system programming and API and ABI

系统编程、API及ABI

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系统编程

Linux系统编程中有三大基石:系统调用、C库和C编译器

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系统调用

       系统编程始于系统调用,系统调用syscalls是为了从操作系统获得服务或者资源而从用户空间向内核发起的函数调用。比如我们比较熟悉的readwrite函数。

       操作系统的主要功能是为应用程序的运行创建良好的环境,为了达到这个目的,内核提供一系列具备预定功能的多内核函数,通过一组称为系统调用(system call)的接口呈现给用户。系统调用把应用程序的请求传给内核,调用相应的的内核函数完成所需的处理,将处理结果返回给应用程序,如果没有系统调用和内核函数,用户将不能编写大型应用程序。

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C

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ClibcUnix应用程序的核心。就算你使用别的语言,c库也常常扮演着非常重要的角色,它常被高级的库封装,提供核心服务或者方便的系统调用。

glibclinux系统中最底层的api,几乎其它任何运行库都会依赖于glibcglibc除了封装linux操作系统所提供的系统服务外,它本身也提供了许多其它一些必要功能服务的实现。由于 glibc 囊括了几乎所有的 UNIX 通行的标准,可以想见其内容包罗万有。而就像其他的 UNIX 系统一样,其内含的档案群分散于系统的树状目录结构中,像一个支架一般撑起整个作业系统。在 GNU/Linux 系统中,其C函式库发展史点出了GNU/Linux 演进的几个重要里程碑,用 glibc 作为系统的C函式库,是GNU/Linux演进的一个重要里程碑。

C编译器

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       Linux中,标准的C编辑器是GNU编辑器工具集gcc

       GCCGNU Compiler CollectionGNU编译器集合)是一套由GNU工程开发的支持多种编程语言的编译器。GCC是自由软件发展过程中的著名例子,由自由软件基金会以GPL协议发布。GCC是大多数类Unix操作系统(如LinuxBSDMac OS X等)的标准的编译器,GCC同样适用于微软的WindowsGCC支持多种计算机体系芯片,如x86ARM,并已移植到其他多种硬件平台。GCC原名为GNU C编译器(GNU C Compiler),因为它原本只能处理C语言。GCC很快地扩展,并支持处理C++。后来又扩展能够支持更多编程语言,如FortranPascalObjective-CJavaAdaGo等。

API以及ABI

在系统级别上,影响可移植性的因素主要包括两个互相独立的定义和描述集合,一个是应用程序接口API,另一个是应用程序二进制接口ABI。两个都定义和描述了软件不同模块间的接口。

API

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APIApplication Programming Interface,应用程序编程接口)是一些预先定义的函数,目的是提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力,而又无需访问源码,或理解内部工作机制的细节。

ABI

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应用程序二进制接口(application binary interfaceABI 描述了应用程序和操作系统之间,一个应用和它的库之间,或者应用的组成部分之间的低接口 ABI不同于API API定义了源代码和库之间的接口,因此同样的代码可以在支持这个API的任何系统中编译 ,然而ABI允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行。 ABI掩盖了各种细节,例如:调用约定控制着函数的参数如何传送以及如何接受返回值;系统调用的编码和一个应用如何向操作系统进行系统调用;以及在一个完整的操作系统ABI中,对象文件的二进制格式、程序库等等。一个完整的ABI,像 Intel二进制兼容标准 (iBCS) ,允许支持它的操作系统上的程序不经修改在其他支持此ABI的操作体统上运行。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the meaning of postfix(.a,.la,.o,.so) and realize by programming

linux.a,.la,.o,.so文件的意义和编程实现

后缀含义

Linux下文件的类型是不依赖于其后缀名的,但一般来讲:

l  .o,是目标文件,相当于windows中的.obj文件

l  .so 为共享库,shared object,用于动态连接的,dll差不多

l  .a为静态库,是好多个.o合在一起,用于静态连接

l  .lalibtool自动生成的一些共享库,vi编辑查看,主要记录了一些配置信息。可以用如下命令查看.la文件的格式 $file .la .la: ASCII English text,所以可以用vi来查看其内容。

创建.a库文件和.o库文件:

$ gcc -c a.c

$ ar -rc a.a a.o

ar: creating a.a

动态库的编译

假定有三个.c文件:a.cb.cc.c,我们将这几个文件编译成一个动态库:libtest.so

$ gcc a.c b.c c.c -fPIC -shared -o libtest.so

动态库的链接

在上面,我们已经成功生成了一个自己的动态链接库libtest.so,下面我们通过一个程序来调用这个库里的函数。程序的源文件为:test.c

l test.c与动态库libtest.so链接生成执行文件test

$ gcc test.c -L. -ltest -o test

l 测试是否动态连接,如果列出libtest.so,那么应该是连接正常了

$ ldd test

l 执行test,可以看到它是如何调用动态库中的函数的。

编译参数解析

最主要的是GCC命令行的一个选项:

-shared 该选项指定生成动态连接库(让连接器生成T类型的导出符号表,有时候也生成弱连接W类型的导出符号),不用该标志外部程序无法连接。相当于一个可执行文件

-fPIC表示编译为位置独立的代码,不用此选项的话编译后的代码是位置相关的所以动态载入时是通过代码拷贝的方式来满足不同进程的需要,而不能达到真正代码段共享的目的,所以动态库必须要有此选项

-L.:表示要连接的库在当前目录中

-ltest:编译器查找动态连接库时有隐含的命名规则,即在给出的名字前面加上lib,后面加上.so来确定库的名称

LD_LIBRARY_PATH:这个环境变量指示动态连接器可以装载动态库的路径。

当然如果有root权限的话,可以修改/etc/ld.so.conf文件,然后调用 /sbin/ldconfig来达到同样的目的,不过如果没有root权限,那么只能采用输出LD_LIBRARY_PATH的方法了。

注意

调用动态库的时候有几个问题会经常碰到,有时,明明已经将库的头文件所在目录 通过 “-I” include进来了,库所在文件通过“-L”参数引导,并指定了“-l”的库名,但通过ldd命令察看时,就是死活找不到你指定链接的so文件,这时你要作的就是通过修改LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件来指定动态库的目录。通常这样做就可以解决库无法链接的问题了。

makefile里面怎么正确的编译和连接生成.so库文件,然后又是在其他程序的makefile里面如何编译和连接才能调用这个库文件的函数:我们需要告诉动态链接器、加载器ld.so在哪里才能找到这个共享库,可以设置环境变量把库的路径添加到库目录/lib/usr/libLD_LIBRARY_PATH=$(pwd),这种方法采用命令行方法不太方便,一种替代方法

LD_LIBRARY_PATH可以在/etc/profile还是 ~/.profile还是 ./bash_profile里设置,或者.bashrc里,改完后运行source /etc/profile . /etc/profile更好的办法是

添入/etc/ld.so.conf, 然后执行 /sbin/ldconfig