Windows與Linux動態(tài)鏈接庫技術(shù)研究

鄒本娜

[摘要]動態(tài)鏈接庫技術(shù)是實現(xiàn)和設(shè)計程序常用的技術(shù)。分析和比較Windows和Linax兩種操作系統(tǒng)動態(tài)技術(shù)，為對動態(tài)鏈接庫技術(shù)的學(xué)習(xí)提供有益的借鑒。

[關(guān)鍵詞]動態(tài)鏈接庫共享對象技術(shù)程序移植

中圖分類號：TP3文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1 671—7597(2009)1010092—01

一、引言

動態(tài)鏈(Dynamic Link Library abbr，DLL)技術(shù)是程序設(shè)計中經(jīng)常采用的技術(shù)，其目的是縮減程序，節(jié)省空間，提高效率。采用動態(tài)庫技術(shù)具有很高的靈活性，對于升級軟件版本更加容易，可以帶來如運行時占用較少的硬件資源，有助于模塊式化體系結(jié)構(gòu)開發(fā)，修改升級軟件方便，隱藏實現(xiàn)細(xì)節(jié)等方便。

在Windows和Linux操作系統(tǒng)中，都可以采用這種方式進行軟件設(shè)計，但它們的調(diào)用方式以及編程方式不盡相同。本文將在介紹分析Windows系統(tǒng)及Linux系統(tǒng)下的動態(tài)鏈接技術(shù)的基礎(chǔ)上對兩種操作系統(tǒng)的處理方式進行了簡要的比較。

二、Windows動態(tài)庫技術(shù)

Windows本身就有三個基本的動態(tài)鏈接庫，是windows的主要組成部分，它們分別是KERNEL(負(fù)責(zé)內(nèi)存管理、任務(wù)調(diào)度)，USER(管理用戶界面)，GDI(圖形設(shè)備接口)。另外，Windows系統(tǒng)中以FUN、DRV或DLL為擴展名的文件都是動態(tài)鏈按庫的例子。

Windows的動態(tài)鏈接機制是動態(tài)鏈接庫的上述優(yōu)勢得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。一旦windows應(yīng)用程序調(diào)用了DLL中的函數(shù)，那么在生成相應(yīng)的Windows可執(zhí)行文件時，所調(diào)用的函數(shù)的代碼并沒有被鏈接程序拷貝到應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件中去，而是僅僅在其中加入了所調(diào)用函數(shù)的描述信息。僅當(dāng)應(yīng)用程序被裝入內(nèi)存開始運行時，在Windows的管理下，才在應(yīng)用程序和相應(yīng)的DLL之間建立連接關(guān)系。當(dāng)要執(zhí)行所調(diào)用的DLL中的函數(shù)時，根據(jù)鏈接時產(chǎn)生的重定位信息，Windows轉(zhuǎn)去執(zhí)行DLL中相應(yīng)的函數(shù)代碼。這樣就不難理解，DLL具有自己的代碼段和數(shù)據(jù)段。一個DLL在內(nèi)存中只有一個實例，多個應(yīng)用程序使用同一個DLL時，將共享內(nèi)存中的一個實例。另外，在Windows管理下，動態(tài)鏈接庫的實例擁有并維護自己的一個引用計數(shù)，這個引用計數(shù)表明當(dāng)前和該庫進行動態(tài)鏈接的任務(wù)的個數(shù)。當(dāng)需要裝入一個DLL，而內(nèi)存中已經(jīng)存在時，則僅使引用計數(shù)加1，而且保證使應(yīng)用程序中對同一個DLL函數(shù)的調(diào)用都是內(nèi)存中的相同的副本。當(dāng)一個應(yīng)用程序結(jié)束時，相應(yīng)的DLL引用計數(shù)減1。僅當(dāng)引用計數(shù)值為0時，Windows這才把相應(yīng)的DLL卸出內(nèi)存?？梢奃LL能夠經(jīng)濟高效地使用內(nèi)存。

三、Unux共事對象技術(shù)

在Linux操作系統(tǒng)中，采用了很多共享對象技術(shù)(Shared Object)，雖然它和windows里的動態(tài)庫相對應(yīng)，但它并不稱為動態(tài)庫。相應(yīng)的共享對象文件以，so作為后級，為了方便，在本文中，對該概念不進行專門區(qū)分。Linux系統(tǒng)的／lib以及標(biāo)準(zhǔn)圖形界面的／usr／XllR6／lib等目錄里面，就有許多以so結(jié)尾的共享對象。同樣，在Linux下也有靜態(tài)函數(shù)庫這種調(diào)用方式，相應(yīng)的后綴以，結(jié)束。Linux采用該共享對象技術(shù)以方便程序間共享，節(jié)省程序占有空間，增加程序的可擴展性和靈活性。Linux還可以通過LDPRELOAD變量讓開發(fā)人員可以使用自己的程序庫中的模塊來替換系統(tǒng)模塊。

同Windows系統(tǒng)一樣，在Linux中創(chuàng)建和使用動態(tài)庫是比較容易的事情，在編譯函數(shù)庫源程序時加上shared選取即可，這樣所生成的執(zhí)行程序就是動態(tài)鏈接庫。通常這樣的程序以so為后綴，在Linux動態(tài)庫程序設(shè)計過程中，通常流程是編寫用戶的接口文件，通常是，h文件，編寫實際的函數(shù)文件，以，c或，opp為后綴，再編寫makefile文件。對于較小的動態(tài)庫程序則不必如此，但這樣設(shè)計會使程序更加合理。

編譯生成動態(tài)鏈接庫后，進而可以在程序中進行調(diào)用。在Linux中，可以采用多種調(diào)用方式同Windows的系統(tǒng)目錄(..＼system32等)一樣可以將動態(tài)庫文件拷貝到／lib目錄或者在／1ib目錄里面建立符號連接，以便所有用戶使用。

四、兩種系統(tǒng)動態(tài)庫比較分析

Windows和Linux采用動態(tài)鏈接庫技術(shù)的目的是基本一致的，但由于操作系統(tǒng)不同，他們之間也還是有許多不同之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1，動態(tài)庫程序編寫。在windows系統(tǒng)下的執(zhí)行文件格式是PE格式，動態(tài)庫需要一個DllMain函數(shù)作為初始化的入口。通常在導(dǎo)出函數(shù)的聲明時需要有declspec(dllexport)關(guān)鍵字Linux下的gco編譯的執(zhí)行文件默認(rèn)是ELF格式，不需要初始化入口，亦不需要在函數(shù)中做特別的聲明，編寫比較方便。

2，動態(tài)庫編譯。在Windows系統(tǒng)下面，有方便的調(diào)試編譯環(huán)境，通常不用自己去編寫makefile文件，但在linux target=Linux下面需要自己動手編寫makefile文件，因此，必須掌握一定的makefile編寫技巧，通常Linux編譯規(guī)則相對嚴(yán)格些。

3，動態(tài)庫調(diào)用方面。Windows和Linux對其下編制的動態(tài)庫都可以采用顯式調(diào)用或隱式調(diào)用，但具體的調(diào)用方式不盡相同。

4，動態(tài)庫輸出函數(shù)查看。在windows中，有許多工具和軟件可用來查看DLL中輸出的函數(shù)例如命令行方式dumpbin以及vc++工具中的DEPENDS程序。在Linux系統(tǒng)中通常采用n來查看輸出函數(shù)，也可以使用ldd查看程序隱式鏈接的共享對象文件。

5，對操作系統(tǒng)的依賴。這兩種動態(tài)庫運行依賴于各自的操作系統(tǒng)，不能跨平臺使用。因此，對于實現(xiàn)相同功能的動態(tài)庫，必須為兩種不同的操作系統(tǒng)提供不同的動態(tài)庫版本。

五、總結(jié)

本文系統(tǒng)分析了Windows和Linux動態(tài)庫實現(xiàn)，從程序編寫、編譯、調(diào)用以及對操作系統(tǒng)依賴等方面綜合分析和比較了這兩種調(diào)用方式的不同之處，為初學(xué)者對這兩種動態(tài)鏈接技術(shù)的學(xué)習(xí)提供了有益的參考。