动态库的制作

动态库（在Windows上称为DLL，即Dynamic Link Library，在Unix-like系统上称为SO，即Shared Object）的制作过程涉及几个关键步骤：编写源代码、编译源代码为共享的动态对象，并链接它们生成动态库。以下是在Unix-like系统和Windows系统上创建动态库的一般步骤。

1. 编写源代码：
   创建你的功能代码的源文件，例如 file1.cpp 和 file2.cpp。

2. 编译源代码为位置无关代码（PIC）：
   位置无关代码是在内存中可灵活定位的代码，适合用于动态库。

   g++ -fpic -c file1.cpp
   g++ -fpic -c file2.cpp
   

3. 创建动态库（.so 文件）：
   使用 g++ 或 gcc 将位置无关的对象文件链接为动态库。

   g++ -shared -o libmydynamic.so file1.o file2.o
   

4. 设置动态库的路径：
   为了让执行文件在运行时能找到动态库，你可能需要设置 LD_LIBRARY_PATH 环境变量或者修改 /etc/ld.so.conf 并运行 ldconfig。

   export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/path/to/library
   

daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ tree
.
├── include
│   └── head.h
├── lib
├── main.c
└── src├── add.c├── div.c├── mult.c└── sub.c3 directories, 6 files
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ cd src
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/src$ gcc -c -fpic *.c
sub.c:2:10: fatal error: head.h: No such file or directory#include "head.h"^~~~~~~~
compilation terminated.
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/src$ gcc -c -fpic *.c -I ../include/
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/src$ tree
.
├── add.c
├── add.o
├── div.c
├── div.o
├── mult.c
├── mult.o
├── sub.c
└── sub.o0 directories, 8 files
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/src$ cd ../lib
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/lib$ gcc -shared ../src/*.o -o libcalc.so
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/lib$ tree
.
└── libcalc.so

动态库的使用

daic@daic:~/Linux/lesson06$ tree
.
├── calc
│   ├── add.c
│   ├── div.c
│   ├── head.h
│   ├── main.c
│   ├── mult.c
│   └── sub.c
└── library├── include│   └── head.h├── lib│   └── libcalc.so├── main.c└── src├── add.c├── div.c├── mult.c└── sub.c5 directories, 13 files
daic@daic:~/Linux/lesson06$ cd library/
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ gcc main.c -o app -I ./include/ -L ./lib -l calc
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ tree
.
├── app
├── include
│   └── head.h
├── lib
│   └── libcalc.so
├── main.c
└── src├── add.c├── div.c├── mult.c└── sub.c3 directories, 8 files
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ ./app 
./app: error while loading shared libraries: libcalc.so: cannot open shared object file: No such file or directory

这里会遇到动态库加载失败的问题

静态库：gcc进行链接时，会把静态库中代码打包到可执行程序中

动态库：gcc进行链接时，动态库代码不会被打包到可执行程序中

程序启动之后，动态库会被动态加载到内存中，通过ldd(list dynamic depdencies)命令检查动态库依赖关系。

daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ ldd main
ldd: ./main: No such file or directory
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ ldd applinux-vdso.so.1 (0x00007ffc19e52000)libcalc.so => not foundlibc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f52bec10000)/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f52bf203000)

动态库加载失败原因

ELF（Executable and Linkable Format）

ELF 是一种常用的文件格式，用于定义程序、库文件（如 .so 文件），甚至是核心转储文件在类 Unix 系统（如 Linux）上的结构。ELF 格式是可执行文件和可链接格式的简称，它是最通用的标准文件格式之一，用于可执行程序和库。

ELF 文件包含了程序执行所需的各种信息，包括代码（也称为“文本”段）、数据段、符号表、重定位表等。对于动态链接库和可执行程序而言，ELF 格式提供了存储和运行时所需的结构信息，使得系统加载器可以正确地映射和执行文件。

动态链接过程

ld-linux.so 是 Linux 系统的动态链接器，负责载入 ELF 文件并解析其依赖的共享库文件。动态链接器的工作流程如下：

1. 读取 ELF 文件的 DT_RPATH 段：这是动态链接时库文件搜索的首选路径，通常在编译时指定。

2. 环境变量 LD_LIBRARY_PATH：如果 DT_RPATH 未定义或不包含所需的库，链接器会查看 LD_LIBRARY_PATH 环境变量。这是一个由用户或管理员设置的环境变量，用于指定额外的库搜索路径。

3. /etc/ld.so.cache 文件：这是一个预先编译的库文件路径列表，由 ldconfig 命令根据系统中安装的库更新。它提供了一种快速查找库文件位置的方法。

4. 标准库目录：如果以上都未找到所需的库，则动态链接器会搜索标准库目录，通常是 /lib 和 /usr/lib。

通过这个过程，动态链接器能够找到所有可执行文件所依赖的共享库，并将它们加载到内存中，使程序可以运行。

这个过程中，如果对特定的库或搜索路径有疑问，或者需要调试与库相关的问题，可以使用 ldd 命令来查看可执行文件所依赖的库及其路径，或者使用 strace 来跟踪程序启动时的系统调用，包括动态链接器的活动。这些工具都是分析和解决与 ELF 文件和动态链接相关问题的有力工具。

解决动态库加载问题

DT_RPATH 我们无法改变，不用管

出现这个错误的原因是操作系统在运行 app 程序时，没有找到需要的动态库 libcalc.so。动态库在运行时需要被加载，如果系统的动态链接器没有在配置的库路径中找到这个库，就会抛出这样的错误。

解决方案：

1. 设置 LD_LIBRARY_PATH 环境变量：
   你可以临时通过设置 LD_LIBRARY_PATH 环境变量来指定附加的库搜索路径。这个环境变量包含了一系列目录，系统在这些目录中搜索需要的动态库。

   export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/path/to/your/library/dir
   ./app
   

   在这个例子中，应该将 /path/to/your/library/dir 替换为 libcalc.so 文件的实际路径，例如：

   export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/daic/Linux/lesson06/library/lib
   ./app
   

2. 将库文件复制到标准库路径：（不推荐）
   另一个解决方案是将 libcalc.so 复制到系统的标准库路径下，如 /usr/lib 或 /usr/local/lib。这样，库文件就会被自动识别，无需设置环境变量。

   sudo cp /home/daic/Linux/lesson06/library/lib/libcalc.so /usr/local/lib/
   sudo ldconfig  # 更新动态链接器的缓存
   ./app
   

3. 在编译时指定 rpath：
   在编译 app 程序时，你可以使用 -rpath 链接选项来指定一个运行时库搜索路径。这个选项告诉动态链接器在特定的位置查找动态库。

   gcc main.c -o app -I ./include/ -L ./lib -lcalc -Wl,-rpath,/home/daic/Linux/lesson06/library/lib
   ./app
   

4. 修改 /etc/ld.so.conf 文件：
   你也可以将你的库路径添加到 /etc/ld.so.conf 文件或者该文件引用的其他文件中，然后运行 ldconfig。这是一个更为永久的解决方案，适用于多个程序或用户需要访问该库。

   echo "/home/daic/Linux/lesson06/library/lib" | sudo tee -a /etc/ld.so.conf
   sudo ldconfig
   ./app
   

以上任一方法都可以解决动态库未找到的问题。选择哪一种取决于你的具体需求和环境。

临时配置环境变量

如果是为了临时测试，设置 LD_LIBRARY_PATH 可能是最快的方法；如果是为了长期或者系统范围的使用，修改 /etc/ld.so.conf 或使用 rpath 可能更为合适。

daic@daic:~/Linux/lesson06/library/lib$ pwd
/home/daic/Linux/lesson06/library/lib
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/lib$ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/daic/Linux/lesson06/library/lib
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/lib$ echo $LD_LIBRARY_PATH 
:/home/daic/Linux/lesson06/library/lib
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/lib$ tree
.
└── libcalc.so0 directories, 1 file
daic@daic:~/Linux/lesson06/library/lib$ cd ..
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ tree
.
├── app
├── include
│   └── head.h
├── lib
│   └── libcalc.so
├── main.c
└── src├── add.c├── div.c├── mult.c└── sub.c3 directories, 8 files
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ ldd applinux-vdso.so.1 (0x00007ffc419de000)libcalc.so => /home/daic/Linux/lesson06/library/lib/libcalc.so (0x00007f648c7a4000)libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f648c3b3000)/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f648cba8000)
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ ./app
a = 20, b = 12
a + b = 32
a - b = 8
a * b = 240
a / b = 1.666667

但是这样配置的环境变量是临时的，只在当前终端中有用

daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ ldd applinux-vdso.so.1 (0x00007ffed4f7c000)libcalc.so => not foundlibc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ff495d08000)/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ff4962fb000)
daic@daic:~/Linux/lesson06/library$ ./app 
./app: error while loading shared libraries: libcalc.so: cannot open shared object file: No such file or directory

在Unix-like系统中，永久设置环境变量通常涉及编辑用户或系统级的配置文件。这些设置会在每次登录或启动一个新的终端会话时自动应用。以下是几种常见的方法来

永久配置环境变量：

对单个用户设置

1. 编辑 .bashrc 或 .profile 文件：
   对于使用 bash shell 的用户，可以在用户的家目录下编辑 .bashrc 文件；如果是登录shell，比如通过图形界面登录，编辑 .profile 文件会更合适。在文件的末尾添加如下行：

   export LD_LIBRARY_PATH="$LD_LIBRARY_PATH:/path/to/your/library"
   

   将 /path/to/your/library 替换成你的实际库路径。保存文件后，这个变量在下次登录时会自动设置。

2. 使改动立即生效：
   你可以通过运行以下命令使 .bashrc 或 .profile 的更改立即生效，而不需要重新登录：

   source ~/.bashrc
   # 或者
   source ~/.profile
   

对所有用户设置

如果你希望为系统上的所有用户设置环境变量，可以编辑 /etc/profile 或 /etc/environment：

1. 编辑 /etc/profile：
   在 /etc/profile 文件中添加同样的 export 命令。这会影响所有使用 bash shell 的用户：

   export LD_LIBRARY_PATH="$LD_LIBRARY_PATH:/path/to/your/library"
   

   这种方式在用户登录时生效，并适用于所有bash用户。

2. 编辑 /etc/environment：
   在 /etc/environment 中设置环境变量略有不同，因为这个文件不是一个脚本，而是一个存储环境变量的列表，每个变量一行：

   LD_LIBRARY_PATH="/usr/lib:/usr/local/lib:/path/to/your/library"
   

   注意，这里不能使用 $LD_LIBRARY_PATH 来引用已存在的值，因为 /etc/environment 不支持shell命令。这个文件由PAM模块读取，适用于所有用户和登录方式。

注意事项

• 当你修改环境变量时，确保不要覆盖掉其他重要的系统路径和设置。
• 对于使用其他shell（如 zsh 或 fish）的系统，你需要修改对应的配置文件，比如 ~/.zshrc 或 ~/.config/fish/config.fish。
• 对于环境变量的永久配置，确保你了解其对系统安全和稳定性的潜在影响，特别是在全局设置时。

以上方法可以帮助你根据需要为个人或整个系统设置环境变量。选择合适的方法取决于你的具体需求和系统环境。