Читаем Linux API. Исчерпывающее руководство полностью

Статическая библиотека может состоять из множества объектных модулей, но компоновщик выберет из них только те, которые нужны программе.

Скомпоновав программу, можно ее запустить как обычно:

$ ./prog

Called mod1-x1

Called mod2-x2

41.3. Краткий обзор разделяемых библиотек

Когда программа компонуется со статической библиотекой (или вовсе без использования библиотек), итоговый исполняемый файл содержит копии всех объектных модулей, скомпонованных с программой. Таким образом, несколько разных программ могут содержать в себе копии одних и тех же объектных модулей. Подобная избыточность несет в себе несколько недостатков:

• дисковое пространство уходит на хранение нескольких копий одних и тех же объектных модулей. Такие потери могут быть значительными;

• если несколько программ, применяющих одни и те же модули, выполняются одновременно, каждая из них будет хранить в виртуальной памяти свою отдельную копию этих модулей, увеличивая тем самым потребление виртуальной памяти в системе;

• если объектный модуль статической библиотеки требует каких-либо изменений (возможно, нужно закрыть дыру в безопасности или исправить ошибку), придется заново компоновать все исполняемые файлы, в которых этот модуль используется. Данный недостаток усугубляется тем фактом, что системному администратору необходимо знать, с какими приложениями скомпонована библиотека.

Для устранения представленных недочетов были придуманы разделяемые библиотеки. Их ключевая идея состоит в том, что одна копия объектного модуля разделяется между всеми программами, задействующими его. Объектные модули не копируются в компонуемый исполняемый файл; вместо этого единая копия библиотеки загружается в память при запуске первой программы, которой требуются ее объектные модули. Если позже будут запущены другие программы, использующие эту разделяемую библиотеку, они обращаются к копии, уже загруженной в память. Благодаря применению разделяемых библиотек исполняемые файлы требуют меньше места на диске и в виртуальной памяти (при выполнении).

Код разделяемых библиотек является общим для нескольких процессов, однако глобальные и статические переменные, объявленные внутри библиотеки, предоставляются в виде копий.

Кроме того, разделяемые библиотеки обладают следующими преимуществами:

• общий размер программ уменьшается, в связи с чем в некоторых случаях они могут быстрее загружаться в память, что ускоряет их запуск. Это относится только к большим разделяемым библиотекам, которые уже используются другими программами. На самом деле программа, первой загружающая разделяемую библиотеку, запускается дольше, поскольку данную библиотеку сначала нужно найти и загрузить в память;

• объектные модули не копируются в исполняемые файлы, а хранятся в единой разделяемой библиотеке, поэтому можно изменять общий код без необходимости выполнять повторную компоновку (ограничения описаны в разделе 41.8). Изменения можно вносить, даже когда запущенные программы уже применяют существующую версию разделяемой библиотеки.

Однако за эти дополнительные возможности приходится платить:

• разделяемые библиотеки более сложные по сравнению со статическими — как с точки зрения самой концепции, так и на практике, при их создании и сборке программ, которые их используют;

• разделяемые библиотеки должны быть скомпилированы с поддержкой адресно-независимого кода (см. подраздел 41.4.2), который ввиду применения дополнительных регистров (см. [Hubicka, 2003]) имеет издержки в большинстве архитектур;

• перемещение символов должно выполняться во время работы программы. Эта процедура требует, чтобы каждый символ в разделяемой библиотеке (переменная или функция) был изменен с учетом своего реального местоположения в виртуальной памяти. По этой причине программе, использующей разделяемую библиотеку, может понадобиться немного больше времени для выполнения, чем ее статически скомпонованному аналогу.

Еще одно применение разделяемых библиотек заключается в построении на их основе интерфейсов JNI (Java Native Interface), которые позволяют коду, написанному на языке Java, напрямую задействовать возможности операционной системы; для этого достаточно вызывать функции из разделяемой библиотеки. Подробную информацию см. в [Liang, 1999] и [Rochkind, 2004].

41.4. Создание и использование разделяемых библиотек. Первые шаги

Для начала, чтобы понять, как устроены разделяемые библиотеки, рассмотрим минимальную цепочку операций, необходимых для их сборки и применения. Пока что намеренно проигнорируем общепринятую систему именования файлов разделяемых библиотек, описанную в разделе 41.6; она позволяет программам автоматически загружать самые свежие версии нужных им библиотек, а также делает возможным бесконфликтное сосуществование разных (так называемых мажорных) версий одной и той же библиотеки.