【Linux】系统中的动态链接的逻辑 - 指南

前言：欢迎各位光临本博客，这里小编带你直接手撕**，文章并不复杂，愿诸君**耐其心性，忘却杂尘，道有所长！！！！

在这里插入图片描述

IF’Maxue：个人主页
个人专栏:
《C语言》
《C++深度学习》
《Linux》
《数据结构》
《数学建模》

⛺️生活是默默的坚持，毅力是永久的享受。不破不立！

文章目录

- - 动态链接详解：从原理到实践

动态链接详解：从原理到实践

大家好！今天我们来聊聊动态链接——一种让程序更高效、更灵活的技术。想象一下，你写了一个程序，里面用到了很多共享的功能（比如数学计算或文件操作）。如果每次都把这些功能“硬塞”进程序里（静态链接），程序会变得又大又笨重。动态链接则不同：它让多个程序共享同一个库文件，只在运行时才加载需要的部分。这样，程序体积小、启动快，还能节省内存。下面，我们结合图片一步步拆解这个过程，用通俗语言解释核心概念，并穿插代码示例。

1. 为什么动态链接比静态链接更常用？

静态链接会把所有库代码都“打包”进可执行文件里。结果呢？程序文件巨大，占用内存多，更新库时还得重新编译整个程序。动态链接解决了这个问题：库文件（如 .so 文件在 Linux 上）独立存在，多个程序可以共享它。就像大家共用一本词典，而不是每人背一本。
静态链接和动态链接的区别

静态链接：程序 $A$ 和 $B$ 各自包含库副本，文件大小大（例如 10MB），内存占用高。
动态链接：程序 $A$ 和 $B$ 共享同一个库文件，文件小（例如 2MB），内存更省。

动态链接的优势很明显：

节省空间：库文件只存一份，多个程序复用。
易于更新：更新库时，所有程序自动用新版本，无需重新编译。
高效加载：程序启动时只加载必要部分，速度更快。

2. 动态链接怎么工作？核心流程揭秘

动态链接不是“魔法”，它分三步走：编译时准备、加载时解析、运行时调用。下面结合图片详细说。

步骤 1: 编译时“动手脚”——程序被标记为需要动态库
编译器在生成可执行文件时，会偷偷加个“标记”，告诉系统：“嘿，我这个程序用了动态库，运行时记得加载！”在 Linux 上，默认关联一个加载器 ld-linux.so。
编译时修改程序

程序入口是 _start（不是 main 函数哦！），从这里开始，加载器接管控制权。

步骤 2: 加载时——动态链接器（ld-linux.so）登场
程序启动时，ld-linux.so 这个“加载器”开始工作。它负责找到并加载所有动态库。怎么找呢？通过环境变量和配置文件：

LD_LIBRARY_PATH：用户自定义的库搜索路径。
/etc/ld.so.conf：系统级的配置文件，包含标准库路径（如 /usr/lib）。

动态链接器会按顺序搜索这些路径，找到库文件后，映射到内存。

步骤 3: 运行时——库被映射到内存，程序调用函数
动态库加载到内存后，不是随便放的！它使用“位置无关代码”（PIC），这样库能被加载到任意地址，多个程序共享同一份内存副本。
动态库的加载

地址映射：可执行程序通常从地址 $0$ 开始加载，库则映射到其他空闲区域。
偏移量固定：库里的函数地址在编译时就确定了偏移量（例如函数 foo 在库中的偏移是 $0 x 100$ ）。运行时，实际地址 = 库加载基址 + 偏移量。

操作系统用 vm_area_struct 结构管理这些内存区域，每个库对应一个“内存块”。

加载数据块

3. 程序怎么调用库函数？GOT 和 PLT 是关键！

程序调用库函数时，不能直接写死地址（因为库加载位置不固定）。这时，两个小助手出场了：GOT（全局偏移表） 和 PLT（过程链接表）。

GOT：存储实际函数地址
GOT 是一张表，放在程序的数据区。它记录库函数的真实地址。加载时，动态链接器把库函数地址填到这里。
GOT表

PLT：负责“跳转”到 GOT
PLT 是一段跳转代码。程序第一次调用函数时，PLT 会找动态链接器解析地址，存到 GOT；后续调用直接跳转，无需重复解析。
PLT的作用

这个过程叫 PIC（位置无关代码），确保代码无论加载到哪里都能运行。
PIC地址无关代码

代码示例：看一个简单 C 程序如何调用动态库

// main.c：主程序，调用动态库中的函数
#include <stdio.h>
  // 声明动态库函数（实际在 libmath.so 中）
  extern int add(int a, int b);
  int main() {
  int result = add(3, 5);  // 第一次调用：PLT 触发解析
  printf("Result: %d\n", result);
  result = add(10, 20);    // 第二次调用：直接跳转 GOT
  return 0;
  }

编译命令：

# 生成动态库
gcc -shared -fPIC -o libmath.so math.c
# 编译主程序并链接动态库
gcc -o main main.c -L. -lmath

-fPIC 确保生成位置无关代码。
运行时用 LD_LIBRARY_PATH=. ./main 指定库路径。

4. 高级技巧：库依赖库和延迟绑定

动态库自己也能用其他库！这叫“库依赖”。动态链接器会递归加载所有依赖项。
库可以依赖库

延迟绑定：提升启动速度的妙招
程序启动时，不是所有函数都立刻解析地址。只有第一次调用时才解析（通过 PLT/GOT）。这避免了加载无用函数，大大加快启动。

延迟绑定流程

5. 总结：动态链接的优势一览

动态链接让程序更轻量、更灵活：

省空间：共享库减少磁盘和内存占用。
易维护：更新库时，所有程序自动受益。
快启动：延迟绑定和按需加载提升速度。
强兼容：PIC 支持任意内存地址加载。

下次你写程序时，试试动态链接吧！它就像程序的“共享单车”，环保又高效。
动态链接整体流程

如果有疑问，欢迎评论区讨论——动态链接的细节虽多，但掌握核心原理后，一切都变得简单！### 动态链接详解：从原理到实践
大家好！今天我们来聊聊动态链接——一种让程序更高效、更灵活的技术。想象一下，你写了一个程序，里面用到了很多共享的功能（比如数学计算或文件操作）。如果每次都把这些功能“硬塞”进程序里（静态链接），程序会变得又大又笨重。动态链接则不同：它让多个程序共享同一个库文件，只在运行时才加载需要的部分。这样，程序体积小、启动快，还能节省内存。下面，我们结合图片一步步拆解这个过程，用通俗语言解释核心概念，并穿插代码示例。