原创 何时需要PIC

作者：王姗姗,华清远见嵌入式学院讲师。

“PCI”其实是我们在编译动态库的命令行参数，我们用这个参数标记，告诉GCC产生的代码不要包含对函数和变量具体内存位置的引用，这是因为现在还无法知道使用该消息代码的应用程序会将它连接到哪一段内存地址空间。这样编译出的*.o可以被用于建立共享链接库。建立共享链接库只需要用GCC的“-shared”标记即可。

现实生活中不是每个程序代码都是从零开始，常常会复用别人写好的，成熟的代码，而这些代码就被封装成库的形式，我们把编译好的目标代码存储到“库”里面，要用的时候链接程序帮我们从库里面找出来。

linux下的库有两种：静态库和共享库（动态库）。二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小。

在早期库的组织形式相对简单，里面的目标代码只能够进行静态链接，所以我们称为“静态库”，静态库的结构比较简单，其实就是把原来的目标代码放在一起，链接程序根据每一份目标代码的符号表查找相应的符号（函数和变量的名字），找到的话就把该函数里面需要定位的进行定位，然后将整块函数代码放进可执行文件里，若是找不到需要的函数就报错退出。这个时候的静态库除了磁盘空间较大而且如果有多个（调用相同库函数的）进程在内存中同时运行，内存中就存有多份相同的库函数代码，因此占用内存空间较多。

动态链接库就是为了解决这些问题而诞生的技术，顾名思义，动态链接的意思就是在程序装载内存的时候才真正的把库函数代码链接进行确定它们的地址，并且就算有几个程序同时运行，内存也只存在一份函数代码。

动态库的代码要实现这样的功能，必须满足这样一种条件：能够被加载到不同进程的不同地址，所以代码要经过特别的编译处理，我们把这种经过特别处理的代码叫做“位置无关代码（Position independed Code .PIC）”。

什么叫位置无关代码？也就是说内存中的动态代码只有一份副本，但动态库的数据仍然可能有多份副本，因为每一个链接到动态的进程都可能会修改库的数据，每当出现这种情况的时候，操作系统就复制出一份数据副本，然后修改进程的地址空间映射，使它指向新的数据副本，于是进程最后修改的只是属于自己的那份数据。

其实动态库有很多好处：

1. 可以实现进程之间的资源共享。
        2. 将一些程序升级变得简单。用户只需要升级动态链接库，而无需重新编译链接其他原有的代码就可以完成整个程序的升级。Windows 就是一个很好的例子。
        3. 甚至可以真正坐到链接载入完全由程序员在程序代码中控制。

如何做到实现进程之间的资源共享？就与我们这里所讲的“代码无关”相关。

再来解释下位置无关代码是什么意思。就是说，某个程序的在运行中要调用某个动态链接库函数的时候，操作系统首先会查看所有正在运行的程序，看在内存里是否已有此库函数的拷贝了。如果有，则让其共享那一个拷贝；只有没有才链接载入。这样的模式虽然会带来一些“动态链接”额外的开销，却大大的节省了系统的内存资源。C的标准库就是动态链接库，也就是说系统中所有运行的程序共享着同一个C标准库的代码段。

由于动态链接库函数的共享特性，它们不会被拷贝到可执行文件中。在编译的时候，编译器只会做一些函数名之类的检查。在程序运行的时候，被调用的动态链接库函数被安置在内存的某个地方，所有调用它的程序将指向这个代码段。因此，这些代码必须实用相对地址，而不是绝对地址。在编译的时候，我们需要告诉编译器，这些对象文件是用来做动态链接库的，所以要用地址无关代码（Position Independent Code （PIC））。