数时,这样的做法尚可.如果程序需要调用大量的动态函数,那么采用这样的编
程手段将是非常繁复的,所以我们必须使用一种更为聪明的办法,以减少代码量,提高工作效率.这就是现在我要举例介绍的《LINUX动态链接库高级应用》.
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注:本文举的例子类似上篇文章,只是文件的内容已做相应修改,裁减了不少.示例程序ady.c和两个动态函数的源程序getdate.c与gettime.c仅修改了头文件的名字,其内容不再列出.本文使用头文件为adatetime.h. |
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要想高效地应用LINUX动态链接库(尤其是用户自己编写的),需要做以下工作: |
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C语言的头文件,可供一个或多个程序引用,里面一般定义程序所需的常量,自定义类型及函数原型说明等.其中的函数原型说明,则供编译器检查语法,用于排除引用参数时类型不一致的错误.只有编写合格的动态链接库头文件,程序员才能正确使用动态链接库内的函数. |
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动态链接库头文件要采用C语言标准格式,其中的动态函数原型定义,不必象上文介绍的那样用(*动态函数名)的描述形式.请看下面的例子:(每行开始的数字为所在行行号,为笔者添加,供注解使用) |
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1 /* adatetime.h : 纵横软件制作中心雨亦奇(zhsoft@371.net)编写, 2002-03-06. */ |
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23 int getdate(DATETYPE *d); /* 取当前日期 */ |
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24 int gettime(TIMETYPE *t); /* 取当前时间 */ |
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注:与上文的datetime.h文件比较,从该头文件第23,24行可以看到,动态函数getdate,gettime的原型定义改变了,不再使用(*getdate),(*gettime)的格式了(这种格式使用较为罗嗦). |
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为了让GCC编译器生成动态链接库,编译时须加选项-shared.(这点须牢记) |
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LINUX系统中,为了让动态链接库能被系统中其它程序共享,其名字应符合“lib*.so*”这种格式.如果某个动态链接库不符合此格式,则LINUX的动态链接库自动装入程序(ld.so)将搜索不到此链接库,其它程序也无法共享之. |
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格式中,第一个*通常表示为简写的库名,第二个*通常表示为该库的版本号.如:在我的系统中,基本C动态链接库的名字为libc.so.6,线程
pthread动态链接库的名字为libpthread.so.0等等.本文例子所生成的动态链接库的名字为libmy.so,虽没有版本号,但也符合所
要求的格式. |
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生成该动态链接库的维护文件makefile-lib内容如下: |
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1 # makefile : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 2002-03-07. |
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5 SRC = getdate.c gettime.c |
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17 cc -s -shared -o $@ $(TGT) |
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注: 维护文件中,第17行用-shared选项以生成动态链接库,用-s选项以去掉目标文件中的符号表,从而减小文件长度. |
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为了让动态链接库为系统所使用,需要维护动态链接库的配置文件--/etc/ld.so.conf.此文件内,存放着可被LINUX共享的动态链接库所在
目录的名字(系统目录/lib,/usr/lib除外),各个目录名间以空白字符(空格,换行等)或冒号或逗号分隔.一般的LINUX发行版中,此文件均
含一个共享目录/usr/X11R6/lib,为X window窗口系统的动态链接库所在的目录. |
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由上可以看出,该动态库配置文件中,增加了一个/usr/zzz/lib目录.这是我自己新建的共享库目录,下面存放我新开发的可供系统共享的动态链接库. |
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为了让动态链接库为系统所共享,还需运行动态链接库的管理命令--ldconfig.此执行程序存放在/sbin目录下. |
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ldconfig命令的用途,主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下,搜
索出可共享的动态链接库(格式如前介绍,lib*.so*),进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件.缓存文件默认为
/etc/ld.so.cache,此文件保存已排好序的动态链接库名字列表. |
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ldconfig通常在系统启动时运行,而当用户安装了一个新的动态链接库时,就需要手工运行这个命令. |
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ldconfig [-v|--verbose] [-n] [-N] [-X] [-f CONF] [-C CACHE] [-r ROOT]
[-l] [-p|--print-cache] [-c FORMAT] [--format=FORMAT] [-V]
[-?|--help|--usage] path... |
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(1) -v或--verbose : 用此选项时,ldconfig将显示正在扫描的目录及搜索到的动态链接库,还有它所创建的连接的名字. |
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(2) -n : 用此选项时,ldconfig仅扫描命令行指定的目录,不扫描默认目录(/lib,/usr/lib),也不扫描配置文件/etc/ld.so.conf所列的目录. |
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(3) -N : 此选项指示ldconfig不重建缓存文件(/etc/ld.so.cache).若未用-X选项,ldconfig照常更新文件的连接. |
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(4) -X : 此选项指示ldconfig不更新文件的连接.若未用-N选项,则缓存文件正常更新. |
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(5) -f CONF : 此选项指定动态链接库的配置文件为CONF,系统默认为/etc/ld.so.conf. |
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(6) -C CACHE : 此选项指定生成的缓存文件为CACHE,系统默认的是/etc/ld.so.cache,此文件存放已排好序的可共享的动态链接库的列表. |
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(7) -r ROOT :
此选项改变应用程序的根目录为ROOT(是调用chroot函数实现的).选择此项时,系统默认的配置文件/etc/ld.so.conf,实际对应的为
ROOT/etc/ld.so.conf.如用-r
/usr/zzz时,打开配置文件/etc/ld.so.conf时,实际打开的是/usr/zzz/etc/ld.so.conf文件.用此选项,可以
大大增加动态链接库管理的灵活性. |
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(8) -l : 通常情况下,ldconfig搜索动态链接库时将自动建立动态链接库的连接.选择此项时,将进入专家模式,需要手工设置连接.一般用户不用此项. |
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(9) -p或--print-cache : 此选项指示ldconfig打印出当前缓存文件所保存的所有共享库的名字. |
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(10) -c FORMAT 或 --format=FORMAT : 此选项用于指定缓存文件所使用的格式,共有三种:old(老格式),new(新格式)和compat(兼容格式,此为默认格式). |
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(11) -V : 此选项打印出ldconfig的版本信息,而后退出. |
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(12) -? 或 --help 或 --usage : 这三个选项作用相同,都是让ldconfig打印出其帮助信息,而后退出. |
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793 libs found in cache `/etc/ld.so.cache' |
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libzvt.so.2 (libc6) => /usr/lib/libzvt.so.2 |
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libzvt.so (libc6) => /usr/lib/libzvt.so |
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libz.so.1.1.3 (libc6) => /usr/lib/libz.so.1.1.3 |
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libz.so.1 (libc6) => /lib/libz.so.1 |
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注:
有时候用户想知道系统中有哪些动态链接库,或者想知道系统中有没有某个动态链接库,这时,可用-p选项让ldconfig输出缓存文件中的动态链接库列
表,从而查询得到.例子中,ldconfig命令的输出结果第1行表明在缓存文件/etc/ld.so.cache中找到793个共享库,第2行开始便是
一系列共享库的名字及其全名(绝对路径).因为实际输出结果太多,为节省篇幅,以......表示省略的部分. |
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libnss_wins.so -> libnss_wins.so |
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libjscript.so.2 -> libjscript.so.2.0.0 |
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libkspell.so.2 -> libkspell.so.2.0.0 |
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libmej-0.8.10.so -> libmej-0.8.10.so |
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libXaw3d.so.7 -> libXaw3d.so.7.0 |
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注:
ldconfig命令在运行正常的情况下,默认不输出什么东西.本例中用了-v选项,以使ldconfig在运行时输出正在扫描的目录及搜索到的共享库,
用户可以清楚地看到运行的结果.执行结束后,ldconfig将刷新缓存文件/etc/ld.so.cache. |
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# ldconfig /usr/zhsoft/lib |
注: 当用户在某个目录下面创建或拷贝了一个动态链接库,若想使其被系统共享,可以执行一下"ldconfig
目录名"这个命令.此命令的功能在于让ldconfig将指定目录下的动态链接库被系统共享起来,意即:在缓存文件/etc/ld.so.cache中追
加进指定目录下的共享库.本例让系统共享了/usr/zhsoft/lib目录下的动态链接库.需要说明的是,如果此目录不在/lib,/usr/lib
及/etc/ld.so.conf文件所列的目录里面,则再度运行ldconfig时,此目录下的动态链接库可能不被系统共享了.
3.3 动态链接库如何共享
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了解了以上知识,我们可以采用以下三种方法来共享动态链接库:(注:均须在超级用户状态下操作,以我的动态链接库libmy.so共享过程为例) |
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(1)拷贝动态链接库到系统共享目录下,或在系统共享目录下为该动态链接库建立个连接(硬连接或符号连接均可,常用符号连接).这里说的系统共享目录,指
的是LINUX动态链接库存放的目录,它包含/lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件内所列的一系列目录. |
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# ln -s `pwd`/libmy.so /lib |
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(2)将动态链接库所在目录名追加到动态链接库配置文件/etc/ld.so.conf中. |
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(3)利用动态链接库管理命令ldconfig,强制其搜索指定目录,并更新缓存文件,便于动态装入. |
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需要说明的是,这种操作方法虽然有效,但效果是暂时的,供程序测试还可以,一旦再度运行ldconfig,则缓存文件内容可能改变,所需的动态链接库可能
不被系统共享了.与之相比较,前两种方法是可靠的方法,值得业已定型的动态链接库共享时采用.前两种方法还有一个特点,即最后一条命令都是
ldconfig,也即均需要更新一下缓存文件,以确保动态链接库的共享生效. |
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当一个程序使用动态函数时,编译该程序时就必须指定含所用动态函数的动态链接库,否则编译将会出错退出.如本文示例程序ady.c的编译(未明确引用动态链接库libmy.so): |
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/tmp/ccL4FsJp.o: In function `main': |
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/tmp/ccL4FsJp.o(.text+0x43): undefined reference to `gettime' |
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collect2: ld returned 1 exit status |
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注: 因为ady.c所含的动态函数getdate,gettime不在系统函数库中,所以连接时出错. |
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(1)当所用的动态链接库在系统目录(/lib,/usr/lib)下时,可用编译选项-l来引用.即: |
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注:编译时用-l选项引用动态链接库时,库名须使用其缩写形式.本例的my,表示引用libmy.so库.若引用光标库libncurses.so,须用-lncurses.注意,-l选项与参数之间不能有空格,否则会出错. |
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(2)当所用的动态链接库在系统目录(/lib,/usr/lib)以外的目录时,须用编译选项-L来指定动态链接库所在的目录(供编译器查找用),同时用-l选项指定缩写的动态链接库名.即: |
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# cc -L/usr/zzz/lib -lmy -o ady ady.c |
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# cc -o ady ady.c libmy.so |
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# cc -o ady ady.c /lib/libmy.so |
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等等.其中,动态链接库的库名可以采用相对路径形式(文件名不以/开头),也可采用绝对路径形式(文件名以/开头). |
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编译连接好含动态函数的程序后,就可以运行它了.动态链接程序因为共享了系统中的动态链接库,所以其空间占用很小.但这并不意味功能的减少,它的执行与静态连接的程序执行,效果完全相同.在命令提示符下键入程序名及相关参数后回车即可,如下例: |
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检查什么?检查动态链接程序究竟需要哪些共享库,系统中是否已有这些库,没有的话,用户好想办法把这些库装上. |
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怎么检查呢?这里,告诉你一个实用程序--ldd,这个程序就是专门用来检查动态链接程序依赖哪些共享库的. |
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ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE... |
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(1) --version : 此选项用于打印出ldd的版本号. |
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(2) -v 或 --verbose : 此选项指示ldd输出关于所依赖的动态链接库的尽可能详细的信息. |
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(3) -d 或 --data-relocs : 此选项执行重定位,并且显示不存在的函数. |
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(4) -r 或 --function-relocs : 此选项执行数据对象与函数的重定位,同时报告不存在的对象. |
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(5) --help : 此选项用于打印出ldd的帮助信息. |
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注: 上述选项中,常用-v(或--verbose)选项. |
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ldd的命令行参数为FILE...,即一个或多个文件名(动态链接程序或动态链接库). |
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libmy.so => ./libmy.so (0x40026000) |
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libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000) |
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/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000) |
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注:
每行=>前面的,为动态链接程序所需的动态链接库的名字,而=>后面的,则是运行时系统实际调用的动态链接库的名字,所需的动态链接库在系统
中不存在时,=>后面将显示"not
found",括号所括的数字为虚拟的执行地址.本例列出ady所需的三个动态链接库,其中libmy.so为自己新建的动态链接库,而
libc.so.6与/lib/ld-linux.so.2均为系统的动态链接库,前一个为基本C库,后一个动态装入库(用于动态链接库的装入及运行). |
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libmy.so => ./libmy.so (0x40026000) |
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libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000) |
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/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000) |
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libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6 |
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libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6 |
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libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6 |
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libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6 |
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ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1.1) => /lib/ld-linux.so.2 |
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ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2.3) => /lib/ld-linux.so.2 |
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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 |
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注:本例用-v选项以显示尽可能多的信息,所以例中除列出ady所需要的动态链接库外,还列出了程序所需动态链接库版本方面的信息. |
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小结:
在LINUX动态链接库的高级应用中,关键有两点,一是如何让动态链接库为LINUX系统所共享,二是编译连接程序时如何做.让动态链接库为系统所共享,
主要是用ldconfig管理命令,维护好系统共享库的缓存文件/etc/ld.so.cache.编译连接时如何做?注意连接上所用的动态链接库就可以
了.LINUX动态链接库的高级应用,用一用就明白:其实,就是这么简单! |
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点击这里下载示例程序。 |