Linux操作系统动态函式库探究（一） （1）

前言

用 MS Windows 一段时间的读者，应该都听过动态函式库这个名词。在 Windows 9X/ME 或是 Windows NT/2000 中，常见到的动态函式库为副档名 “DLL” (Dynamic Loading Library)的档案。

而在 Linux 中，当然也有动态函式库的机制存在。如此一来，所撰写的程序便无需透过静态连结(Static Link)，而可以在编程时透过动态连结(Dynamic Link)产生我们所要的执行档。

使用动态函式库的好处有许多。首先，就是由於执行档主要呼叫的函式都包含於动态函式库中，所以档案所占的空间可以因而缩小。其次，当动态函式库的函式内容有所改变时，呼叫该动态函式库的程序，可以在最小修正甚至是不需重新编程的情况下，就可以叫用到新版本的函式库服务。

对於发展 Embedded Linux 的业者来说，能够尽可能减少应用程序执行环境所需空间的大小，便可以把日後成品所需的 Flash 容量降到最低，在整体成本以及所耗用的记忆体空间来说，都可以得到许多的好处，而在动态函式库来著手所得到的效益也是相当可观的，尽可能的删去不必要的动态函式库，以及针对动态函式库改写来缩小或是透过工具删去用不到的函式，都可以带来许多的助益。当然，动态函式库的好处还不只这些，相信读者们在文章中可以发现其它的妙用的。

档案格式(ELF VS A.out)

首先，我们必须先确定目前所执行的 Linux Kernel 版本有开启 ELF 与 A.out 执行档案格式的支援(通常都会有)：

Kernel support for a.out binaries (CONFIG_BINFMT_AOUT) [M/n/y/?] 
Kernel support for ELF binaries (CONFIG_BINFMT_ELF) [Y/m/n/?]

举个例子来说，若要执行 a.out 格式的执行档时，我们必须确认 CONFIG_BINFMT_AOUT 为 Y，也就是由 Kernel 直接支援 a.out 档案格式，或者 CONFIG_BINFMT_AOUT 为 M，也就是不把 a.out 的档案格式支援编入 Kernel 中，改以 Module 的形式存在，一旦 Kernel 需要执行 a.out 格式的程序时，在动态的载入该 Module，来启动具备执行 a.out 执行档的能力。不过 a.out 执行档的格式，是 Unix 上使用了相当久的的档案格式，ELF 是目前较新的的档案格式。a.out 档案格式共有三个 Section，分别为.text, .data, 及 .bss，并还包括了一个文字表(String Table)与符号表(Symbol Table)。与ELF 档案格式比较起来，a.out 相形之下显得较为缺乏弹性，ELF档案格式允许多个节区的存在，执行档可以根据需求提供应用程序执行环境的节区，并且 ELF 档支援了 32-bit 与 64-bit 的执行环境。其实，两者之间还有其它规格上的不同，有兴趣的读者也可以自行找一些相关的资料来比较即可了解。

再来呢，我们就来讨论动态函式库的档案格式。我们都知道在 Linux中有 a.out 与 ELF 两种档案的格式，其中目前我们最常见的便是 ELF 档案格式。在 Linux 的函式库目录中，我们常常可以见到 “*.so” 的档案，例如:“/lib/libc.so.6” 或是 “/lib/ld-linux.so.2”。这些便是在 Linux中所常见到的动态函式库档案。由下图我们可以看到动态函式库 libc.so.6 的 ELF Header:

libc.so.6 的 ELF Header 

e_ident ->EI_MAG0:7fh 
->EI_MAG1:E 
->EI_MAG2:L 
->EI_MAG3:F 
->EI_CLASS:32-bit objects 
->EI_DATA:ELFDATA2LSB 
->EI_VERSION:1h 
->EI_PAD:0h 
->EI_NIDENT:3h 

e_type: ET_DYN (Shared Obj File) 

e_machine:Intel 80386 
e_version:Current version 
e_entry:182a8h 
e_phoff:34h 
e_shoff:3bbf8ch 
e_flags:0h 
e_ehsize:34h 
e_phentsize:20h 
e_phnum:5h 
e_shentsize:28h 
e_shnum:40h 
e_shstrndx:3dh

注意 e_type: ET_DYN，e_type 是在ELF 档案的格式中，用来描述目前该档的档案型态，我们所举的例子为 libc.so.6 这个动态函式库的档案，所以 e_type 的属性为 Shared Obj File。

当然，我们若再拿一个ELF执行档来比较也是不错的。

ls 的 ELF Header 

e_ident ->EI_MAG0:7fh 
->EI_MAG1:E 
->EI_MAG2:L 
->EI_MAG3:F 
->EI_CLASS:32-bit objects 
->EI_DATA:ELFDATA2LSB 
->EI_VERSION:1h 
->EI_PAD:0h 
->EI_NIDENT:2h 

e_type: ET_EXEC (Executable file) 

e_machine:Intel 80386 
e_version:Current version 
e_entry:8049130h 
e_phoff:34h 
e_shoff:bea4h 
e_flags:0h 
e_ehsize:34h 
e_phentsize:20h 
e_phnum:6h 
e_shentsize:28h 
e_shnum:1ah 
e_shstrndx:19h