库、链接与执行

本文将介绍三个部分：可执行文件的编译与运行，静态库的创建以及动态库的创建，在每个部分中将阐述静态链接器、动态链接器以及Linux内核在三个部分中各自发挥的作用。**

一、可执行文件的编译与运行

概括为：
一个有依赖的程序/动态库 = 嵌入静态库代码 + 嵌入动态库名字 + 可选择的嵌入动态库路径（倘若动态库不在标准路径）

1. 可执行文件的诞生：编译阶段

调用 gcc 可直接生成可执行文件：

gcc -o program.out main.c utils.c (动态库文件) -l库名 -L库路径以通知静态链接器如何找到该库

动态库可无需-l选项，直接与源文件放在一起。而静态库不行。
在此期间，gcc 完成了以下工作：

编译源码：将每个 .c 源文件编译成 .o 目标文件（实际由 cc1 编译器完成）。其中编译器找头文件的路径为本地/标准路径（/include,usr/include,usr/local/include...)
调用静态链接器 ld：将所有.o 目标文件与静态库中main需要的目标文件链接成最终的可执行文件，并在可执行文件写下其依赖的动态库（如 libc.so）。其中ld要么在标准路径下找库文件，即/lib、/usr/lib等，可通过以下命令查看：

$ ld --verbose | grep SEARCH_DIR
SEARCH_DIR("=/usr/local/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu64"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib64"); SEARCH_DIR("=/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib"); SEARCH_DIR("=/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib");

，但若指定了-L选项，则优先在该选项指定的路径下找。
如需要将来运行时提示动态链接器所依赖的动态库的地址，可以让ld在程序中写下运行时需要的动态库的地址，供动态链接器查找，即指定选项-Wl,-rpath,/动态库地址/。一些开箱即用的程序（程序与动态库打包在一起的应用）就是利用了这一特性，将动态库地址指定为'$ORIGIN'/lib，通知动态链接器该程序需要的共享库在此程序所在目录下的lib目录下。

最终生成的 program.out 中：

包含所有 .o 目标文件的代码和静态链接的符号
记录动态库依赖信息（如 libc.so.6），但不会嵌入动态库的代码(即只是记录动态库的名字)

2. 可执行文件的运行

通过 ./program.out 运行程序时：

内核加载可执行文件
- 检查文件头是否为 ELF 格式
- 若需要动态链接，内核加载动态链接器（如 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2）
动态链接器工作流程
动态链接器会：
- 解析可执行文件的动态段（.dynamic），获取依赖的共享库列表
- 按优先级搜索共享库：
```
RPATH → LD_LIBRARY_PATH → /etc/ld.so.cache → /lib → /usr/lib
```
  请注意：ld.so.cache由ldconfig程序所维护，ldconfig是引导动态链接器并维护更新三方库的强力工具。
  让ldconfig监视除了标准路径外的其他路径的方法：
  在/etc/ld.so.conf.d目录下，新建一个.conf配置文件在其中输入你想要让其监视的目录的绝对路径即可，每条路径间换行分隔。
  让ldconfig根据其监视的目录下的变化，如新增了一个指定了soname的库，更新ld.so.cache以让动态链接器找到该库，则可以调用以下命令：
```
ldconfig -v | grep 你的库名
```
- 加载共享库到内存并完成符号重定位
- 执行共享库的初始化代码（如构造函数）
- 将控制权交给程序的 main 函数

二、静态库的创建

编译源文件生成目标文件：

gcc -c utils1.c utils2.c -o utils1.o utils2.c

打包静态库：
```
ar r libutils.a utils1.o utils2.o
```
生成 libutils.a，本质是 .o 文件的集合

三、动态库的创建

编译位置无关代码：
```
gcc -c -fPIC utils.c -o utils.o
```
-fPIC 生成地址无关代码（该代码会根据进程的不同在不同内存偏移量处产生变量），确保库可被多个进程共享
生成共享库：
```
gcc -shared -o libutils.so utils.o
```

与静态库一样，还是打包目标文件放在一起。但静态库使用的打包工具是ar，而动态库的打包直接可以用gcc编译器。
动态库的版本必须命名如下：libxxx.so.a.b.c，这里不解释。
如希望默认使用版本a下的最新版本，需指定其soname，即使用gcc的选项-Wl,-soname,/别名/，soname去掉b.c，且会被ldconfig用来创建一个符号链接，指向版本a下的最新版库。此时便可使用-l:libxxx.so.a链接版本a下的最新次要版本库。
如希望默认使用该库所有版本的最新版，则需要手动创建一个名为libxxx.so符号链接指向最新版的共享库。此时该库名称被称为链接器名称。

四、核心组件职责总结

组件	作用阶段	核心功能
静态链接器 `ld`	编译阶段	合并目标文件、解析静态符号、生成可执行文件或动态库
动态链接器 `ld-linux.so`	运行时阶段	加载共享库、动态符号解析、地址重定位、管理延迟绑定
Linux内核	加载阶段	验证ELF格式、加载可执行文件到内存、初始化用户态栈、调用动态链接器

关键区别总结

特性	静态链接	动态链接
库代码存储	嵌入可执行文件	独立存储在 `.so` 文件
内存占用	每个进程独立加载	多个进程共享同一份库内存
更新维护	需重新编译程序	替换 `.so` 文件即可生效
启动速度	较快（无运行时加载开销）	较慢（需动态链接）
磁盘空间	较大	较小
发生阶段	可执行文件生成阶段	运行阶段
任务完成者	静态链接器ld(被gcc调用)	动态链接器`ld-linux.so`

动静态库即打包的目标文件，通过编译器调用的静态链接器与用户源代码静态链接（合并代码，嵌入共享库名字）即可得到可执行文件。可执行文件需要运行时再动态链接共享库。
可执行文件 = 编译 + 静态链接
库 = 编译 + 打包
通过理解这些机制，开发者可以更好地优化程序架构，在模块化、性能和部署灵活性之间做出平衡。