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동적 라이브러리와 정적 라이브러리

2018-10-06
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Technology

라이브러리란?

  • 라이브러리(영어: library)는 소프트웨어를 만들 때 쓰이는 클래스나 서브루틴들의 모임을 가리키는 말이다.

  • 라이브러리(library)는 다른 프로그램들과 링크되기 위하여 존재하는, 하나 이상의 서브루틴(subroutine)이나 함수(function)들의 집합 파일이다.

  • 링크(link)될 수 있도록 보통 컴파일된 형태인 목적 코드(object code)형태로 존재한다.

  • 미리 컴파일 되어 있어서 컴파일 시간도 단축된다.

라이브러리 사용 목적

  • 라이브러리는 코드 재사용을 위해 조직화된 초창기 방법 중의 하나이며
    많은 다른 프로그램들에서 사용할 수 있도록 운영체계나 소프트웨어 개발 환경제공자들에 의해 제공되는 경우가 많다.

  • 라이브러리 내에 있는 루틴들은 범용적으로 사용도 가능하며
    3차원 애니메이션 그래픽 등과 같이 특별한 용도의 함수로 설계 될 수도 있다.

  • 라이브러리들은 사용자의 프로그램과 링크되어 실행이 가능한 완전한 프로그램을 이룬다.

라이브러리의 구분

  • 동적 라이브러리 : 완성된 프로그램을 실행할 때 포함시키는 동적 라이브러리

  • 정적 라이브러리 : 프로그램을 컴파일하는 과정에서 포함시키는 오브젝트 파일들의 모임

확장자별 라이브러리 구분

  • .a : 리눅스 / 정적 라이브러리

  • .so : 리눅스 / 동적 라이브러리

  • .lib : 윈도우 / 정적 라이브러리

  • .dll : 윈도우 / 동적 라이브러리

동적 라이브러리(Dynamin Library)

  • DLL을 구현하고 컴파일하고 나면 Static library와는 다르게 output file이 2개가 생성된다.

  • 하나는 *.lib 파일이고
    하나는 *.dll 파일이다.

  • 여기서 *.lib 파일은 Static library의 *.lib 파일과는 전혀 다르다.

  • Static library의 *.lib 파일은 라이브러리 전체 코드를 포함하는 바이너리이며,
    DLL의 *.lib 파일은 DLL이 제공하고자 하는 함수 정보(함수명)을 가지는 정보 파일이다.

  • 프로그램 시작할 때 같이 로딩되어
    프로그램 종료 할 때 메모리에서 해제되는 방법을
    암시적 링킹(Implicit Linking)이라 한다.

  • DLL의 *.lib 파일을 이용하여 링킹하는 것을 암시적 링킹(implicit linking)이라고 한다.

  • 프로그램 실행 시 필요시만 외부 DLL 파일에서 함수를 참조한다.

  • 실행 바이너리를 링크 단계에서 실행 바이너리의 *.obj 파일들과 DLL의 *.lib 파일을 함께 링크하여
    이 정보를 토대로 runtime에 DLL의 함수 코드를 참조하게 되는 것이다.

  • 즉 *.lib 파일은 링크시 필요하고, *.dll 파일은 실행시 필요하다.

장점

  • 메모리를 절약하고 스와핑을 줄인다.

  • 프로그램이 한번 메모리에 올려진 것을 공유하므로 메모리 사용 공간이 정적 라이브러리에 비해 적다.

  • 여러 프로세스가 메모리에 있는 하나의 DLL 복사본을 공유하여 하나의 DLL을 동시에 사용할 수 있다.

  • 반면, 정적 연결 라이브러리를 사용하여 빌드된 응용 프로그램의 경우 Windows는 각 응용 프로그램에 대해 하나의 라이브러리 코드 복사본을 메모리에 로드해야 한다.

  • 동적은 메모리에 올라와있는 DLL을 참조하여 사용하기 때문에 1개만 있으면 되지만
    정적은 빌드 시 라이브러리를 함께 컴파일이 이뤄져야하기 때문에 각 프로그램마다 라이브러리 코드를 갖고있는다.

  • DLL을 보다 쉽게 업그레이드 할 수 있다.

  • DLL의 함수가 변경되어도 이 함수의 인수 및 반환 값이 변경되지 않았으면 그 함수를 사용하는 응용 프로그램은 다시 컴파일하거나 링크할 필요가 없다.

  • 반면, 정적으로 링크되는 개체 코드의 경우에는 함수가 변경되면 응용 프로그램을 다시 링크시켜야 한다.

  • 출시 후 지원이 가능하다.
    예를 들어, 응용 프로그램을 출시할 때 사용할 수 없었던 디스플레이 기능을 지원하도록 디스플레이 드라이버 DLL을 수정할 수 있다.

  • 언어 형식이 다른 여러 프로그램을 지원한다.

  • 서로 다른 프로그래밍 언어로 작성된 프로그램인 경우에도 함수의 호출 규칙을 따르기만 하면 여러 프로그램에서 동일한 DLL 함수를 호출 할 수 있다.

  • 이 경우 각 프로그램과 DLL 함수는 여러 가지 면(스택에 해당 함수의 인수가 들어가는 순서, 스택을 정리하는 것이 함수인지 응용 프로그램인지의 여부 및 인수가 레지스터에 전달되는지의 여부)에서 호환 될 수 있어야 한다.

  • 프로그램 변경시 변경된 부분의 공유 라이브러리만 재배포하면 되므로 유지보수가 쉽다.

단점

  • 외부 의존도가 생기기 때문에 이식성이 어렵다.

  • 공유 라이브러리를 메모리에 올리려면 찾고 올리는데 시간이 걸리므로 성능저하가 생긴다.

정적 라이브러리(Static Libray)

  • 프로그램 빌드 시에 라이브러리가 제공하는 코드를 실행 파일에 넣는 방식의 라이브러리를 의미한다.

  • 컴파일의 링킹 단계에서 실행 파일에 결합된다.

  • 특정 기능의 라이브러리를 static 하게 제작한다는 것은 컴파일의 link 단계에서 라이브러리(*.lib 파일)를 실행 바이너리에 포함시킨다는 얘기이다.

  • 즉 라이브러리의 동작 코드가 이를 사용하는 실행 바이너리 속에 포함되기 때문에 별도의 추가 작업없이, 그리고 독립적으로 라이브러리 함수들을 사용할 수 있다.

  • 정적 라이브러리를 사용하여 컴파일을 하면 링커가 프로그램이 필요로 하는 부분을 라이브러리에서 찾아 실행파일에 바로 복사한다.

  • 실행 파일에 다 들어가기 때문에 실행 시 라이브러리가 필요없다.

장점

  • 시스템 환경이 변해도 애플리케이션에 아무런 영향이 없고, 완성된 애플리케이션을 안정적으로 사용할 수 있다.

  • 컴파일시 필요한 라이브러리를 프로그램 내에 적재하기 때문에 이식성이 좋다.

  • 런타임시 외부를 참조할 필요가 없기 때문에 속도에서 장점이 있다.

단점

  • 같은 코드를 가진 여러 프로그램을 실행할 경우 코드가 중복이 되니 그만큼 메모리를 낭비하게 된다.

  • 라이브러리 변경이 필요할 시, 변경된 라이브러리만 재배포하면 안되고 프로그램을 다시 재배포 해야 한다.

Reference

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