라이브러리 (컴퓨팅)

3. 라이브러리 링크

라이브러리는 링크 또는 바인드 작업을 통해 프로그램과 연결되며, 이 과정은 링커나 바인더 프로그램에 의해 자동으로 수행된다. 링커는 주어진 순서대로 라이브러리 및 다른 모듈 집합을 검색하여 라이브러리 모듈에 대한 참조(심볼)를 해결한다.^[1] 링크 대상이 여러 번 발견되어도 오류로 간주되지 않는 것이 일반적이다. 링크는 실행 파일 생성 시(정적 링크) 또는 프로그램이 런타임에 사용될 때(동적 링크) 수행될 수 있다.^[1]

해결되는 참조는 점프 및 기타 루틴 호출에 대한 주소일 수 있으며, 메인 프로그램 또는 다른 모듈에 있을 수 있다. 이러한 참조는 각 참조 모듈의 메모리 세그먼트에 대한 런타임 메모리를 할당하여 고정 또는 재배치 가능한 주소로 해결된다.

일부 프로그래밍 언어는 '스마트 링크' 기능을 사용한다. 이를 통해 컴파일러와 링커가 통합되어 외부 참조 사용 방식을 파악하고, 사용되지 않는 라이브러리 코드를 제거하여 응용 프로그램 파일 크기와 메모리 사용량을 줄일 수 있다.

3. 1. 정적 라이브러리

3. 2. 동적 라이브러리

3. 3. 공유 라이브러리

4. 특징

라이브러리는 여러 독립적인 소비자(프로그램 및 기타 라이브러리)가 사용할 수 있다. 이는 프로그램 내에서만 사용할 수 있는 리소스와는 다르다.

라이브러리 리소스를 사용하면, 자체적으로 구현할 필요 없이 라이브러리의 기능을 활용할 수 있다. 라이브러리는 코드 재사용을 모듈식 방식으로 장려한다.

라이브러리를 사용하는 코드를 작성할 때 프로그래머는 라이브러리의 내부 세부 사항이 아닌, 무엇을 포함하고 어떻게 사용하는지와 같은 상위 수준의 정보만 알면 된다.

라이브러리는 다른 라이브러리를 사용할 수 있으며, 이로 인해 프로그램 내에 라이브러리의 계층 구조가 생길 수 있다.

4. 1. 실행 가능한 라이브러리

5. 고급 개념

일부 프로그래밍 언어는 '스마트 링크' 기능을 사용하여 링커가 컴파일러와 통합되어 사용되지 않는 라이브러리 코드를 제거한다. 이를 통해 파일 크기와 메모리 사용량을 줄일 수 있다.

프로그램이나 라이브러리 모듈의 참조는 상대적 형태로 저장되는데, ''재배치''는 이러한 참조를 조정하는 과정이다. 링커나 로더가 수행하며, 위치 독립 코드는 재배치가 필요 없다.

'''객체 라이브러리'''는 객체 지향 프로그래밍(OOP)에서 사용되며, 원격 접근을 지원하는 경우 '''분산 객체'''라고도 불린다. IBM의 시스템 객체 모델(SOM/DSOM), 선 마이크로시스템즈의 어디에나 분산 객체(DOE) 등이 그 예시이다.^[1] '''클래스 라이브러리'''는 OOP에서 클래스를 포함하며, 클래스는 객체의 특성과 동작(메서드)을 정의한다. 자바 같은 일부 OOP 언어에서는 클래스가 JAR 파일 형식에 포함된다.^[2] 오늘날 대부분의 클래스 라이브러리는 패키지 저장소에 저장된다. (예: 자바의 Maven Central)^[3]

Java에서는 객체 라이브러리로 주로 JAR이 사용되며, JAR 파일 안에는 클래스의 바이트코드 형식이 저장되어 있다.^[4]

'''원격 라이브러리'''는 원격 프로시저 호출(RPC)을 통해 다른 컴퓨터의 네트워크를 통해 호출하는 기술이다. 이는 운영 체제 재사용을 극대화할 수 있지만, 모든 라이브러리 호출에 상당한 오버헤드가 발생한다.

'''코드 생성 라이브러리'''는 자바 바이트코드를 생성하거나 변환할 수 있는 고급 응용 프로그래밍 인터페이스(API)이다. 관점 지향 프로그래밍 등에서 동적 프록시 객체를 생성하는 데 사용된다.^[17]

5. 1. 스마트 링크

6. 파일 이름 명명 규칙

운영체제마다 라이브러리 파일 이름에 대한 다른 명명 규칙을 사용한다.

• 유닉스 계열 시스템: `libfoo.a` (정적 라이브러리) 또는 `libfoo.so` (동적 링크 라이브러리) 형태를 사용하며, `libfoo.so.2`와 같이 인터페이스 번호를 덧붙이기도 한다.^[1] GNU/Linux, Solaris, BSD 계열 운영체제는 `lib` 접두사와 `.a` (정적) 또는 `.so` (동적) 확장자를 사용한다.^[2] macOS는 BSD 규칙을 따르지만, 동적 라이브러리에 `.dylib` 확장자를 사용하기도 한다.^[2]
• macOS: BSD의 정적 라이브러리 규칙을 상속받아 `.a` 파일을 사용하며, `.so` 스타일의 동적 연결 라이브러리도 사용 가능하고 `.dylib` 접미사를 사용한다.^[2] 대부분 "프레임워크" 형태로 구성되며, 이는 "번들" 디렉터리에 라이브러리와 메타데이터를 포함한다.
• Microsoft Windows: 동적 링크 라이브러리는 주로 `.DLL` 확장자를 사용하고, OLE 라이브러리는 `.OCX` 확장자를 사용하기도 한다.^[18] `.LIB` 파일은 정적 라이브러리 또는 "임포트 라이브러리"일 수 있다.^[20] 윈도우에서는 `.LIB` 파일이 어떤 종류인지 확인해야 하며, 임포트 라이브러리의 경우 런타임에 `.DLL` 파일이 필요하다. 동적 링커/로더는 다양한 기능을 하며, 실행 파일에 라이브러리 경로를 저장하거나, OS가 라이브러리를 검색하는 방식을 사용한다. Windows는 레지스트리를 사용하여 COM 컴포넌트 및 ActiveX DLL 위치를 결정하고, 표준 DLL은 특정 디렉터리들을 검색한다.^[21] Windows XP부터 Side-by-Side 어셈블리 메커니즘이 추가되어, 라이브러리 서명을 기반으로 링크할 라이브러리를 결정한다.

6. 1. 유닉스 계열 시스템

6. 2. macOS

6. 3. Microsoft Windows

7. 동적 로딩

동적 로딩(dynamic loading)은 동적 링크의 하위 범주로, 실행 중인 프로그램이 명시적으로 동적 링크 라이브러리를 로드하는 것을 말한다. 이를 명시적 링크(explicit linking)라고도 부른다.^[22] 이 방식은 주로 플러그인 모듈로 사용되며, 스프레드시트 프로그램의 애드인(add-in) 등이 대표적인 예이다.

동적 라이브러리를 지원하는 시스템은 일반적으로 모듈의 동적 로딩을 위한 API를 제공한다. 예를 들어, Windows에서는 `LoadLibrary()`와 `GetProcAddress()` API를 사용하고, 유닉스 계열 시스템에서는 `dlopen()`과 `dlsym()` API를 사용한다. 일부 개발 환경에서는 이러한 처리를 자동화하기도 한다. 또한, 필요 없어진 모듈을 해제(언로드)하는 API(`FreeLibrary()`나 `dlclose()`)도 제공되는데, 이러한 API는 사용자가 기능 확장을 할 수 있도록 플러그인 시스템을 애플리케이션에 구현하는 데 유용하다.

.NET Framework에서는 라이브러리의 어셈블리가 필요할 때 자동으로 로드되는 지연 로딩이 기본이지만, 어셈블리를 명시적으로 언로드하는 것은 불가능하다. P/Invoke도 마찬가지이다. .NET 4 이후에는 플러그인 시스템 구현을 쉽게 해주는 기능이 지원된다.

스크립트 언어(동적 프로그래밍 언어) 처리계(인터프리터 등)를 애플리케이션에 통합하여 정형 처리를 자동화하거나 기능 확장을 위해 사용자가 작성한 프로그램을 실행할 수 있게 하는 경우도 있다. Microsoft Office의 Visual Basic for Applications가 대표적인 예이며, Maya 8.5 이후^[23]나 LightWave 11 이후^[24]와 같이, 자체 스크립트 언어 외에 범용 프로그래밍 언어 Python을 이용한 스크립팅 기능을 탑재하는 경우도 늘고 있다. 이러한 기능들은 외부 사용자 코드를 넓은 의미의 동적 라이브러리로 활용하는 플러그인 기능이라고 할 수 있다.

참조

_[1] 학위논문 Metamorphic Detection Using Function Call Graph Analysis San Jose State University Library
_[2] 웹사이트 Static Libraries http://tldp.org/HOWT[...] TLDP 2013-10-03
_[3] 학술저널 The Analytical Engine https://www.fourmila[...] 1888-09-12
_[4] 서적 The Computer from Pascal to von Neumann http://dx.doi.org/10[...] Princeton University Press 2008-12-31
_[5] 보고서 Planning and coding of problems for an electronic computing instrument Institute for Advanced Study 1947
_[6] 학회자료 1951 International Workshop on Managing Requirements Knowledge IEEE 1951
_[7] 학술저널 In Praise of 'Wilkes, Wheeler, and Gill' https://cacm.acm.org[...] 2011-09
_[8] 서적 The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer https://archive.org/[...] Addison-Wesley 1951
_[9] 서적 History of Programming Languages https://archive.org/[...] Academic Press (A subsidiary of [[Harcourt Brace]])
_[10] 문서
_[11] 문서
_[12] 서적 Comparative Programming Languages Addison-Wesley
_[13] 문서
_[14] 문서
_[15] 서적 Reverse Engineering Code with IDA Pro Elsevier 2021-05-27
_[16] 학회자료 SLINKY: Static Linking Reloaded http://usenix.org/le[...] Department of Computer Science, [[University of Arizona]] 2016-03-17
_[17] 웹사이트 Code Generation Library https://sourceforge.[...] [[Source Forge]] 2010-03-03
_[18] 서적 LPIC-1 Linux Professional Institute Certification Study Guide: Exam 101-400 and Exam 102-400 https://books.google[...] John Wiley & Sons 2015-09-03
_[19] 웹사이트 API, SDK, Libraryの違い | DAFTCRAFT ENGINEER BLOG | ダフトクラフト株式会社 https://daftcraft.co[...]
_[20] 문서
_[21] 웹사이트 Dynamic-Link Library Search Order http://msdn.microsof[...] 2008-11-11
_[22] 웹사이트 Link an executable to a DLL | Microsoft Docs https://docs.microso[...]
_[23] 웹사이트 ASCII.jp：「無償体験版も提供する予定」──オートデスクが語る『Maya 8.5』 https://ascii.jp/ele[...]
_[24] 웹사이트 Python Scripting For LightWave | 2024 https://docs.lightwa[...]
_[25] 문서
_[26] 서적 History of Programming Languages https://archive.org/[...] Academic Press (A subsidiary of [[Harcourt Brace]])
_[27] 문서
_[28] 문서
_[29] 문서
_[30] 서적 Comparative Programming Languages https://archive.org/[...] Addison-Wesley
_[31] 문서
_[32] 문서