計算機系統篇之鏈接（6）：動態鏈接
Author:stormQ
Wednesday, 15. April 2020 04:35PM
引入共享庫的動機
共享庫，也被稱爲可共享目標文件，可以被動態鏈接器在加載期或運行期加載到任意的內存地址，並和一個內存中的程序鏈接起來。
引入共享庫的目的是爲了解決靜態庫的缺點。相比於靜態庫的三個缺點，共享庫對應的優點爲：1）可以在加載期或運行期進行鏈接過程。因此，共享庫更新後不用像靜態庫那樣，可執行目標文件必須顯式地重新鏈接。2）節省磁盤空間。共享庫的代碼和數據被所有引用該共享庫的可執行目標文件共享。3）節省內存空間。共享庫的代碼在內存中的一份拷貝被所有引用該共享庫的進程共享。
靜態鏈接與動態鏈接的區別
| 區別 | 使用的鏈接器 | 作用對象 | 發生的時期 |
|---|---|---|---|
| 靜態鏈接 | 靜態鏈接器（如：ld on Linux） | 靜態庫 | 編譯期 |
| 動態鏈接 | 動態鏈接器（如：ld-linux-x86-64.so.2 on Linux） | 動態庫 | 加載期或運行期 |
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注：
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Linux 中的靜態鏈接器
ld是可執行目標文件，Linux 中的動態鏈接器（如ld-linux-x86-64.so.2）是可共享目標文件。 -
Linux 中的靜態鏈接器
ld的輸入文件可以是共享庫，但只是拷貝了重定位信息和符號表，並未進行符號解析和重定位過程。也就是說，即便共享庫可以作爲Linux 中的靜態鏈接器ld的輸入文件，但實際上沒有發生鏈接過程。
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如何生成共享庫
1）生成共享庫（On Linux x86-64）
$ g++ -o libtest.so test.cpp -shared -fpic
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注：
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-shared選項指示鏈接器生成共享庫。 -
-fpic選項指示編譯器生成位置無關代碼。 -
-fno-pic選項指示編譯器不生成位置無關代碼，但在 Linux x86-64 中使用該選項生成上述共享庫時鏈接器會報錯：/usr/bin/x86_64-linux-gnu-ld: /tmp/ccdwqRF4.o: relocation R_X86_64_PC32 against symbol g_val_1 can not be used when making a shared object; recompile with -fPIC /usr/bin/x86_64-linux-gnu-ld: final link failed: Bad value collect2: error: ld returned 1 exit status。
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查看 test.cpp 和 main.cpp 的源碼：
$ cat test.cpp
int g_val_1 = 1;
int g_val_2 = 2;
void func()
{
g_val_1 *= 2;
g_val_2 *= 2;
}
$ cat main.cpp
extern int g_val_1;
extern int g_val_2;
void func();
int main()
{
func();
return 0;
}
使用共享庫：
$ g++ -o main main.cpp ./libtest.so
雖然生成的可執行目標文件引用了共享庫中的函數或全局變量，但是共享庫中的代碼和數據不會拷貝到可執行目標文件中。實際上，只是將共享庫中的重定位信息和符號表拷貝到了可執行目標文件中，以便於在加載期解析對共享庫中的函數或全局變量的引用。
當加載器加載並運行可執行目標文件時，如果可執行目標文件中包含 .interp section（該 section 用於指定動態鏈接器的路徑），那麼加載器會加載並運行動態鏈接器，動態鏈接器完成鏈接過程後，動態鏈接器會將控制權交給應用程序，從而開始執行應用程序的入口點函數。
查看可執行目標文件 main 需要的共享庫：
$ ldd main
linux-vdso.so.1 => (0x00007ffc8e793000)
./libtest.so (0x00007f21de5ed000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f21de223000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f21de7ef000)
查看可執行目標文件 main 的 .interp section：
$ readelf -p .interp main
String dump of section '.interp':
[ 0] /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
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