【linux库制作与原理】软硬链接&动静态库详谈

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目录

📚一、软硬链接

📖1.1 硬链接

📖1.2 软链接

📚二、动静态库

📖2.1 静态库的定义及使用

📖2.2 动态库的定义及使用

📚三、动态库的加载

📚四、总结

前言：

前面我们认识了文件系统，从底层上理解了磁盘中怎么划分、怎么管理，有哪些属性，今天我们就在上篇博客的基础上继续深入学习，软硬链接的区别，动静态库的原理与制作！最后讲解一下动态库如何加载！

本章重点：

软硬链接是什么？有什么区别？动静态库是什么？如何自己定义动静态库，动态库是如何加载的！

📚一、软硬链接

在 Linux 系统中，链接（link）是一种为文件或目录创建额外名称的机制，主要用于文件共享和访问便捷性。链接主要分为两种类型：硬链接（hard link） 和软链接（symbolic link，又称符号链接）。

📖1.1 硬链接

硬链接：
—> 本质上是在同一个文件系统分区中
—> 给同一个文件（即同一个 inode）创建额外的文件名。
—> 每个硬链接都指向相同的 inode
—> inode 中存储着文件的元数据（如权限、所有者、时间戳）以及指向实际数据块的指针。
工作原理：
—> 文件系统通过 inode来唯一标识一个文件。每个文件至少有一个文件名指向其inode。
—> 当创建一个硬链接时，系统会在当前目录下新增一个目录项，该目录项关联到同一个inode编号
—> inode 中有一个字段 链接计数（link count），记录了有多少个文件名指向该 inode
—> 每增加一个硬链接，链接计数加 1
—> 删除一个文件名（即删除一个硬链接）时，链接计数减 1
—> 只有当链接计数变为 0 时，系统才会真正删除该文件的数据。
硬链接的特点：
—> 共享同一个 inode：所有硬链接完全平等，对任何一个链接的内容修改都会反映到其他链接
—> 不能跨文件系统：因为 inode 编号只在同一文件系统内唯一，硬链接必须位于同一分区
—> 不能对目录创建硬链接：出于防止循环引用和破坏文件系统树结构的考虑
普通用户不允许为目录创建硬链接（超级用户理论上可以，但强烈不建议）
—> 删除源文件不影响其他硬链接：只要还有一个硬链接存在，文件数据就依然保留

使用指令: ln 创建硬链接

📖1.2 软链接

软链接：
—> 软链接类似于 Windows 中的“快捷方式”
—> 它是一个特殊的文件，其中包含了指向另一个文件或目录的路径名
—> 当通过软链接访问文件时，系统会自动将其重定向到目标路
工作原理：
—> 软链接本身是一个独立的文件，拥有自己的 inode 和数据块
—> 它的数据块中存放的是目标文件的路径字符串（可以是绝对路径或相对路径）
—> 访问软链接时，内核根据存储的路径去解析目标文件
—> 如果目标文件被移动或删除，软链接就会失效（称为“悬空链接”）
软链接的特点：
—> 拥有自己的 inode：与硬链接不同，软链接的 inode 与目标文件的 inode 不同
—> 可以跨文件系统：因为存储的是路径，只要路径可达即可
—> 可以对目录创建软链接：这是常见的用法，例如 /etc/alternatives 机制或用户链接到常用目录
—> 链接大小取决于路径长度：软链接文件的大小就是它所指向的路径字符串的长度
—> 权限独立：软链接自身的权限通常为 rwxrwxrwx（对所有用户开放）
但实际访问时，最终由目标文件的权限决定（目标文件的权限起作用）
不过，软链接的权限可以被修改，但一般不影响访问
对软链接的权限修改会直接作用于目标文件吗？
实际上 chmod 作用于软链接时默认会改变目标文件的权限，除非使用 -h 选项

使用指令: ln -s 创建软链接

软硬链接的区别：

📚二、动静态库

• 静态库(.a结尾): 程序在编译链接时就把库的代码拷贝到可执行程序
• 动态库(.so结尾): 程序运行时才去链接动态库的代码,动态库的代码是被共享的

libXXX.a（静态库）
libXXX.so（动态库）

动静态库是都是以lib开头的，静态库的后缀是.a，动态库的后缀是.so，并且动静态库的真实名称是去掉开头的lib，去掉后缀，中间剩余的就是动静态库的真实名称

—> 系统的库的路径是 /lib64
—> ldd 可执行程序，可以查看一个可执行程序运行所需要的共享库
—> file 可执行程序，可以查看一个可执行程序的链接方式

为什么需要动静态库？如果将我们的所写的代码方法提供给别人使用，你是不太情愿直接将源文件给其他人进行使用，所以有了库这种方式，即想办法将我们的源文件打包成库给其他人使用，即头文件.h + 库的方式

📖2.1 静态库的定义及使用

我们定义下述文件：

通过上面的实验想说明：

• 库文件就是.o文件的集合
• 想让别人使用你的库，必须将库文件和头文件一起给别人

制作静态库指令:

ar -rc libmymath.a mymath.o

上面报错的原因是找不到库，需要我们显示指定库路径，我们将头文件与库文件集体打包成一个文件夹，头文件也会发生找不到的错误解决办法类似：

📖2.2 动态库的定义及使用

整体的流程与上述类似，但指令有所差别，在这里我们只进行指令的讲解：

动态库的.o文件必须使用以下方式生成：

gcc -fPIC -c mymath.c

动态库打包必须使用以下方式：

gcc -shared mymath.o myadd.o … -o libmymath.so

但当你运行时就会发现报错：

原因：

你不是已经告诉了库文件，路径和库名称了吗？-你告诉了谁？？gcc

当你把程序编译完，和gcc还有关系吗？？没关系

程序运行起来，OS和shell也是需要知道库在哪里的！！

而你的库没有在系统路径下，OS无法找到！！

解决办法一：环境变量方式

$LD_LIBRARY_PATH
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/库路径

但是有缺陷，如果我们不将该环境变量放置到对应的环境变量的配置文件中，那么下次重新登陆shell时，就又恢复成原来的，就还需要再次导入！更新到对应的配置文件也比较麻烦，所以还有下面的几种方式

解决办法二：配置/etc/ld.so.conf.d/，ldconfig更新

解决办法三：建立软链接的方式

这是将软链接建立在当前路径下，当然建立在系统路径下也是可以的。

解决办法四：直接将库文件以及头文件导入到系统路径下（即安装）

📚三、动态库的加载

标题写的是动态库加载，静态库需不需要加载呢？答案是不需要的，在前面博客的学习中，我们就已经了解到静态库就是将对应的实现拷贝到我们的程序中，形成可执行以及加载到内存时完全和我们自己的代码编址是一样的，用的是绝对地址的方式！

动态库加载：

前面选项有个：fPIC ，产生位置无关码(position independent code)

什么是与位置无关码? 就是采用的相对位置，比如：我在你前面十米，而不是我在起点五十米！

整体流程见下图：

—> 动态库以位置无关码的方式编址存储在磁盘，但是起始地址尚未知
—> 当程序加载到内存成为进程，代码执行到printf时，就会去寻找定义
当然会通过部分标识使得进程知道，这个定义在某些动态库中，操作系统就会去加载这个动态库
—> 当动态库加载到内存通过页表映射到虚拟地址空间中的共享区时，该库也就天然的存在了起始虚拟地址
—> printf在自己的虚拟地址空间就可以直接跳转到共享区执行printf，通过页表找到对应的库中的实现
—> 执行完成之后返回到对应代码段我们程序的位置！

📚四、总结

本篇博客我们介绍了软硬链接、动静态库的制作与使用、以及动态库的加载。

小结以下： 软硬链接：

软链接：是独立文件，有独立的inode，以及文件属性，文件内容存储的是指向文件的路径！

硬链接：不是独立文件，通过新文件名与指向文件的inode建立某种联系，其中通过引用计数的方式控制文件的删除！Linux下的上级目录 .. 和当前目录 . 就是通过硬链接的方式实现的

动静态库：

静态库：以.a结尾，使用时是将对应的代码拷贝到我们程序的指定位置！

动态库：以.so结尾，使用时是通过地址方式跳转到库中的定义！

库的制作：库的本质就是.o文件的集合，打包时需将库文件与头文件一同打包，因为代码需要引用头文件！静态库打包指令：ar -rc 静态库生成.o文件使用指令：gcc  -c。动态库打包指令：gcc -shared，并且动态库生成.o文件使用指令：gcc -fPIC -c。

动态库加载：采用与位置无关码的方式，整体流程见上图！