深入理解Linux动态库加载、链接与运行的全过程
- 2026-02-02 10:09:02
引言
一、动态库装载的基本概念
1.1 动态库与静态库的区别
.a | .so |
1.2 关键参与者
动态链接器 (
ld.so或ld-linux.so): 负责加载和链接动态库动态段 (
.dynamic): ELF文件中存储动态链接信息的部分全局符号表 (Global Symbol Table): 用于符号解析的数据结构
二、动态库装载的完整流程
2.1 流程概览
程序启动 → 加载动态链接器 → 解析程序动态段 → 加载依赖库 → 符号解析 → 重定位 → 初始化 → 程序执行2.2 详细步骤解析
步骤1：程序启动与动态链接器加载
当执行一个动态链接的程序时，内核首先检查ELF文件的程序头表，找到解释器段（INTERP），该段指定了动态链接器的路径：如下图所示
内核加载动态链接器到内存，并将控制权移交给它。
步骤2：解析程序依赖关系
动态链接器读取程序的动态段，获取所有依赖的共享库：
步骤3：库文件搜索与加载
动态链接器按照特定顺序搜索库文件：
RPATH/RUNPATH: 编译时指定的库搜索路径
LD_LIBRARY_PATH: 环境变量指定的路径
/etc/ld.so.cache: 缓存的库配置
默认路径:
/lib,/usr/lib等
如下所示查看RPATH/RUNPATH
步骤4：内存映射与段加载
动态链接器使用mmap系统调用将库文件映射到进程的地址空间：
// 简化的映射过程void* addr = mmap(NULL, lib_size, PROT_READ|PROT_EXEC,MAP_PRIVATE, fd, offset);
不同的段（代码段、数据段）根据权限要求被映射到不同的内存区域：
代码段: 只读、可执行（通常开启ASLR）
数据段: 可读写（包含全局变量等）
步骤5：符号解析与重定位
这是动态链接的核心环节：
符号解析: 将未定义的符号引用绑定到具体的定义
重定位: 修改代码中的地址引用
// 可执行程序源代码#include<stdio.h>#include"third.h"intmain(int argc, char** argv){int result = sum(1, 6);printf("result = %d\n", result);return 0;}
// sum函数所在的动态库源代码#include"third.h"intsum(int a, int b){return a + b;}
// 编译可执行程序g++ -g -o main main2.cpp -I./ -L./ -lthird -Wl,--rpath=/home/candy/Desktop/Project/gdb
// 编译动态库g++ -fpic -g -shared -o libthird.so third.cpp
R_X86_64_RELATIVE: 库内部数据的相对地址调整R_X86_64_JUMP_SLO: 对printf等外部函数的跳转槽需要填充
步骤6：初始化与终止处理
库的初始化函数按照特定顺序执行：
构造函数: 标记为
__attribute__((constructor))的函数.init_array段: 函数指针数组
.preinit_array段: 更早的初始化函数
// 示例：构造函数__attribute__((constructor))void init_function() {printf("Library initialized\n");}
.fini_array中的函数。三、动态链接器的内部机制
3.1 动态段的关键结构
3.2 链接器脚本与配置文件
/etc/ld.so.conf: 额外的库搜索路径配置
/etc/ld.so.preload: 预加载的库列表
链接器脚本: 控制内存布局的脚本文件
3.3 查看动态库在进程的内存布局
注意：本文主要讲解借助动态链接器去装载链接库，当然也可以在程序中使用dlopen主动去加载动态库并取用其中的函数、变量进行使用！
