面试 | Linux 下的动态链接库问题

在 Linux 开发时，我们经常会看到一些形如 xxx.so 的名称出现，其中 so 是 Shared Object 的缩写，即可以共享的目标文件，也就是我们所称为的动态链接库，和在 Windows 下大家玩 游戏 时遇到的 xxx.dll 错误中的文件是一个类型的。

面试中经常会问到以下问题：

库是写好的现有的，成熟的，可以复用的代码。现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库，不可能每个人的代码都从零开始，因此库的存在意义非同寻常。本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式，可以被 *** 作系统载入内存执行。

库有两种：

在一个程序的编译过程中，分为以下几个步骤： 预处理 ， 编译 ， 汇编 ， 链接 。本文中讨论的链接库就是针对最后一个步骤「链接」而言的。

动态库和静态库的区别

左图为静态链接库，右图为动态链接库

对于静态链接库而言在链接阶段，会将汇编生成的「目标文件.o」与引用到的库一起链接打包到可执行文件中。因此对应的链接方式称为静态链接：

静态链接可以理解为最后生成了一个「单文件免安装绿色版」的程序，优点在于移植的时候只需要移动这一个文件，缺点在于文件体积非常大，为了解决这样的问题，就有了动态链接库。动态链接库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行时才被载入。

动态库连接到系统空间，如果多个程序连接了同一个库，那么只需要一份，优点在于编译程序的时候不会将对应的库文件全部打包在生成的程序中，而是保留了到对应库的链接，缺点就是移植的时候如果只移动了对应的程序没有安装相关的库的话，就会看到类似以下喜闻乐见的结果了。

在 Linux 下一个动态库有y三个不同名字的文件组成：

当程序在内部列出所需要的链接库时，仅仅使用 soname。当你创建一个链接库时，使用 real name。安装一个新的链接库时，把它复制到一个DLL文件夹里，然后运行程序 ldconfig。ldconfig 检查存在的 real name 文件，并且创建指向它符号链接 soname 文件。可能大家比较常见到的有 libsodium 等。

有了上面关于库的一些基础知识之后，我们可以开始尝试创建一个动态库来供程序使用了。

比如我们有一个求最大值的函数 max(int a,int b,int c) ，放在文件 max.c 中文件内容如下：

可以通过：

将其编译为共享库，-fPIC是编译选项，PIC是 Position Independent Code 的缩写，表示要生成位置无关的代码，这是动态库需要的特性； -shared是链接选项，告诉 gcc 生成动态库而不是可执行文件。为了让用户知道我们的动态库中有哪些接口可用，我们需要编写对应的头文件，比如可以写一个 max.h ：

设置一个驱动函数来测试我们编写的动态库：

通过 gcc test.c -L. -lmax来生成 a.out，其中-lmax表示要链接 libmax.so，-L.表示搜索要链接的库文件时包含当前路径。

但是这样直接运行的话，会出现一个错误：

由于 Linux 是通过/etc/ld.so.cache文件搜寻要链接的动态库的，而 /etc/ld.so.cache 是 ldconfig 程序读取 /etc/ld.so.conf 文件生成的，本次使用的动态库 libmax.so 并不在对应的目录下，就会导致程序无法找到对应的动态链接库，这样我们的解决方法有二：

小结

​动态链接库是各个系统中的一个重要的组成部分且在 Linux 开发相关领域中尤为重要，也是一个面试的高频考点，除了动态链接库以外，还有以下相关知识也是高频考点，在面试前一定要准备好：

本文作者：Nova Kwok

大家都知道在 Linux 可以用 gdb 来调试应用程序，当然前提是用 gcc 编译程序时要加上

-g 参数。

我这篇文章里将讨论一下用 gdb 来调试动态链接库的问题。

首先，假设我们准备这样的一个动态链接库：

QUOTE:

库名称是： ggg

动态链接库文件名是： libggg.so

头文件是： get.h

提供这样两个函数调用接口：

int get ()

int set (int a)

要生成这样一个动态链接库，我们首先编写这样一个头文件：

[Copy to clipboard]

CODE:

/************关于本文档********************************************

*filename: get.h

*purpose: 一个动态链接库头文件示例

*tided by: zhoulifa() 周立发 ()

Linux 爱好者 Linux 知识传播者 SOHO 族 开发者 最擅长 C 语言

*date time: 2006-11-15 21:11:54

*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档，当然包括你的商业用途

* 但请遵循 GPL

*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量，为科学技术发展出力

* 科技站在巨人的肩膀上进步更快！感谢有开源前辈的贡献！

*感谢 提供原始代码，

我在他的基础上整理了此文

*********************************************************************/

int get ()

int set (int a)

然后准备这样一个生成动态链接库的源文件：

[Copy to clipboard]

CODE:

/************关于本文档********************************************

*filename: get.cpp

*purpose: 一个动态链接库源文件示例

*tided by: zhoulifa() 周立发 ()

Linux 爱好者 Linux 知识传播者 SOHO 族 开发者 最擅长 C 语言

*date time:2006-11-15 21:11:54

*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档，当然包括你的商业用途

* 但请遵循 GPL

*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量，为科学技术发展出力

* 科技站在巨人的肩膀上进步更快！感谢有开源前辈的贡献！

*感谢 提供原始代码，

我在他的基础上整理了此文

*********************************************************************/

#include <stdio.h>

#include "get.h"

static int x=0

int get ()

{

printf ("get x=%d\n", x)

return x

}

int set (int a)

{

printf ("set a=%d\n", a)

x = a

return x

}

然后我们用 GNU 的 C/C++ 编译器来生成动态链接库，编译命令如下：

QUOTE:

g++ get.cpp -shared -g -DDEBUG -o

libggg.so

这样我们就准备好了动态链接库了，下面我们编写一个应用程序来调用此动态链接库，源代码如下：

[Copy to clipboard]

CODE:

/************关于本文档********************************************

*filename: pk.cpp

*purpose: 一个调用动态链接库的示例

*tided by: zhoulifa() 周立发 ()

Linux 爱好者 Linux 知识传播者 SOHO 族 开发者 最擅长 C 语言

*date time:2006-11-15 21:11:54

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* 但请遵循 GPL

*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量，为科学技术发展出力

* 科技站在巨人的肩膀上进步更快！感谢有开源前辈的贡献！

*感谢 提供原始代码，

我在他的基础上整理了此文

*********************************************************************/

#include <stdio.h>

#include "get.h"

int main (int argc, char** argv)

{

int a = 100

int b = get ()

int c = set (a)

int d = get ()

printf ("a=%d,b=%d,c=%d,d=%d\n",a,b,c,d)

return 0

}

编译此程序用下列命令，如果已经把上面生成的 libggg.so 放到了库文件搜索路径指定的文件目录，比如 /lib 或 /usr/lib 之类的，就用下面这条命令：

QUOTE:

g++ pk.cpp -o app -Wall -g -lggg

否则就用下面这条命令：

QUOTE:

g++ pk.cpp -o app -Wall -g -lggg -L`pwd`

下面我们就开始调试上面命令生成的 app 程序吧。如果已经把上面生成的 libggg.so 放到了库文件搜索路径指定的文件目录，比如 /lib或 /usr/lib 之类的，调试就顺利完成，如下

：

QUOTE:

./app

GNU gdb 6.4-debian

Copyright 2005 Free Software Foundation,Inc.

GDB is free software, covered by the GNU

General Public License, and you are

welcome to change it and/or distribute

copies of it under certain conditions.

Type "show copying" to see theconditions.

There is absolutely no warranty for GDB.

Type "show warranty" for details.This GDB was configured as "i486-linux-

gnu"...Using host libthread_db library"/lib/tls/i686/cmov/libthread_db.so.1".

(gdb) b main/* 这是在程序的 main 处设置断点 */

Breakpoint 1 at 0x804853c: file pk.cpp,line 7.

(gdb) b set /* 这是在程序的 set 处设置断点 */

Function "set" not defined.

Make breakpoint pending on future shared

library load? (y or [n]) y /* 这里必须选择 y 调试程序才会跟踪到动态链接库内部去

*/Breakpoint 2 (set) pending.

(gdb) run /* 开始运行我们的程序，直到遇见断点时暂停 */

Starting program: /data/example/c/app

Breakpoint 3 at 0xb7f665f8: file get.cpp,line 11.

Pending breakpoint "set" resolved

Breakpoint 1, main (argc=1,argv=0xbf990504) at pk.cpp:7

7 int a = 100

(gdb) n /* 继续执行程序的下一行代码

*/

8 int b = get ()

(gdb) n /* 程序执行到了我们断点所在的动态链接库了 */

get x=0

9 int c = set (a)(gdb) n

Breakpoint 3, set (a=100) at get.cpp:11

11 printf ("set a=%d\n", a)

(gdb) list /* 查看当前代码行周围的代码，证明我们已经跟踪到动态链接库的源代码里面了 */

6 printf ("get x=%d\n", x)

7 return x

8 }

9 int set (int a)

10 {

11 printf ("set a=%d\n", a)

12 x = a

13 return x

14 }

(gdb) n

set a=100

12 x = a(gdb) n

13 return x(gdb) n

14 }

(gdb) n

main (argc=1, argv=0xbf990504) at

pk.cpp:10

10 int d = get ()

(gdb) n

get x=100

11 printf ("a=%d,b=%d,c=%

d,d=%d\n",a,b,c,d)

(gdb) n

a=100,b=0,c=100,d=100

12 return 0

(gdb) c

Continuing.

Program exited normally.

(gdb) quit /* 程序顺利执行结束 */#

如果我们没有把动态链接库放到指定目录，比如/lib里面，调试就会失败，过程如下：

QUOTE:

# gdb ./app

GNU gdb 6.4-debian

Copyright 2005 Free Software Foundation,

Inc.

GDB is free software, covered by the GNU

General Public License, and you arewelcome to change it and/or distribute

copies of it under certain conditions.

Type "show copying" to see theconditions.

There is absolutely no warranty for GDB.

Type "show warranty" for details.

This GDB was configured as "i486-linux-

gnu"...Using host libthread_db library

"/lib/tls/i686/cmov/libthread_db.so.1".

(gdb) b main

Breakpoint 1 at 0x804853c: file pk.cpp,

line 7.

(gdb) b set

Function "set" not defined.

Make breakpoint pending on future shared

library load? (y or [n]) y

Breakpoint 2 (set) pending.

(gdb) run /* 虽然调试 *** 作都一样，但程序执行失败 */

Starting program: /data/example/c/app

/data/example/c/app: error while loading

shared libraries: libggg.so: cannot open

shared object file: No such file or

directory

Program exited with code 0177.

(gdb) quit

#

本次实验的环境是：

CPU:AMD Athlon(tm) 64 Processor 3000+

内存：512M

OS:Ubuntu GNU/Linux 6.06 dapper LTS

gcc:gcc 版本 4.0.3 (Ubuntu 4.0.3-1ubuntu5)

break(b) 行号：在某一行设置断点

break 函数名：在某个函数开头设置断点

break...if...：设置条件断点

continue(或c)：从当前位置开始连续而非单步执行程序

delete breakpoints：删除所有断点

delete breakpoints n：删除序号为n的断点

disable breakpoints：禁用断点

enable breakpoints：启用断点

info(或i) breakpoints：参看当前设置了哪些断点

run(或r)：从开始连续而非单步执行程序

display 变量名：跟踪查看一个变量，每次停下来都显示它的值

undisplay：取消对先前设置的那些变量的跟踪

动态库的生成

1>首先生成目标文件，但是此时要加编译器选项-fpic和链接器选项-shared，

gcc -fpic -c add.c

gcc -fpic -c sub.c

生成中间文件add.o和sub.o

2>其次生成动态库

gcc -shared –o libtiger.so add.o sub.o

生成动态库libtiger.so,libtiger.so就是我们生成的目标动态库。我们以后使用动态库和main.c程序生成可执行程序

说明：

以上两部也可以合成一步搞定:

gcc -fpic -shared add.c sub.c -o libtiger.so

2.使用动态链接库

在编译程序时，使用动态链接库和静态库是一致的，使用”-l库名”的方式，在生成可执行文件的时候会链接库文件。

1>使用命令：

gcc -o main main.c -L ./ -ltiger

2>-L指定动态链接库的路劲，-ldtiger链接库函数tiger。-ltiger是动态库的调用规则。Linux系统下的动态库命名方式是lib*.so,而在链接时表示位-l*,*是自己命名的库名。

3>但是程序会提示如下错误

error while loading shared libraries: libtiger.so: cannot open shared object file: No such file or direct

这是因为程序运行时没有找到动态链接库造成的。程序编译时链接动态库和运行时使用动态链接库的概念是不同的，在运行时，程序链接的动态链接库需要在系统目录下才行。

4>使用以下方法可以解决此问题

a. 在linux下最方便的解决方案是拷贝libtiger.so到绝对目录 /lib 下(但是,要是超级用户才可以，因此要使用sudo哦，亲)。就可以生成可执行程序了

b.第二种方法是：将动态链接库的目录放到程序搜索路径中，可以将库的路径加到环境变量LD_LIBRARY_PATH中实现：

export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`:$LD_LIBRARY_PATH

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