Linux 動態庫相關知識整理

動態庫和靜態庫在C/C++開發中很常見，相比靜態庫直接被編譯到可執行程序，動態庫運行時加載使得可執行程序的體積更小，更新動態庫能夠不用從新編譯可執行程序等諸多好處。做者是一個Linux後臺開發，這些知識常常用到，因此整理了一下這方面的知識。靜態庫相對簡單，本文只關心Linux平臺下的動態庫。

建立動態庫

這裏我把一個短小卻頗有用的哈希函數編譯成動態庫作爲示例，ELFhash用於對字符串作哈希，返回一個無符號整數。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

//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; }

接下來使用gcc編譯以上代碼，並用ld將編譯的目標文件連接成動態庫

1 2	gcc -fPIC -c -Wall elfhash.c  ld  -shared elfhash.o -o libelfhash.so

其中-fPIC意思是生成位置無關的代碼(Position Independent Code)，適用於動態庫，在多個進程中共享動態庫的同一份代碼。ld的-shared選項告訴連接器建立的是動態庫。gcc也能夠間接調用ld生成動態庫

1	gcc -fPIC -shared -Wall -o libelfhash.so elfhash.c

使用動態庫

動態庫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單。

1 2 3 4 5 6

#include "elfhash.h" int main()  {      printf ( "%ldn" , ElfHash( "key-for-test" ));      return 0; }

顯式使用動態庫須要藉助如下幾個函數

1 2 3 4 5

#include void *dlopen( const char *filename, int flag); //flag能夠是RTLD_LAZY，執行共享庫中的代碼時解決未定義符號，RTLD_NOW則是dlopen返回前解決未定義符號。  char *dlerror( void ); //當發生錯誤時，返回錯誤信息  void *dlsym( void *handle, const char *symbol); //獲取符號  int dlclose( void *handle); //關閉

應用上面幾個函數，調用ELFhash實現跟隱式調用同樣的功能

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

#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); }

至此瞭解以上的知識就能夠建立和使用動態庫了。 實際應用中咱們可能仍是會遇到一些問題。

動態庫的加載

動態庫建立那一節，我演示如何隱式使用動態庫，那麼編譯運行這段代碼試一下。

1 2 3 4

gcc main.c -L./ -lelfhash  ./a.out //執行可執行程序 //如下是輸出結果 ./a.out: error while loading shared libraries: libelfhash.so: cannot open shared object file: No such file or directory

結果運行時報錯，可執行程序找不到動態庫。 網上有一些說法是編譯時設置-L選項，但在Linux上面證實是不行的（SunOS上可行），這個選項只能在編譯連接時有效， 可讓你使用-l如上面的-lelfhash。使用readelf -d a.out能夠看到可執行文件依賴的動態庫信息。

1	0x0000000000000001 (NEEDED)  Shared library: [libelfhash.so]

能夠看到這裏面並無包含動態庫的路徑信息。查閱一下動態連接器的文檔man ld-linux.so能夠發現這樣一句話(有的沒有，版本問題)

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

這段話太長，我只截取一部分，大體就是說，當依賴中有/符號,那麼會被解析成動態庫加載的路徑，隱式使用的例子換一種編譯方法。

1 2 3

gcc main.c . /libelfhash .so  . /a .out 23621492 // 輸出正常

再用readelf -d a.out查看會發現，依賴信息中有了一個路徑。

1	0x0000000000000001 (NEEDED)  Shared library: [. /libelfhash .so]

這種方法雖然解決了問題，可是依賴中的路徑是硬編碼，不是很靈活。 動態連接器是如何查找的動態庫的須要進一步查閱文檔。關於查找的順序有點長，這裏就不直接引用了，大體是這樣：

1. (僅ELF文件) 使用可執行文件中

   DT_RPATH區域設置的屬性,若是DT_RUNPATH被設置，那麼忽略DT_RPATH（在個人Linux對應的是RPATH和RUNPATH）。

2. 使用環境變量

   LD_LIBRARY_PATH，若是可執行文件中有set-user-id/set-group-id, 會被忽略。

3. (僅ELF文件) 使用可執行文件中DT_RUNPATH區域設置的屬性

4. 從

   /etc/ld.so.cache緩存文件中查找

5. 從默認路徑

   /lib, /usr/lib文件目錄中查找

咱們須要設置RPATH或者RUNPATH,能夠這樣作

1	gcc main.c -Wl,-rpath, /home/xxx ,-- enable -new-dtags -L./  -lelfhash

這裏的-Wl選項告訴連接器ld若是如何處理，接下來傳遞的-rpath(或者使用-R)告訴ld動態庫的路徑信息(注意-Wl,和後面選項之間不能有空格)。若是沒有--enable-new-dtags那麼只會設置RPATH，反之，RPATH和RUNPATH會同時被設置。使用readelf -d a.out查看結果:

1 2	0x000000000000000f (RPATH)  Library rpath: [ /home/xxx ]  0x000000000000001d (RUNPATH)  Library runpath: [ /home/xxx ]

若是使用環境變量LD_LIBRARY_PATH，那麼通常這樣用 export

1	export LD_LIBRARY_PATH= /home/xxx ;$LD_LIBRARY_PATH

RPATH和RUNPATH指定動態庫的路徑，用起來簡單，可是也缺少靈活性，LDLIBRARYPATH在臨時測試的也是頗有用的，可是在正式環境中，直接使用它也不是好的實踐，由於環境變量跟用戶的環境關係比較大。動態庫不只要考慮本身使用， 還有分發給別的用戶使用的狀況。

更通用的方法是使用ldconfig，有幾種方法，先在/etc/ld.so.conf.d/目錄下建立一個文件，而後把你的動態庫路徑寫進去。或者將你的動態庫放到/lib,/lib64(64位),/usr/lib,/usr/lib64(64位)而後運行sudo ldconfig重建/etc/ld.so.cache文件。

動態庫版本

一般在使用第三方給的動態庫的時候，都是帶有版本（文件命名），能夠在/usr/lib64下看到不少這樣的動態庫。如今我從新編譯動態庫，此次加上版本信息。

1	gcc -fPIC -shared -Wall -Wl,-soname,libelfhash.so.0  -o libelfhash.so.0.0.0 elfhash.c

每一個動態庫都有一個名字，如這裏的libelfhash.so.0.0.0，叫real name，命名規則跟簡單,一般是libxxx.so.MAJOR.MINOR.VERSION(有的時候VERSION會被省略),若是動態庫在接口上的兼容性，好比刪除了接口或者修改了接口參數，MAJOR增長，若是接口兼容，只是作了更新或者bug修復那麼MINOR和VERSION增長。也就是說MAJOR相同的庫接口都是兼容的，反之不兼容，若是使用不兼容的動態庫須要從新編譯可執行程序。

編譯動態庫時，經過給ld傳遞鏈接選項-soname能夠指定一個soname, 如這裏的libelfhash.so.0 只保留MAJOR,可執行程序運行加載動態庫時，會加載這個指定名字的庫。

動態庫還有一個名字是link name,編譯可執行程序時，傳個連接器ld的動態庫名字，一般是沒有版本號以.so結尾的文件名。 通常做法是對soname建立軟鏈。

按照這個規則來命名的動態庫能夠ldconfig識別，咱們把libelfhash.so.0.0.0放到/usr/lib64文件夾中，執行如下指令

1 2	$ sudo ldconfig - v | grep libelfhash.so libelfhash.so.0 -> libelfhash.so.0.0.0

能夠發現ldconfig根據libelfhash.so.0.0.0的信息，建立了一個soname指向real name的軟鏈，當動態庫更新(MINOR,VERSION增長)，拷貝新庫到相應的位置，再執行sudo ldconfig會自動更新軟鏈指向最新的動態庫，動態庫更新就完成了。

總結

OK，關於Linux動態庫知識整理就到這裏了，這些知識雖然說都是些基礎，少有涉及動態庫內部的一些原理，可是卻很經常使用。整理過程當中我帶着疑問去閱讀了ld和ld-linux.so的文檔，收穫頗豐。一樣，但願本文能幫你解釋遇到的部分問題或疑惑。

若是想深刻體驗LINUX系統的新手，也能夠先下載一個方德Linux軟件中心試用一下。
免費下載地址：http://www.nfs-cloud.cn:81/appCenter/open/softcenter