前几天看到一篇介绍linux共享库版本控制及使用的文章,觉得不错,这里就与大家分享一下。

1. Linux约定

  经常看到Linux中,共享库的名字后面跟了一串数字,比如:libperl.so.5.18.2。其实就是版本号,作用是为了更加方便的管理动态库,比如升级。往往系统中存在一个库的多个版本,那么Linux 系统如何控制多个版本的问题?Window之前没有处理好,为此专门有个名词来形容这个问题:“Dll hell”,其严重影响软件的升级和维护。“Dll hell”是指windows上动态库的新版本覆盖了旧版本,但是却不兼容老版本,所以程序升级之后,动态库更新导致程序运行不起来。在Linux操作系统下也有同样的问题,那么它是怎么解决的呢?

Linux引入了一套机制,如果遵守这个机制就可以避免这个问题。 但是这只事一个约定,不是强制的。通常建议用户遵守这个约定,否则也会出现Linux版的“Dll hell”问题。 下面来介绍一个这个机制。 这个机制是通过文件名,来控制动态库(shared library)的版本。

Linux上的shared library有三个名字,分别是:

  • 共享库本身的文件名(real name)

    其通常包含完整的版本号,比如:libmath.so.1.1.1234 。lib是Linux库的约定前缀,math是共享库名字,so是共享库的后缀名,1.1.1234的是共享库的版本号,由主版本号+小版本号+build号组成。主版本号,代表当前动态库的版本,如果共享库的接口发生变化,那么这个版本号就要加1;后面的两个版本号(小版本号build号)是用来指示库的更新迭代号,表示在接口没有改变的情况下,由于需求发生变化等因素,开发的新代码。

  • 共享库的soname(Short for shared object name)

    用来告诉应用程序,在加载共享库的时候,应该使用的文件名。其格式为lib + math + .so + (major version number)
    其只包含主版本号,换句话说,也就是只要共享库的接口没有变,soname就能与real name保持一致,因为主版本号一样。所以在库的real name的小版本号build号发生改变时,应用程序仍然可以通过soname得知,要使用的是哪个real name。不明白?等会给个例子来说明。

  • 共享库的链接名(link name)

    是专门为应用程序在编译时的链接阶段而用的名字。这个名字就是lib + math +.so
    ,比如libmath.so。其是不带任何版本信息的。在共享库的编译过程中,编译器将生成一个共享库及real
    name,同时将共享库的soname写在共享库文件里的文件头里面。可以用命令readelf -d sharelibrary | grep soname查看。
    在应用程序引用共享库时,链接选项里面用的是共享库的link name。通过link名字找到对应的real
    name动态库,并且把其中的soname提取出来,写在应用程序自己的文件头的共享库字段里面。当应用程序运行时,就会通过soname,结合动态链接程序(ld.so),在给定的路径下加载real
    name的共享库。

2.使用示例

  这里我们写了一个简单的例子,包含了三个文件,分别是:

  2.1 清单1 test.h

 #ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_
void print_hello();
#endif

  2.2 清单2 test.c

 #include <stdio.h>
#include "test.h"
void print_hello()
{
printf("this is a test for shared lib");
}

  2.3 清单3 main.c

 #include <stdio.h>
#include "test.h"
int main()
{
print_hello();
return ;
}

  首先编译共享库:

 gcc -fPIC -o test.o -c test.c
gcc -shared -Wl,-soname,libtest.so. -o libtest.so.0.0. test.o

  然后就生成了libtest.so.0.0.0,这就是库的real name。另外,链接选项里面的-Wl,-soname,libtest.so.0告诉编译器,库的soname是libtest.so.0,我们可以看到real name的头文件里面,已经包含了这样的信息:

 readelf -d libtest.so.0.0. | grep soname
0x0000000e (SONAME) Library soname: [libtest.so.]

  如果没有指定soname,库的头文件里面是没有这个字段的。 有了库以后,下一步是链接到应用程序里面,我们需要这样写:

 gcc -c -o main.o main.c
gcc -L. -o main main.o -ltest

  但是会报错“cannot find -ltest”。这里因为,链接选项制定的是link name,而根据linux的规则,此目录下面并没有libtest.so文件,所以需要先生成link name文件。

 ln -s libtest.so.0.0.  libtest.so.
ln -s libtest.so. libtest.so

  或者一步到位:

 ln -s libtest.so.0.0. libtest.so

  然后再进行应用程序的编译:gcc -L. -o main main.o -ltest。ok,生成了我们需要的main可执行程序。查看一下,其引用的共享库:

 ldd main
linux-gate.so. => (0xb76fb000)
libtest.so. => not found
libc.so. => /lib/i386-linux-gnu/libc.so. (0xb752e000)
/lib/ld-linux.so. (0xb76fc000)

  没错,链接时,应用程序需要的库正是我们指定的soname,而不是link name或者real name。所以应用程序正是通过soname去寻找真正的real name库。这有什么好处吗?答案后面揭晓。另外,上面的输出中,我们发现,libtest.so.0是not found的状态。为什么呢?因为这个库的当前所在路径并不在链接程序(ld.so)的搜索路径之中,所以无法找到。如何解决?这篇文章就不多说了,这里提供几个方案:

  • 改变LD_LIBRARY_PATH

    export LD_LIBRARY_PATH=/home/bow/all/program/test/lib_version_test:$LD_LIBRARY_PATH

    这里/home/bow/all/program/test/lib_version_test是共享库的路径。虽然改变LD_LIBRARY_PATH能达到目的,但是不推荐使用,因为这是一个全局的变量,其他应用程序可能受此影响,导致各种库的覆盖问题。如果要清楚这个全局变量,使用命令unset LD_LIBRARY_PATH

  • 用rpath

    在编译应用程序时,利用rpath指定加载路径。
    gcc -L. -Wl,-rpath=/home/bow/all/program/test/lib_version_test -o test main.o -ltest
    这样,虽然避免了各种路径找不到的问题,但是也失去了灵活性。因为库的路径被定死了。

  • 改变ld.so.conf

    将路径添加到此文件,然后使用ldconfig更新加载程序的cache。
    可以使用命令ldconfig -p查看当前所有库的soname->real name的对应关系信息

  这里我们选择最后一种方式。

 taoli5@taoli5:vim /etc/ld.so.conf
##添加路径到文件末:/home/bow/all/program/test/lib_version_test
taoli5@taoli5:ldconfig
taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
this is a test for shared lib

  

  最后说一下,应用程序在编译链接和运行加载时,库的搜索路径的先后顺序。

    • 编译链接时,查找顺序

      • /usr/local/lib
      • /usr/lib
      • 用-L指定的路径,按命令行里面的顺序依次查找
    • 运行加载时的顺序
      • 可执行程序指定的的DT_RPATH
      • LD_LIBRARY_PATH. 但是如果使用了setuid/setgid,由于安全因素,此路径将被忽略.
      • 可执行程序指定的的DT_RUNPATH. 但是如果使用了setuid/setgid,由于安全因素,此路径将被忽略
      • /etc/ld/so/cache. 如果链接时指定了‘-z nodeflib’,此路径将被忽略.
      • /lib. 如果链接时指定了‘-z nodeflib’,此路径将被忽略
      • /usr/lib. 如果链接时指定了‘-z nodeflib’,此路径将被忽略
 

3.版本控制

  基于上面的例子,看看linux的这种约定,如何达到版本控制的目的。上面我们留下了一个问题:通过soname去寻找真正的real name库,这有什么好处?
假设,我们现在对上面的test共享库进行升级,有2中情况:
* 修改了原来的接口
* 增加了新的接口

  (1) 修改了原来的接口

  我们修改test.c的代码,并修改原来的接口:

 #include <stdio.h>
#include "test.h" void print_hello()
{
printf("this is a test for shared lib");
printf("this is a new building version");
}

  然后我们重新编译生成共享库,并且定义为新的building版本:

 gcc -fPIC -o test.o -c test.c
gcc -shared -Wl,-soname,libtest.so. -o libtest.so.0.0. test.o

  注意,按照约定,由于新的版本只是修改了接口,可以兼容之前的版本,所以soname并不需要改变。生成新的real name库以后,我们只需要执行ldconfig,即可自动更新soname到新real name库的软链接。

 1) 之前的链接
 taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ll
total
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ./
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ../
lrwxrwxrwx bow bow 6月 : libtest.so -> libtest.so.*
lrwxrwxrwx bow bow 6月 : libtest.so. -> libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main.c*
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : main.o
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.c
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.h
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.o

  2) ldconfig更新之后

 taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ll
total
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ./
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ../
lrwxrwxrwx bow bow 6月 : libtest.so -> libtest.so.*
lrwxrwxrwx root root 6月 : libtest.so. -> libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main.c*
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : main.o
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.c
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.h
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.o

  看到没有,soname自动更新到了新版本的共享库。所以之前的应用程序main会使用新的共享库。

 taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
this is a test for shared libthis is a new building version

  (2) 增加了新的接口

  我们修改test.c的代码,并增加接口:

  * test.h

#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_
void print_hello();
void print_hello2();
#endif

  * test.c

 #include <stdio.h>
#include "test.h" void print_hello()
{
printf("this is a test for shared lib");
printf("this is a new release version");
} void print_hello2()
{
printf("this is a new release version");
}

  然后编译,根据约定,real name的主版本号需要更新。

 gcc -fPIC -o test.o -c test.c
gcc -shared -Wl,-soname,libtest.so. -o libtest.so.1.0. test.o

  这时,就会生成新的共享库libtest.so.1.0.0,然后ldconfig更新软链接和cache。

 total
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ./
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ../
lrwxrwxrwx bow bow 6月 : libtest.so -> libtest.so.*
lrwxrwxrwx root root 6月 : libtest.so. -> libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.0.0.*
lrwxrwxrwx root root 6月 : libtest.so. -> libtest.so.1.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.1.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main.c*
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : main.o
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.c
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.h
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.o
 taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
this is a test for shared libthis is a new building version

  这个时候,虽然我们更新了共享库,但是main还是会加载旧的共享库。这就保证了,即使共享库更新,以前的程序也能正常工作。 因为main里面的soname没变,而且soname对应的real name没变。 如果你想更新应用程序main,使其使用新的库,那么需要重新编译,让libtest.so的软链接指向libtest.so.1。

 taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ln -sf libtest.so. libtest.so
bow@bow-Aspire-:~/all/program/test/lib_version_test$ ll
total
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ./
drwxrwxr-x bow bow 6月 : ../
lrwxrwxrwx bow bow 6月 : libtest.so -> libtest.so.*
lrwxrwxrwx root root 6月 : libtest.so. -> libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.0.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.0.0.*
lrwxrwxrwx root root 6月 : libtest.so. -> libtest.so.1.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : libtest.so.1.0.*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main*
-rwxrwxr-x bow bow 6月 : main.c*
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : main.o
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.c
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.h
-rw-rw-r-- bow bow 6月 : test.o
taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ gcc -L. -o main main.o -ltest
taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
this is a test for shared libthis is a new release version

ok。通过以上操作,linux下面的共享库的版本约定和控制,就很清楚了。当碰到一些譬如无法找到共享库或接口,或者引用的库
发生变化的时候,看看应用程序到底时如何查找共享库的,已经在使用的是哪个版本的共享库,根据以上原则去分析,一定可以解决问题。
一般通过这几个命令去分析:

  • nm
    查看共享库暴露的接口
  • ldconfig 可以自动生成soname的链接接文件。并更新共享库的搜索cache,加速查找。
    example: ldconfig -p | grep libtest
  • readelf
    可以查看动态库的信息,本身的soname。
    example: readelf -d libtest.so.0.0.0 | grep soname
  • ldd
    可以查看应用程序或共享库依赖的库
    example: ldd main
  • objdump 与readelf 类似

参考资料

http://tldp.org/HOWTO/Program-Library-HOWTO/shared-libraries.html

http://www.cprogramming.com/tutorial/shared-libraries-linux-gcc.html

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-04/59071p2.html

http://blog.csdn.net/lovewubo/article/details/46672233

 
05-11 17:56