【Linux-基础IO】软硬链接+动静态库

一、软硬链接

见一见

• 软连接

• 硬连接 

通过观察我们发现以下几点：

1.ll - i后，软连接形成的文件有指向，并且软连接的Inode编号与对应文件的Inode编号不一样

2.ll - i后，硬连接形成的文件与对应的文件Inode编号一样

3.软连接的硬连接数为1，硬连接的硬连接数为2

特征+作用

1. 软连接是一个独立的文件，因为有独立的inode number

软连接的内容：目标文件所对应的路径字符串；也就是我们可以通过cat软连接，就能够打印文件的内容，软连接也就类似于windows中的快捷键，比如桌面看到的软件保存的是其它的路径，在系统中可能你要运行的可执行程序在一个很深的目录下，就可以在较上层的目录中建立软链接。

 

【问题】我们把软连接删除了会影响目标文件吗？

并不会，因为它们两个是独立的文件；就像小白刚接触电脑一样，卸载软件只是把快捷方式拖到回收站，其实并没有删除软件；但是目标文件删除了，软连接绝对跑不出来的

【软连接的作用】--快速使用文件

我们现在要在外层建立软连接，目标文件在lesson21内部，测试发现通过cat外层的软连接，也可以打印文件里的内容

在系统中 ll /usr/lib64有很多库，包括动态库静态库等，我们就可以发现这里有很多软连接 

1. 硬连接不是一个独立的文件，因为它没有独立的inode number，它用的是目标文件的inode

硬连接（Hard Link）是一种特殊的文件系统特性，它允许用户创建多个指向同一inode（索引节点）的文件名。硬连接使得一个文件可以有多个名称，每个名称都指向文件系统的同一数据块集合。

硬连接的创建和删除：

• 创建硬连接：使用ln命令可以创建硬连接，例如ln -s 原始文件 硬连接文件。

• 删除硬连接：要删除硬连接，需要删除原始文件或所有指向同一inode的硬连接。例如，使用rm 硬连接文件可以删除硬连接，但如果原始文件仍然存在，硬连接文件会重新创建。

硬连接的特点：

1. inode共享：硬连接允许多个文件名指向同一inode。这意味着，对于硬连接文件，只有原始文件（即创建硬连接的文件）的inode会被删除或重命名，其他硬连接文件仍然有效。

2. 文件内容共享：由于硬连接共享相同的inode，它们共享文件的所有数据块。这意味着，对其中一个硬连接文件进行的修改会立即反映在所有硬连接文件上。

3. 不可跨文件系统：硬连接必须在同一文件系统中创建，因为inode是文件系统内部的唯一标识。

4. 不可跨目录：硬连接不能跨目录创建，每个硬连接必须位于原始文件的目录内。

5. 无法创建到目录：硬连接不能创建到目录，因为目录的inode包含了指向子目录和文件的指针，而不是文件的数据。

6. 文件删除限制：删除原始文件不会删除其他硬连接文件，因为它们共享同一个inode。要删除所有硬连接文件，必须先删除所有硬连接。

硬连接的用途：

1. 文件备份：通过创建硬连接，可以创建文件的备份，而不需要复制文件的内容。

2. 链接文件：在某些情况下，硬连接可以用来创建多个文件名指向同一数据，例如，在文件名发生冲突时，可以创建一个硬连接来指向正确的文件。

3. 目录管理：硬连接可以用来简化目录结构，例如，在目录中创建一个指向主目录的硬连接，以方便访问。

【知识点】关于文件属性硬连接数

硬连接数（Hard Link Count）是指一个文件系统中某个inode（索引节点）所拥有的硬连接数量。每个inode在文件系统中都是唯一的，它用于存储文件或目录的元数据和指向数据块的指针。硬连接数是指有多少个文件名指向这个inode。

硬连接数与文件删除行为有关：

1. 硬连接数减少：当一个硬连接被删除时，指向该inode的硬连接数会减少。如果原始文件（即创建硬连接的文件）的硬连接数降至零，那么该文件及其数据块将被删除。

2. 文件删除限制：即使原始文件被删除，只要还有其他硬连接指向该inode，文件的数据块就不会被删除。这是因为文件系统认为文件仍然在使用中，因此不能释放其数据块。

3. 硬连接数限制：不同的文件系统可能有不同的硬连接数限制。例如，某些文件系统可能不允许创建超过一定数量的硬连接。

 我们先看hard_link中file_hard.link 与 file.txt的硬连接数为2，这就说明这两个文件指向的是同一块空间，通过两个任意一个文件都可以访问这块空间。

我们此时再创建一个目录，发现目录的硬连接数为2这是为什么呢？

因为一个目录中有隐藏文件，隐藏文件分别是 .当前路径 ..上级目录，正是因为有这两个隐藏文件，我们才可以使用cd..，也就是说任何一个目录，刚开始新建的时候，引用计数一定是2

当前目录下新建一个目录，上级目录的硬连接数会增加，因为新目录的名称指向了上级目录的inode。

目录A内部，新建一个目录，会让A目录的引用计数自动+1，一个目录内部有几个目录：A引用计数-2

注意：在Linux系统中，不允许给目录建立硬连接，目的是为了避免形成路径环绕

 

二、动静态库

在Linux操作系统中，库文件（Library）分为动态库（Dynamic Libraries）和静态库（Static Libraries）。它们是共享代码和资源的方式，用于在编译和运行时提供给应用程序使用。

• 动态库（Dynamic Libraries）

动态库在运行时加载，它们通常以.so（在Linux上）或.dll（在Windows上）为扩展名。动态库的好处是它们可以在程序运行时被动态加载，这意味着应用程序不需要将库代码包含在可执行文件中，从而减小了可执行文件的大小。

动态库的使用步骤如下：

1. 编译时链接：在编译应用程序时，链接器（Linker）会查找动态库的路径，并链接到相应的库文件。

2. 运行时加载：当应用程序运行时，操作系统会动态加载指定的动态库，并将其内容加载到内存中。

3. 链接器处理：链接器会处理动态库的链接信息，并将相应的函数和数据映射到应用程序的内存空间。

4. 内存管理：动态库的内容被加载到内存中，应用程序可以直接调用库中的函数。当应用程序结束时，操作系统会负责释放动态库占用的内存。

• 静态库（Static Libraries）

静态库在编译时链接，它们通常以.a为扩展名。静态库将库代码直接包含在可执行文件中，这使得可执行文件的大小变大，但好处是应用程序不需要在运行时动态加载库，从而提高了运行效率。

静态库的使用步骤如下：

1. 编译时链接：在编译应用程序时，链接器会将静态库的内容直接包含到可执行文件中。

2. 运行时加载：由于静态库已经被包含在可执行文件中，因此应用程序不需要在运行时动态加载库。

3. 内存管理：静态库的内容被包含在可执行文件中，应用程序可以直接调用库中的函数。当应用程序结束时，静态库占用的内存与可执行文件一起被释放。

静态库的制作打包与使用

【故事引入】

张三是一名学霸，李四是位学渣；现在老师要求自己写一个math库和print库并且能够实现；李四什么也不会，于是就找张三说：“张三，这份作业你帮我做呗，你把代码给我，我请你吃顿饭”；张三一想：这个可以唉，但是如果我把我的源代码给了李四，老师一看就知道我们两个作业是一样的，于是张三将几个.c代码实现的文件，打包成库，复制给李四，然后教李四怎么调用这个库文件，于是这个作业就这样过去了

下面是张三的文件和代码

 

生成静态库

• gcc -c mymath.c -o mymath.o / gcc -c myprint.c -o myprint.o

先讲源文件汇编后盛出.o文件，但是它还不能运行，因为还差最后一步链接；

• ar -rc libwork.a mymath.o myprint.o

 

ar（Archiver）是一个用于创建和维护静态库的工具，它通常与GNU Binutils工具集一起提供。ar命令允许您创建新的静态库、修改现有库、提取库中的文件、列出库中的内容等。

指令ar -rc libwork.a mymath.o myprint.o的解释如下：

1. ar：这是Archiver命令的名称。

2. -r：这个选项用于增加（add）文件到库文件中。当您使用-r选项时，ar会添加指定的对象文件（.o文件）到库文件中。

3. -c：这个选项用于创建（create）一个新的库文件。如果您没有指定库文件，ar会创建一个新的库文件。如果您指定了库文件，ar会创建一个新版本的库文件。

4. libwork.a：这是库文件的名称，.a是静态库文件的扩展名。

5. mymath.o：这是您想要添加到库文件中的第一个对象文件。

6. myprint.o：这是您想要添加到库文件中的第二个对象文件。

当您运行这个指令时，ar会创建一个新的库文件（如果它还不存在）或更新现有的库文件。它会将mymath.o和myprint.o这两个.o文件添加到库文件libwork.a中。这些.o文件包含了编译后的C语言代码，当它们被添加到库文件中时，它们会与库文件中的其他.o文件链接，以便在程序中使用。

ps：库文件开头必须以lib开头

• 查看静态库中的目录列表

 

main.c内容

#include "mymath.h"
#include "myprint.h"
int main(){
  Print("hello I am Print\n");
  return 0;
}

我们编译发现没有这样的文件或目录，原因就是 mymath.h 既不在当前路径下，也不在默认路径下。所以我们要告诉编译器，你要往哪个地方去找头文件，于是需要加一个选项-I + 指定路径；

 

此时还有报错，但是与上一次相比，这次我们找到了头文件，但是链接器在尝试链接可执行文件时找不到名为Print的函数，所以还需要在gcc上加入-L + 路径选项，告诉编译器从哪里链接

 

此时又报错了，这是因为我们指明了库的路径，但是没有指明是哪一个库，万一这里面有几百上千的库总不能让编译器一个一个去找吧，于是后面还需要加上是哪个库，加上--l + 库名称

真正库的名称需要去掉前缀lib和后缀.a

库搜索路径

1.从左到右搜索 -L 指定的目录

2.由环境变量指定的目录（LIBRARY_PATH）

3.由系统指定的目录/usr/lib /usr/local/lib

动态库的打包与使用

依旧是之前的代码和文件

生成动态库

首先，需要分别编译mymath.c和myprint.c文件，生成.o文件

gcc -fPIC -c myprint.c -o myprint.o
gcc -fPIC -c mymath.c -o mymath.o

 

这里使用到的-PIC是位置无关代码（PIC，Position Independent Code）是一种特殊的编译代码格式，它允许编译器生成的代码在内存中的任何位置执行，而不会产生错误或性能问题。PIC代码的一个关键特性是它不依赖于程序在内存中的加载地址。后续我们介绍原理，这里我们先使用

• gcc -shared -o libwork.so myprint.o mymath.o

-shared：这是一个选项，告诉编译器创建一个共享库（Shared Object）而不是一个可执行文件。共享库可以在多个程序之间共享，并且可以被动态加载和链接到程序中。

然后打包发给李四

使用动态库

main.c内容

#include "mymath.h"
#include "myprint.h"

int main(){
  Print("I am Print()\n");;
  printf("%d + %d = %d\n",5,15,add(5,15));

  return 0;
}

此时我们执行代码

 

什么情况？怎么还报错，怎么就找不到

我们用ldd查看一下链接情况

 

这是因为LD_LIBRARY_PATH环境变量的问题：运行可执行文件时，它可能会使用LD_LIBRARY_PATH环境变量来查找库文件。如果这个环境变量没有正确设置，或者它不包含./lib目录，那么可执行文件就无法找到库文件。可以设置LD_LIBRARY_PATH环境变量，或者将其包含在~/.bashrc或~/.bash_profile文件中。

这个是动态库，因为动态库要在程序运行的时候，要找到动态库加载并运行！

这样我们就连到了

 

静态库为什么没有这个问题？？

因为编译期间，已经将库中的代码拷贝到我们的可执行程序内部了！加载和库就没有关系了！