Ubuntu 20.04 系统库管理详细教程

1. 系统库的基本概念

什么是系统库？

系统库是预编译的代码集合，提供特定功能供其他程序调用。在Ubuntu中，库文件通常以.so（共享库）或.a（静态库）形式存在。

常见的库类型

系统库: 如libc、libm等基础库
开发库: 如Eigen、OpenCV、PCL等
语言库: 如Python库、Node.js模块等

2. Ubuntu中库的安装位置

标准安装路径

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/usr/lib/              # 系统库主目录
/usr/local/lib/        # 本地安装的库
/usr/include/          # 头文件目录
/usr/local/include/    # 本地头文件目录
/opt/                  # 可选软件包目录

查看已安装的库

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# 查看系统库
ldconfig -p | grep eigen

# 查看包管理器安装的库
dpkg -l | grep eigen

# 查看库文件位置
find /usr -name "*eigen*" 2>/dev/null

3. 库的安装方式

方式一：包管理器安装（推荐）

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# 更新包列表
sudo apt update

# 安装Eigen库
sudo apt install libeigen3-dev

# 安装OpenCV
sudo apt install libopencv-dev

# 安装PCL
sudo apt install libpcl-dev

优点：

自动处理依赖关系
系统统一管理
卸载方便

安装位置：

头文件：/usr/include/eigen3/
库文件：/usr/lib/x86_64-linux-gnu/

方式二：源码编译安装

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# 下载源码
git clone https://gitlab.com/libeigen/eigen.git
cd eigen

# 创建构建目录
mkdir build && cd build

# 配置编译
cmake ..

# 编译安装
make -j4
sudo make install

默认安装位置：

头文件：/usr/local/include/
库文件：/usr/local/lib/

方式三：预编译包安装

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# 下载预编译包
wget https://example.com/library.tar.gz
tar -xzf library.tar.gz

# 手动复制到系统目录
sudo cp -r include/* /usr/local/include/
sudo cp -r lib/* /usr/local/lib/

4. 环境变量和配置文件详解

~/.bashrc 文件

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# 查看bashrc文件
cat ~/.bashrc

# 编辑bashrc
nano ~/.bashrc

作用：

每次打开新终端时自动执行
设置用户级环境变量
定义别名和函数

常见配置：

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# 添加库路径
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH

# 添加可执行文件路径
export PATH=/usr/local/bin:$PATH

# 设置PKG_CONFIG路径
export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig:$PKG_CONFIG_PATH

/etc/environment 文件

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# 查看系统级环境变量
cat /etc/environment

作用：

系统级环境变量设置
对所有用户生效
系统启动时加载

setup.bash 文件（ROS相关）

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# ROS环境设置
source /opt/ros/noetic/setup.bash

# 工作空间环境设置
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

作用：

设置ROS相关环境变量
配置ROS包路径
每次使用ROS前需要source

5. 库的查找机制

编译时库查找

编译器按以下顺序查找库：

命令行指定的路径（-L参数）
环境变量LIBRARY_PATH指定的路径
系统默认路径：/usr/lib, /usr/local/lib

运行时库查找

程序运行时按以下顺序查找动态库：

LD_LIBRARY_PATH环境变量指定的路径
/etc/ld.so.conf文件中指定的路径
系统默认路径：/lib, /usr/lib

查看库依赖

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# 查看可执行文件的库依赖
ldd /usr/bin/your_program

# 查看库的符号表
nm -D /usr/lib/libexample.so

# 查看库信息
objdump -p /usr/lib/libexample.so

6. CMake中的库查找

find_package机制

cmake 复制代码

# 查找Eigen库
find_package(Eigen3 REQUIRED)

# 查找OpenCV库
find_package(OpenCV REQUIRED)

# 链接库
target_link_libraries(your_target ${OpenCV_LIBS})

CMake查找路径

CMake按以下顺序查找库：

CMAKE_PREFIX_PATH指定的路径
环境变量CMAKE_PREFIX_PATH
系统标准路径

设置CMake查找路径

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# 方式一：环境变量
export CMAKE_PREFIX_PATH=/usr/local:$CMAKE_PREFIX_PATH

# 方式二：CMake命令行
cmake -DCMAKE_PREFIX_PATH=/usr/local ..

# 方式三：CMakeLists.txt中设置
set(CMAKE_PREFIX_PATH "/usr/local" ${CMAKE_PREFIX_PATH})

7. 为什么需要设置环境变量？

原因分析

路径不在系统默认搜索路径中
- 自定义安装路径需要告诉系统
- 避免与系统库冲突
版本管理
- 同一库的多个版本共存
- 选择特定版本使用
开发环境隔离
- 不同项目使用不同库版本
- 避免全局污染

设置方法

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# 临时设置（当前终端有效）
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH

# 永久设置（添加到~/.bashrc）
echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

# 系统级设置（需要root权限）
echo '/usr/local/lib' | sudo tee -a /etc/ld.so.conf
sudo ldconfig

8. /opt目录详解

/opt目录的含义

opt: Optional的缩写，表示"可选的"
用途: 存放第三方软件包
特点: 独立于系统包管理器

/opt目录结构

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/opt/
├── ros/           # ROS安装目录
│   └── noetic/    # ROS Noetic版本
├── google/        # Google软件
├── sublime_text/  # Sublime Text编辑器
└── your_software/ # 其他第三方软件

为什么ROS安装在/opt？

避免冲突: 不与系统包管理器管理的软件冲突
版本管理: 可以同时安装多个ROS版本
完整性: ROS是一个完整的软件栈，适合独立安装
权限管理: 系统级安装，所有用户可用

/opt vs /usr/local

目录	用途	管理方式	适用场景
/opt	第三方完整软件包	软件自带安装程序	ROS、商业软件
/usr/local	本地编译安装	手动或源码安装	开源库、工具

9. 实际操作示例

安装Eigen库完整流程

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# 方法一：包管理器安装
sudo apt update
sudo apt install libeigen3-dev

# 验证安装
find /usr -name "Eigen" -type d 2>/dev/null
# 输出：/usr/include/eigen3/Eigen

# 在CMake中使用
find_package(Eigen3 REQUIRED)
target_link_libraries(your_target Eigen3::Eigen)

源码安装OpenCV流程

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# 1. 安装依赖
sudo apt install build-essential cmake git pkg-config
sudo apt install libjpeg-dev libtiff5-dev libpng-dev
sudo apt install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev

# 2. 下载源码
git clone https://github.com/opencv/opencv.git
cd opencv
mkdir build && cd build

# 3. 配置编译
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \
      -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local \
      -DBUILD_EXAMPLES=ON ..

# 4. 编译安装
make -j$(nproc)
sudo make install

# 5. 更新库缓存
sudo ldconfig

# 6. 设置环境变量（如果需要）
echo 'export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig:$PKG_CONFIG_PATH' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

解决常见问题

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# 问题1：找不到库文件
# 解决：更新库缓存
sudo ldconfig

# 问题2：头文件找不到
# 解决：检查包含路径
echo '#include <eigen3/Eigen/Dense>' > test.cpp
g++ -I/usr/include/eigen3 test.cpp

# 问题3：版本冲突
# 解决：使用特定版本路径
cmake -DEigen3_DIR=/usr/local/lib/cmake/eigen3 ..

10. 最佳实践建议

库管理原则

优先使用包管理器 : apt install安装的库最稳定
避免全局污染: 使用虚拟环境或容器
版本记录: 记录项目依赖的库版本
路径规范: 遵循Linux文件系统层次标准

环境配置建议

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# ~/.bashrc中的推荐配置
# ROS环境
source /opt/ros/noetic/setup.bash
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

# 自定义库路径
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig:$PKG_CONFIG_PATH

# 开发工具路径
export PATH=/usr/local/bin:$PATH

项目依赖管理

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# 创建依赖列表
dpkg -l | grep -E "(eigen|opencv|pcl)" > dependencies.txt

# 使用Docker管理环境
FROM ubuntu:20.04
RUN apt update && apt install -y libeigen3-dev libopencv-dev

总结

Ubuntu的库管理系统通过包管理器、环境变量、配置文件等多种机制协同工作。理解这些机制有助于：

正确安装和使用第三方库
解决编译和运行时的库依赖问题
管理多版本库的共存
创建可重现的开发环境

每次安装软件需要设置环境变量的根本原因是Linux系统需要知道在哪里找到这些库和可执行文件，而环境变量就是告诉系统这些信息的标准方式。