Linux 動(dòng)態(tài)庫(kù)相關(guān)知識(shí)總結(jié)
動(dòng)態(tài)庫(kù)和靜態(tài)庫(kù)在C/C++開(kāi)發(fā)中很常見(jiàn)，相比靜態(tài)庫(kù)直接被編譯到可執(zhí)行程序，動(dòng)態(tài)庫(kù)運(yùn)行時(shí)加載使得可執(zhí)行程序的體積更小，更新動(dòng)態(tài)庫(kù)可以不用重新 編譯可執(zhí)行程序等諸多好處。作者是一個(gè)Linux后臺(tái)開(kāi)發(fā)，這些知識(shí)經(jīng)常用到，所以整理了一下這方面的知識(shí)。靜態(tài)庫(kù)相對(duì)簡(jiǎn)單，本文只關(guān)心Linux平臺(tái)下 的動(dòng)態(tài)庫(kù)。
創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫(kù)
這里我把一個(gè)短小卻很有用的哈希函數(shù)編譯成動(dòng)態(tài)庫(kù)做為示例，ELFhash用于對(duì)字符串做哈希，返回一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)。
- //elfhash.h
- #include
- unsigned long ELFhash(const char* key);
- //elfhash.c
- #include "elfhash.h"
- unsigned long ELFhash(const char* key)
- {
- unsigned long h = 0, g;
- while( *key ) {
- h = ( h > 24;
- h &= ~g;
- }
- return h;
- }
接下來(lái)使用gcc編譯以上代碼，并用ld將編譯的目標(biāo)文件鏈接成動(dòng)態(tài)庫(kù)
- gcc -fPIC -c -Wall elfhash.c
- ld -shared elfhash.o -o libelfhash.so
其中-fPIC意思是生成位置無(wú)關(guān)的代碼(Position Independent Code)，適用于動(dòng)態(tài)庫(kù)，在多個(gè)進(jìn)程中共享動(dòng)態(tài)庫(kù)的同一份代碼。ld的-shared選項(xiàng)告訴鏈接器創(chuàng)建的是動(dòng)態(tài)庫(kù)。gcc也可以間接調(diào)用ld生成動(dòng)態(tài)庫(kù)
- gcc -fPIC -shared -Wall -o libelfhash.so elfhash.c
使用動(dòng)態(tài)庫(kù)
動(dòng)態(tài)庫(kù)的使用方法有兩種一種是隱式使用，第二種是顯式使用。隱式使用的方法很簡(jiǎn)單。
- #include "elfhash.h"
- int main()
- {
- printf("%ldn", ElfHash("key-for-test"));
- return 0;
- }
顯式使用動(dòng)態(tài)庫(kù)需要借助以下幾個(gè)函數(shù)
#include
void *dlopen(const char *filename, int flag); //flag可以是RTLD_LAZY，執(zhí)行共享庫(kù)中的代碼時(shí)解決未定義符號(hào)，RTLD_NOW則是dlopen返回前解決未定義符號(hào)。
char *dlerror(void); //當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，返回錯(cuò)誤信息
void *dlsym(void *handle, const char *symbol); //獲取符號(hào)
int dlclose(void *handle); //關(guān)閉
應(yīng)用上面幾個(gè)函數(shù)，調(diào)用ELFhash實(shí)現(xiàn)跟隱式調(diào)用一樣的功能
- #include "elfhash.h"
- #include
- #include
- int main() {
- void *handle;
- unsigned long (*hash)(const char*);
- char *error;
- handle = dlopen ("./libelfhash.so", RTLD_LAZY);
- if (!handle) {
- fputs (dlerror(), stderr);
- exit(1);
- }
- hash = dlsym(handle, "ElfHash");
- if ((error = dlerror()) != NULL) {
- fputs(error, stderr);
- exit(1);
- }
- printf ("%ldn", (*hash)("key-for-test"));
- dlclose(handle);
- }
至此了解以上的知識(shí)就可以創(chuàng)建和使用動(dòng)態(tài)庫(kù)了。 實(shí)際應(yīng)用中我們可能還是會(huì)遇到一些問(wèn)題。
動(dòng)態(tài)庫(kù)的加載
動(dòng)態(tài)庫(kù)創(chuàng)建那一節(jié)，我演示如何隱式使用動(dòng)態(tài)庫(kù)，那么編譯運(yùn)行這段代碼試一下。
gcc main.c -L./ -lelfhash
./a.out //執(zhí)行可執(zhí)行程序
//以下是輸出結(jié)果
./a.out: error while loading shared libraries: libelfhash.so: cannot open shared object file: No such file or directory
結(jié)果運(yùn)行時(shí)報(bào)錯(cuò)，可執(zhí)行程序找不到動(dòng)態(tài)庫(kù)。 網(wǎng)上有一些說(shuō)法是編譯時(shí)設(shè)置-L選項(xiàng)，但在Linux上面證明是不行的（SunOS上可行），這個(gè)選項(xiàng)只能在編譯鏈接時(shí)有效， 可以讓你使用-l如上面的-lelfhash。使用readelf -d a.out可以看到可執(zhí)行文件依賴(lài)的動(dòng)態(tài)庫(kù)信息。
0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [libelfhash.so]
可以看到這里面并沒(méi)有包含動(dòng)態(tài)庫(kù)的路徑信息。查閱一下動(dòng)態(tài)鏈接器的文檔man ld-linux.so可以發(fā)現(xiàn)這樣一句話(huà)(有的沒(méi)有，版本問(wèn)題)
If a slash is found, then the dependency string is interpreted as a (relative or absolute) pathname, and the library is loaded using that pathname
這段話(huà)太長(zhǎng)，我只截取一部分，大致就是說(shuō)，當(dāng)依賴(lài)中有/符號(hào),那么會(huì)被解析成動(dòng)態(tài)庫(kù)加載的路徑，隱式使用的例子換一種編譯方法。
gcc main.c ./libelfhash.so
./a.out
23621492 //輸出正常
再用readelf -d a.out查看會(huì)發(fā)現(xiàn)，依賴(lài)信息中有了一個(gè)路徑。
0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [./libelfhash.so]
這種方法雖然解決了問(wèn)題，但是依賴(lài)中的路徑是硬編碼，不是很靈活。 動(dòng)態(tài)鏈接器是如何查找的動(dòng)態(tài)庫(kù)的需要進(jìn)一步查閱文檔。關(guān)于查找的順序有點(diǎn)長(zhǎng)，這里就不直接引用了，大致是這樣：
-
(僅ELF文件) 使用可執(zhí)行文件中DT_RPATH區(qū)域設(shè)置的屬性,如果DT_RUNPATH被設(shè)置，那么忽略DT_RPATH（在我的Linux對(duì)應(yīng)的是RPATH和RUNPATH）。
-
使用環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH，如果可執(zhí)行文件中有set-user-id/set-group-id, 會(huì)被忽略。
-
(僅ELF文件) 使用可執(zhí)行文件中DT_RUNPATH區(qū)域設(shè)置的屬性
-
從/etc/ld.so.cache緩存文件中查找
-
從默認(rèn)路徑/lib, /usr/lib文件目錄中查找
我們需要設(shè)置RPATH或者RUNPATH,可以這樣做
gcc main.c -Wl,-rpath,/home/xxx,--enable-new-dtags -L./ -lelfhash
這里的-Wl選項(xiàng)告訴鏈接器ld如果如何處理，接下來(lái)傳遞的-rpath(或者使用-R)告訴ld動(dòng)態(tài)庫(kù)的路徑信息(注意-Wl,和后面選項(xiàng)之間不能有空格)。如果沒(méi)有--enable-new-dtags那么只會(huì)設(shè)置RPATH，反之，RPATH和RUNPATH會(huì)同時(shí)被設(shè)置。使用readelf -d a.out查看結(jié)果:
0x000000000000000f (RPATH) Library rpath: [/home/xxx]
0x000000000000001d (RUNPATH) Library runpath: [/home/xxx]
如果使用環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH，那么一般這樣用 export
export LD_LIBRARY_PATH=/home/xxx;$LD_LIBRARY_PATH
RPATH和RUNPATH指定動(dòng)態(tài)庫(kù)的路徑，用起來(lái)簡(jiǎn)單，但是也缺乏靈活性，LDLIBRARYPATH在臨時(shí)測(cè)試的也是很有用的，但是在正式環(huán)境中，直接使用它也不是好的實(shí)踐，因?yàn)榄h(huán)境變量跟用戶(hù)的環(huán)境關(guān)系比較大。動(dòng)態(tài)庫(kù)不僅要考慮自己使用， 還有分發(fā)給別的用戶(hù)使用的情況。
更通用的方法是使用ldconfig，有幾種方法，先在/etc/ld.so.conf.d/目錄下創(chuàng)建一個(gè)文件，然后把你的動(dòng)態(tài)庫(kù)路徑寫(xiě)進(jìn)去。或者將你的動(dòng)態(tài)庫(kù)放到/lib,/lib64(64位),/usr/lib,/usr/lib64(64位)然后運(yùn)行sudo ldconfig重建/etc/ld.so.cache文件。
動(dòng)態(tài)庫(kù)版本
通常在使用第三方給的動(dòng)態(tài)庫(kù)的時(shí)候，都是帶有版本（文件命名），可以在/usr/lib64下看到很多這樣的動(dòng)態(tài)庫(kù)。現(xiàn)在我重新編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)，這次加上版本信息。
gcc -fPIC -shared -Wall -Wl,-soname,libelfhash.so.0 -o libelfhash.so.0.0.0 elfhash.c
每個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)都有一個(gè)名字，如這里的libelfhash.so.0.0.0，叫real name，命名規(guī)則跟簡(jiǎn)單,通常是libxxx.so.MAJOR.MINOR.VERSION(有 的時(shí)候VERSION會(huì)被省略),如果動(dòng)態(tài)庫(kù)在接口上的兼容性，比如刪除了接口或者修改了接口參數(shù)，MAJOR增加，如果接口兼容，只是做了更新或者 bug修復(fù)那么MINOR和VERSION增加。也就是說(shuō)MAJOR相同的庫(kù)接口都是兼容的，反之不兼容，如果使用不兼容的動(dòng)態(tài)庫(kù)需要重新編譯可執(zhí)行程 序。
編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)，通過(guò)給ld傳遞連接選項(xiàng)-soname可以指定一個(gè)soname, 如這里的libelfhash.so.0 只保留MAJOR,可執(zhí)行程序運(yùn)行加載動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)，會(huì)加載這個(gè)指定名字的庫(kù)。
動(dòng)態(tài)庫(kù)還有一個(gè)名字是link name,編譯可執(zhí)行程序時(shí)，傳個(gè)鏈接器ld的動(dòng)態(tài)庫(kù)名字，通常是沒(méi)有版本號(hào)以.so結(jié)尾的文件名。 一般作法是對(duì)soname創(chuàng)建軟鏈。
按照這個(gè)規(guī)則來(lái)命名的動(dòng)態(tài)庫(kù)可以ldconfig識(shí)別，我們把libelfhash.so.0.0.0放到/usr/lib64文件夾中，執(zhí)行以下指令
- $sudo ldconfig -v | grep libelfhash.so
- libelfhash.so.0 -> libelfhash.so.0.0.0
可以發(fā)現(xiàn)ldconfig根據(jù)libelfhash.so.0.0.0的信息，創(chuàng)建了一個(gè)soname指向real name的軟鏈，當(dāng)動(dòng)態(tài)庫(kù)更新(MINOR,VERSION增加)，拷貝新庫(kù)到相應(yīng)的位置，再執(zhí)行sudo ldconfig會(huì)自動(dòng)更新軟鏈指向***的動(dòng)態(tài)庫(kù)，動(dòng)態(tài)庫(kù)更新就完成了。
總結(jié)
OK，關(guān)于Linux動(dòng)態(tài)庫(kù)知識(shí)整理就到這里了，這些知識(shí)雖說(shuō)都是些基礎(chǔ)，少有涉及動(dòng)態(tài)庫(kù)內(nèi)部的一些原理，但是卻很常用。整理過(guò)程中我?guī)е蓡?wèn)去閱讀了ld和ld-linux.so的文檔，收獲頗豐。同樣，希望本文能幫你解釋遇到的部分問(wèn)題或疑惑。
