Linux 動態庫相關知識總結
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，更新動態庫可以不用重新 編譯可執行程序等諸多好處。作者是一個Linux后臺開發，這些知識經常用到，所以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。
創建動態庫
這里我把一個短小卻很有用的哈希函數編譯成動態庫做為示例，ELFhash用于對字符串做哈希，返回一個無符號整數。
- //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，并用ld將編譯的目標文件鏈接成動態庫
- 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)，適用于動態庫，在多個進程中共享動態庫的同一份代碼。ld的-shared選項告訴鏈接器創建的是動態庫。gcc也可以間接調用ld生成動態庫
- 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。
- #include "elfhash.h"
- int main()
- {
- printf("%ldn", ElfHash("key-for-test"));
- return 0;
- }
顯式使用動態庫需要借助以下幾個函數
#include
void *dlopen(const char *filename, int flag); //flag可以是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就可以創建和使用動態庫了。 實際應用中我們可能還是會遇到一些問題。
動態庫的加載
動態庫創建那一節，我演示如何隱式使用動態庫，那么編譯運行這段代碼試一下。
gcc main.c -L./ -lelfhash
./a.out //執行可執行程序
//以下是輸出結果
./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上面證明是不行的（SunOS上可行），這個選項只能在編譯鏈接時有效， 可以讓你使用-l如上面的-lelfhash。使用readelf -d a.out可以看到可執行文件依賴的動態庫信息。
0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [libelfhash.so]
可以看到這里面并沒有包含動態庫的路徑信息。查閱一下動態鏈接器的文檔man ld-linux.so可以發現這樣一句話(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，大致就是說，當依賴中有/符號,那么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。
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。
0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [./libelfhash.so]
這種方法雖然解決了問題，但是依賴中的路徑是硬編碼，不是很靈活。 動態鏈接器是如何查找的動態庫的需要進一步查閱文檔。關于查找的順序有點長，這里就不直接引用了，大致是這樣：
-
(僅ELF文件) 使用可執行文件中DT_RPATH區域設置的屬性,如果DT_RUNPATH被設置，那么忽略DT_RPATH（在我的Linux對應的是RPATH和RUNPATH）。
-
使用環境變量LD_LIBRARY_PATH，如果可執行文件中有set-user-id/set-group-id, 會被忽略。
-
(僅ELF文件) 使用可執行文件中DT_RUNPATH區域設置的屬性
-
從/etc/ld.so.cache緩存文件中查找
-
從默認路徑/lib, /usr/lib文件目錄中查找
我們需要設置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選項告訴鏈接器ld如果如何處理，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,和后面選項之間不能有空格)。如果沒有--enable-new-dtags那么只會設置RPATH，反之，RPATH和RUNPATH會同時被設置。使用readelf -d a.out查看結果:
0x000000000000000f (RPATH) Library rpath: [/home/xxx]
0x000000000000001d (RUNPATH) Library runpath: [/home/xxx]
如果使用環境變量LD_LIBRARY_PATH，那么一般這樣用 export
export LD_LIBRARY_PATH=/home/xxx;$LD_LIBRARY_PATH
RPATH和RUNPATH指定動態庫的路徑，用起來簡單，但是也缺乏靈活性，LDLIBRARYPATH在臨時測試的也是很有用的，但是在正式環境中，直接使用它也不是好的實踐，因為環境變量跟用戶的環境關系比較大。動態庫不僅要考慮自己使用， 還有分發給別的用戶使用的情況。
更通用的方法是使用ldconfig，有幾種方法，先在/etc/ld.so.conf.d/目錄下創建一個文件，然后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)然后運行sudo ldconfig重建/etc/ld.so.cache文件。
動態庫版本
通常在使用第三方給的動態庫的時候，都是帶有版本（文件命名），可以在/usr/lib64下看到很多這樣的動態庫。現在我重新編譯動態庫，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
每個動態庫都有一個名字，如這里的libelfhash.so.0.0.0，叫real name，命名規則跟簡單,通常是libxxx.so.MAJOR.MINOR.VERSION(有 的時候VERSION會被省略),如果動態庫在接口上的兼容性，比如刪除了接口或者修改了接口參數，MAJOR增加，如果接口兼容，只是做了更新或者 bug修復那么MINOR和VERSION增加。也就是說MAJOR相同的庫接口都是兼容的，反之不兼容，如果使用不兼容的動態庫需要重新編譯可執行程 序。
編譯動態庫時，通過給ld傳遞連接選項-soname可以指定一個soname, 如這里的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，傳個鏈接器ld的動態庫名字，通常是沒有版本號以.so結尾的文件名。 一般作法是對soname創建軟鏈。
按照這個規則來命名的動態庫可以ldconfig識別，我們把libelfhash.so.0.0.0放到/usr/lib64文件夾中，執行以下指令
- $sudo ldconfig -v | grep libelfhash.so
- libelfhash.so.0 -> libelfhash.so.0.0.0
可以發現ldconfig根據libelfhash.so.0.0.0的信息，創建了一個soname指向real name的軟鏈，當動態庫更新(MINOR,VERSION增加)，拷貝新庫到相應的位置，再執行sudo ldconfig會自動更新軟鏈指向***的動態庫，動態庫更新就完成了。
總結
OK，關于Linux動態庫知識整理就到這里了，這些知識雖說都是些基礎，少有涉及動態庫內部的一些原理，但是卻很常用。整理過程中我帶著疑問去閱讀了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題或疑惑。
