Linux共享库两种加载方式简述

Posted 2020-08-03

  Linux共享库两种加载方式简述 

动态库技术通常能减少程序的大小，节省空间，提高效率，具有很高的灵活性，对于升级软件版本也更加容易。与静态库不同，动态库里面的函数不是执行程序本身 的一部分，而是在程序执行时按需载入，其执行代码可以同时在多个程序中共享。由于在编译过程中无法知道动态库函数的地址，所以需要在运行期间查找，这对程 序的性能会有影响。

 

共享库 

     对于共享库来讲，它只包括2个段：只读的代码段 和可修改的数据段。堆和栈段，只有进程才有。如果你在共享库的函数里，分配了一块内存，这段内存将被算在调用该函数的进程的堆中。代码段由于其内容是对每 个进程都是一样的，所以它在系统中是唯一的，系统只为其分配一块内存，多个进程之间共享。数据段由于其内容对每个进程是不一样的，所以在链接到进程空间 后，系统会为每个进程创建相应的数据段。也就是说如果一个共享库被N个进程链接，当这N个进程同时运行时，同时共享一个代码段，每个进程拥有一个数据段，系统中共有N个数据段。PIC即position independent code，使.so文件的代码段变为真正意义上的共享。如果编译时不加-fPIC,则加载.so文件的代码段时,代码段引用的数据对象需要重定位, 重定位会修改代码段的内容,这就造成每个使用这个.so文件代码段的进程在内核里都会生成这个.so文件代码段的copy。

 

加载方式

     1. 静态加载

 

     在程序编译的时候加上“-l”选项，指定其所依赖的动态库，这个库的名字将记录在ELF文件的.dynamic节。在程序运行时，loader会预先将程序所依赖的所有动态库都加载在进程空间中。

     优点：动态库的接口调用简单，可以直接调用。

     缺点：动态库的生存周期等于进程的生存周期，其加载时机不灵活。

 

     2. 动态加载

     在程序中编码来指定加载动态库的时机，经常使用的函数dlopen和dlclose。

     优点：动态库加载的时机非常灵活，可以非常细致的定义动态库的生存周期。

     缺点：动态库的接口调用起来比较麻烦，同时还要关注动态库的生存周期。

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      #include <dlfcn.h>

　　void * dlopen( const char * pathname, int mode );

　　函数描述：

　　在dlopen的（）函数以指定模式打开指定的动态连接库文件，并返回一个句柄给调用进程。使用dlclose（）来卸载打开的库。

　　mode：分为这两种

　　RTLD_LAZY 暂缓决定，等有需要时再解出符号

　　RTLD_NOW 立即决定，返回前解除所有未决定的符号。

　　RTLD_LOCAL  不允许导出符号

　　RTLD_GLOBAL 允许导出符号

　　RTLD_NODELETE

      RTLD_NOLOAD

      RTLD_DEEPBIND          //具体含义可通过man查看dlopen函数说明

　　返回值:

　　打开错误返回NULL

　　成功，返回库引用

　　编译时候要加入 -ldl (指定dl库)

 

　　int dlclose (void *handle);

 

　　函数描述：

　  dlclose用于关闭指定句柄的动态链接库，只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。

 

 

     在dlopen一个共享库时，

a、进程会加载该共享库的代码段和数据段，同时为这个共享库计数加1。

b、进程查找该共享库的dynamic节，查看其所依赖的共享库。

c、首先检查所依赖库是否已经被加载，如果已被加载，则为这个共享库计数加1。如果未被加载，则加载其代码段和数据段，然后为这个共享库计数加1。

d、再查找这些库所依赖的库。最终进程会为每个加载的共享库维护一个依赖的计数。

 

     在dlclose共享库时：

a、首先将该共享库的计数减1，如果该共享库依赖计数为0，则卸载该共享库。

b、在dynamic节中，查找其所依赖的共享库。

c、为每个共享库的计数减1，如果该共享库依赖计数为0，则卸载该共享库。

d、重复上面的步骤。

• 优点：

a、可以在程序启动的时候，减少加载库的数量，这样可以加快进程的启动速度和减少加载库的内存使用。

b、为进程提供了卸载共享库的机会，这样就可以回收共享库代码段和数据段所占用的内存。

• 缺点：

对于程序员编码来讲，会产生一定的疑惑。一个static的对象的生存周期是贯穿在进程始终的，实际上不是这样。在动态库中的static对象，其生命周期等于该动态库的生命周期。采用静态链接的方式，动态库的生命周期等于进程的生命周期；而采用动态加载的方式，则是不同的。

 

参考：

《嵌入式Linux内存与性能详解》