Linux下動(dòng)態(tài)共享庫加載時(shí)的搜索路徑詳解
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對(duì)動(dòng)態(tài)庫的實(shí)際應(yīng)用還不太熟悉的讀者可能曾經(jīng)遇到過類似“error while loading shared libraries”這樣的錯(cuò)誤，這是典型的因?yàn)樾枰膭?dòng)態(tài)庫不在動(dòng)態(tài)鏈接器ld.so的搜索路徑設(shè)置當(dāng)中導(dǎo)致的。
具體說來，動(dòng)態(tài)鏈接器ld.so按照下面的順序來搜索需要的動(dòng)態(tài)共享庫：
1．ELF可執(zhí)行文件中動(dòng)態(tài)段中DT_RPATH所指定的路徑。這實(shí)際上是通過一種不算很常用，卻比較實(shí)用的方法所設(shè)置的：編譯目標(biāo)代碼時(shí)，可以對(duì)gcc加入鏈接參數(shù)“-Wl,-rpath”指定動(dòng)態(tài)庫搜索路徑；
2．環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH指定的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑；
3．/etc/ld.so.cache中所緩存的動(dòng)態(tài)庫路徑（如果支持ld.so.cache的話）。這可以通過修改配置文件/etc/ld.so.conf中指定的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑來改變；
4．默認(rèn)的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑/lib；
5．默認(rèn)的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑/usr/lib。
在嵌入式Linux系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，1和2被經(jīng)常使用，也有一些相對(duì)簡單的的嵌入式系統(tǒng)會(huì)采用4或5的路徑來規(guī)范動(dòng)態(tài)庫。3在嵌入式系統(tǒng)中使用的比較少，因?yàn)橛泻芏嘞到y(tǒng)根本就不支持ld.so.cache。
4和5的方式非常簡單，只要將所需要的庫放到/lib或/usr/lib就可以解決找不到庫的問題，不過對(duì)于大一些的系統(tǒng)來說，不太方便管理。1和2的方式要稍微復(fù)雜一些，下面我們用一個(gè)非常簡單的例子來說明如何應(yīng)用。
首先編寫一個(gè)最簡單的動(dòng)態(tài)共享庫，源代碼pirnt.c如下：
1 #include <STdio.h>
2
3 void print_foo()
4 {
5 printf("fooooooooo\n");
6 }
注意將它編譯成共享庫：
# gcc print.c -shared -o libprint.so
# file libprint.so
libprint.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
調(diào)用該共享庫main.c代碼如下：
1 #include <stdio.h>
2
3 extern void print_foo();
4
5 int main()
6 {
7 print_foo();
8
9 return 0;
10 }
編譯之后的運(yùn)行結(jié)果如下：
# gcc main.c -L./ -lprint -o pfoo
# ./pfoo
./pfoo: error while loading shared libraries: libprint.so: cannot open shared object file: No such file or directory
這便是典型的找不到動(dòng)態(tài)庫的錯(cuò)誤。通常我們可以通過設(shè)置環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH來指定動(dòng)態(tài)庫的搜索路徑（即上面的方法2），比如這樣就可以正確運(yùn)行了：
# export LD_LIBRARY_PATH=./
# ./pfoo
fooooooooo
但這種方法有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：一旦LD_LIBRARY_PATH被設(shè)定，則在這個(gè)環(huán)境變量生效的范圍之內(nèi)，所有其他的ELF可執(zhí)行程序也會(huì)按照這個(gè)順序去搜索動(dòng)態(tài)庫，這樣勢(shì)必會(huì)造成搜索時(shí)的一些浪費(fèi)。
我們也可以使用另外一種方案來解決這種問題，即利用參數(shù)“-Wl,-rpath”在編譯時(shí)指定運(yùn)行時(shí)的搜索路徑（即上面的方法1），如下所示：
# unset LD_LIBRARY_PATH
# echo $LD_LIBRARY_PATH
# gcc main.c -L./ -lprint -o pfoo_r -Wl,-rpath=./
# ./pfoo
./pfoo: error while loading shared libraries: libprint.so: cannot open shared object file: No such file or directory
# ./pfoo_r
fooooooooo
我們首先unset了LD_LIBRARY_PATH，可以看到它已經(jīng)不再有效了（當(dāng)然這不是使用參數(shù)“-Wl,-rpath”的必要步驟，在這里只是為了說明它已經(jīng)不再起作用了），而且”pfoo”程序運(yùn)行時(shí)也會(huì)發(fā)生找不到庫的錯(cuò)誤，而我們加入編譯參數(shù)“-Wl,-rpath,./”之后得到的pfoo_r程序則能正常運(yùn)行。
事實(shí)上我們可以通過readelf工具來查看兩個(gè)文件的差異：
# readelf -d pfoo
Dynamic segment at offset 0x514 contains 21 entries:
Tag Type Name/Value
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libprint.so]
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so.6]
0x0000000c (INIT) 0x8048344
0x0000000d (FINI) 0x80484e0
0x00000004 (HASH) 0x8048128
0x00000005 (STRTAB) 0x8048240
0x00000006 (SYMTAB) 0x8048170
0x0000000a (STRSZ) 178 (bytes)
0x0000000b (SYMENT) 16 (bytes)
0x00000015 (DEBUG) 0x0
0x00000003 (PLTGOT) 0x80495f8
0x00000002 (PLTRELSZ) 16 (bytes)
0x00000014 (PLTREL) REL
0x00000017 (JMPREL) 0x8048334
0x00000011 (REL) 0x804832c
0x00000012 (RELSZ) 8 (bytes)
0x00000013 (RELENT) 8 (bytes)
0x6ffffffe (VERNEED) 0x804830c
0x6fffffff (VERNEEDNUM) 1
0x6ffffff0 (VERSYM) 0x80482f2
0x00000000 (NULL) 0x0
[root@localhost ldpath]# readelf -d pfoo_r
Dynamic segment at offset 0x518 contains 22 entries:
Tag Type Name/Value
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libprint.so]
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so.6]
0x0000000f (RPATH) Library rpath: [./]
0x0000000c (INIT) 0x8048348
0x0000000d (FINI) 0x80484e4
0x00000004 (HASH) 0x8048128
0x00000005 (STRTAB) 0x8048240
0x00000006 (SYMTAB) 0x8048170
0x0000000a (STRSZ) 181 (bytes)
0x0000000b (SYMENT) 16 (bytes)
0x00000015 (DEBUG) 0x0
0x00000003 (PLTGOT) 0x8049*
0x00000002 (PLTRELSZ) 16 (bytes)
0x00000014 (PLTREL) REL
0x00000017 (JMPREL) 0x8048338
0x00000011 (REL) 0x8048330
0x00000012 (RELSZ) 8 (bytes)
0x00000013 (RELENT) 8 (bytes)
0x6ffffffe (VERNEED) 0x8048310
0x6fffffff (VERNEEDNUM) 1
0x6ffffff0 (VERSYM) 0x80482f6
0x00000000 (NULL) 0x0
“readelf -d”可以用來查看ELF文件的動(dòng)態(tài)節(jié)(Dynamic Section)。對(duì)比pfoo 和pfoo_r的結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，pfoo_r中多出來了RPATH項(xiàng)，指定”Library rpath: [./]”。通過這種方式，我們可以用非常小的代價(jià)（僅增加幾乎可以忽略的空間開銷），對(duì)每個(gè)ELF文件都指定最優(yōu)化的搜索路徑，達(dá)到提升性能的目的。這是我們比較推薦的一種方法。當(dāng)然了，具體如果操作依賴于具體的軟件系統(tǒng)的情況，簡單的系統(tǒng)中直接將所有的庫都放到/lib下也未嘗不是一種簡單易行的優(yōu)化方案。
miaomi
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