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函式庫管理

  • 函式庫：目標檔庫
    1. 靜態函式庫：
      1. 附檔名：通常為 libxxx.a 的類型；
      2. 編譯行為：整個函式庫的資料被整合到執行檔中，所以利用編譯成的檔案會比較大。
      3. 獨立執行的狀態：編譯成功的可執行檔可以獨立執行，而不需要再向外部要求讀取函式庫的內容。
      4. 升級難易度：函式庫升級後，連執行檔也需要重新編譯過一次，將新的函式庫整合到執行檔當中。
    2. 動態函式庫：
      1. 附檔名：通常為 libxxx.so 的類型；
      2. 編譯行為：編譯時執行檔中僅具有指向動態函式庫所在的指標而已，並不包含函式庫的內容，所以檔案會比較小。
      3. 獨立執行的狀態：不能被獨立執行，程式讀取函式庫時，函式庫『必須要存在』，且函式庫的『所在目錄也不能改變』。
      4. 升級難易度：函式庫升級後，執行檔不需要進行重新編譯，故目前的 Linux distribution 比較傾向使用動態函式庫。
  • Linux 放置函式庫之目錄： 
    /usr/lib64
/usr/lib
/lib64
/lib
# kernel 的函式庫放在 /lib/modules
  • 如何判斷某個可執行的 binary 檔案含有什麼動態函式庫？
    1. ldd 指令 
      [root@linux ~]# ldd [-vdr] [filename]
選項：
--version ：列印 ldd 的版本序號
-v ：列出所有內容資訊；
--help ：指令用法資訊
    2. 找出檔案 /usr/bin/passwd 的函式庫資料。 
      [root@linux ~]# ldd /usr/bin/passwd
        linux-gate.so.1 =>  (0x00d19000)
        .......中間省略......
        libpam_misc.so.0 => /lib/libpam_misc.so.0 (0x00bd6000)
        .......中間省略......
    3. 找出函式 /lib/libc.so.6 的相關其他函式庫。 
      [root@linux ~]# ldd /lib/libc.so.6
        /lib/ld-linux.so.2 (0x00bf1000)
        linux-gate.so.1 =>  (0x00632000)

[root@linux ~]# ldd -v /lib/libc.so.6
        /lib/ld-linux.so.2 (0x00bf1000)
        linux-gate.so.1 =>  (0x00111000)

        Version information:
        /lib/libc.so.6:
                ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1) => /lib/ld-linux.so.2
                ld-linux.so.2 (GLIBC_2.3) => /lib/ld-linux.so.2
                ld-linux.so.2 (GLIBC_PRIVATE) => /lib/ld-linux.so.2
  • 如何將動態函式庫載入快取記憶體( cache )，以增進動態函式庫的讀取速度？
    1. 在 /etc/ld.so.conf 寫入想要讀入快取記憶體的動態函式庫所在的目錄；
    2. 利用執行檔 ldconfig 將 /etc/ld.so.conf 的資料讀入快取中；
    3. 同時也將資料記錄一份在檔案 /etc/ld.so.cache 中。 
      [root@test root]# ldconfig [-f conf] [-C cache] [-p] 
參數說明： 
-f conf ：conf 預設為 /etc/ld.so.conf  
-C cache：cache 預設為 /etc/ld.so.cache 
-p　　　：列出目前在 cache 內的資料
    4. 例題：將 xorg 相關函式庫加到快取記憶體中： 
      [root@dywHome2 ~]# cat /etc/ld.so.conf
include ld.so.conf.d/*.conf
/usr/X11R6/lib
/usr/lib/qt3/lib
[root@dywHome2 ~]# ldconfig -p | grep "libafb"
[root@dywHome2 ~]# vi /etc/ld.so.conf
[root@dywHome2 ~]# cat /etc/ld.so.conf
include ld.so.conf.d/*.conf
/usr/X11R6/lib
/usr/lib/qt3/lib
/usr/lib/xorg/modules # 加入此行
[root@dywHome2 ~]# ldconfig
[root@dywHome2 ~]# ldconfig -p | grep "libafb"
        libafb.so (libc6) => /usr/lib/xorg/modules/libafb.so
  • 建立函式庫：將多個目標檔案組合成一個函式庫檔案
    1. 函式庫建立指令 ar。例如： 
      $ cc -c 2.c               # 產生 2.o
$ cc -c 3.c               # 產生 3.o
$ ar rv mylib.a 2.o 3.o   # 將目標檔 2.o 及 3.o 插入到函式庫 mylib.a

# 選項 r ：在函式庫中插入目標檔。當插入的目標檔名已在庫中存在，則替換。
# 選項 v ：顯示執行操作選項的附加信息。
    2. nm：查看目標檔庫檔案 mylib.a 的內容。 
      $ nm mylib.a
    3. make 內建函式庫管理法則，例如：將 .c 檔案變成 .a 函式庫 
      .c.a:
   $(CC) -c $(CFLAGS) $<
   $(AR) $(ARFLAGS) $@ $*.o

# 變數 $(AR) 和 $(ARFLAGS)，一般分別為命令 ar 和選項 rv。
    4. 若有一函式庫 fud，包含 bas.o 檔案，則上例法則中的變數為
      1. $< 代表目前的相依性項目，就是 bas.c。
      2. $@ 代表目前的目標項目，就是 fud.a 函式庫。
      3. $* 代表目前的相依性項目，不過不含副檔名，就是 bas。

  • 實作－管理一個函式庫
    1. 將 2.o 和 3.o 插入 mylib.a 函式庫中。新的 Makefile5 如下： 
      all: myapp
# Which compiler
CC = gcc
# Where to install
INSTDIR = /usr/local/bin
# Where are include files kept
INCLUDE = .
# Options for development
CFLAGS = -g -Wall -ansi
# Options for release
# CFLAGS = -O -Wall -ansi
# Local Libraries
MYLIB = mylib.a
myapp: main.o $(MYLIB)
   $(CC) -o myapp main.o $(MYLIB)
$(MYLIB): $(MYLIB)(2.o) $(MYLIB)(3.o)
main.o: main.c a.h
2.o: 2.c a.h b.h
3.o: 3.c b.h c.h
clean:
   -rm main.o 2.o 3.o $(MYLIB)
install: myapp
   @if [ -d $(INSTDIR) ]; \
    then \
      cp myapp $(INSTDIR);\
      chmod a+x $(INSTDIR)/myapp;\
      chmod og-w $(INSTDIR)/myapp;\
      echo "Installed in $(INSTDIR)";\
   else \
      echo "Sorry, $(INSTDIR) does not exist";\
   fi
    2. 執行 
      $ rm -f myapp *.o mylib.a
$ make -f Makefile5
gcc -g -Wall -ansi   -c -o main.o main.c
gcc -g -Wall -ansi   -c -o 2.o 2.c
ar rv mylib.a 2.o
a - 2.o
gcc -g -Wall -ansi   -c -o 3.o 3.c
ar rv mylib.a 3.o
a - 3.o
gcc -o myapp main.o mylib.a
    3. 試驗 3.o 的相依性項目 
      $ touch c.h
$ make -f Makefile5
gcc -g -Wall -ansi   -c -o 3.o 3.c
ar rv mylib.a 3.o
r - 3.o
gcc -o myapp main.o mylib.a
$

  • 以子目錄來管理函式庫
    1. 方法一：由主要的 makefile 呼叫子目錄的 makefile。 
      mylib.a:
    (cd mylibdirectory;$(MAKE))
      1. 要先製作 mylib.a。
      2. 當 make 依據這個法則建立函式庫時，它會進入子目錄 mylibdirectory；
      3. 隨後再喚起 make 命令來管理函式庫。這會喚起一個新 shell。
      4. 括弧是為了確保，所有的處理動作都是在一個 shell 中。
    2. 方法二：在 makefile 中使用變數，目錄加上 D，檔案加上 F。 
      .c.o:
      $(CC) $(CFLAGS) -c $(@D)/$(<F) -o $(@D)/$(@F)
# 在子目錄中編譯檔案，並將編譯完的目的檔留在子目錄中。
      1. 若目標項目所在目錄為 mydir，程式 2.c，目標項目 2.o 檔案，則上例法則中的變數為
        1. $(@D) 代表目前的目標項目所在目錄，就是 mydir。
        2. $(<F) 代表目前的相依性項目的檔案名稱，就是 2.c。
        3. $(@F) 代表目前的目標項目的檔案名稱，就是 2.o。
      2. 隨後利用相依性項目，更新現在目錄的函式庫，法則如下： 
        mylib.a: mydir/2.o mydir/3.o
     ar rv mylib.a $?
# $? 代表需要重建的相依性項目，就是 mydir/2.o 及(或) mydir/3.o

練習題

  1. 何謂函式庫？
    Sol. 集合目標檔的目標檔庫
  2. 函式庫分為那兩種？
    Sol. 靜態及動態函式庫
  3. 何謂靜態函式庫？
    Sol. 1.附檔名通常為 libxxx.a 的類型；2.整個函式庫的資料被整合到執行檔中，故可執行檔可以獨立執行，但升級時，連執行檔也需要重新編譯過一次。
  4. 何謂動態函式庫？
    Sol. 1.附檔名通常為 libxxx.so 的類型；2.編譯時執行檔中僅具有指向動態函式庫所在的指標，故可執行檔不能被獨立執行，而函式庫升級後，執行檔不需要進行重新編譯；3.目前的 Linux distribution 比較傾向使用動態函式庫。
  5. 通常 Linux 放置函式庫之目錄為何？
    Sol. /usr/lib 及 /lib
  6. 通常 Linux kernel 的函式庫放置目錄為何？
    Sol. /lib/modules
  7. 如何找出檔案 /usr/bin/passwd 的函式庫資料？
    Sol. ldd /usr/bin/passwd
  8. 如何找出函式 /lib/libc.so.6 的相關其他函式庫？
    Sol. ldd /lib/libc.so.6
  9. 如何找出函式 /lib/libc.so.6 的相關其他函式庫，並列出所有內容資訊？
    Sol. ldd -v /lib/libc.so.6
  10. 要將某目錄下之動態函式庫，載入快取記憶體，必須於那個檔案中加入此目錄？
    Sol. /etc/ld.so.conf
  11. 如何將 /etc/ld.so.conf 的資料讀入快取記憶體中？
    Sol. 執行 ldconfig
  12. 如何將 /etc/my.so.conf 的資料讀入快取記憶體中？
    Sol. 執行 ldconfig -f /etc/my.so.conf
  13. 如何將 /etc/ld.so.conf 的資料讀入快取記憶體 /etc/my.so.cache 中？
    Sol. 執行 ldconfig -C /etc/my.so.cache
  14. 如何列出目前在 cache 內的資料？
    Sol. 執行 ldconfig -p
  15. 如何查看動態函式庫 libafb.so，是否在快取記憶體中？
    Sol. 執行 ldconfig -p | grep "libafb"
  16. 若目錄 /usr/lib/xorg/modules 包含動態函式庫 libafb.so，如何將其載入快取記憶體，以增進動態函式庫的讀取速度？請詳列步驟。
    Sol. 1.以 vi 編輯檔案 /etc/ld.so.conf 加入一行 /usr/lib/xorg/modules，命令為 vi /etc/ld.so.conf; 2. 執行 ldconfig; 3.查看動態函式庫 libafb.so，是否在快取記憶體中，ldconfig -p | grep "libafb"
  17. 如何將目標檔 f1.o 及 f2.o 插入到函式庫 mlib.a？
    Sol. ar r mlib.a f1.o f2.o
  18. 如何將目標檔 f1.o 及 f2.o 插入到函式庫 mlib.a，並顯示訊息？
    Sol. ar rv mlib.a f1.o f2.o
  19. 如何查看目標檔庫檔案 mlib.a 的內容？
    Sol. nm mlib.a
  20. 若有一函式庫 fud，包含 bas.o 檔案，則下列 makefile 法則中的變數 $<, $@, $* 分別為何？ 
    .c.a:
   $(CC) -c $(CFLAGS) $<
   $(AR) $(ARFLAGS) $@ $*.o
# 變數 $(AR) 和 $(ARFLAGS)，一般分別為命令 ar 和選項 rv。

    Sol. 1.$< 代表目前的相依性項目，就是 bas.c。 2.$@ 代表目前的目標項目，就是 fud.a 函式庫。 3.$* 代表目前的相依性項目，不過不含副檔名，就是 bas。
  21. 請列舉兩種以子目錄來管理函式庫之 makefile 寫法。
    Sol. 1.先進入子目錄，並在子目錄中產生函式庫； 2.在 makefile 中使用變數，目錄加上 D，檔案加上 F。
  22. 請說明 makefile 法則 (cd mydir;$(MAKE))。
    Sol. 1.先進入子目錄 mydir，並在子目錄中執行變數 $(MAKE) 的內容； 2.括弧是為了確保，所有的處理動作都是在一個 shell 中。
  23. 若目標項目所在目錄為 mydir，程式 2.c，目標項目 2.o 檔案，則 makefile 法則 $(CC) $(CFLAGS) -c $(@D)/$(<F) -o $(@D)/$(@F) 中的變數 $(@D), $(<F), $(@F) 分別為何？
    Sol. 1.$(@D) 代表目前的目標項目所在目錄，就是 mydir。 2.$(<F) 代表目前的相依性項目的檔案名稱，就是 2.c。 3.$(@F) 代表目前的目標項目的檔案名稱，就是 2.o。
  24. 若有一 makefile 中，目標項目 mylib.a: 2.o 3.o 的法則為 ar rv mylib.a $?，其中 $? 代表意義為何？
    Sol. 代表需要重建（被修改）的相依性項目，就是 2.o 及(或) 3.o
  25. 若有一 makefile 中，目標項目 mylib.a: mydir/2.o mydir/3.o 的法則為 ar rv mylib.a $?，其中 $? 代表意義為何？
    Sol. 代表需要重建（被修改）的相依性項目，就是 mydir/2.o 及(或) mydir/3.o

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2017-06-14