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学习 Linux,101

管理共享库

找到并加载程序所需要的共享库

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概述

在本文中,学习如何找到并加载 Linux 可执行程序所需的共享库。 您将学到:

  • 确定程序需要哪些共享库
  • 了解系统如何找到共享库
  • 加载共享库

本文将帮助您准备 Linux Professional Institute's Junior Level Administration (LPIC-1) 考试 101 中主题 102 下的目标 102.3。该目标的权值为 1。

先决条件

为了更有效利用这部分内容,您需要具有基本的 Linux 知识, 并需要准备一个 Linux 系统,用于练习本文介绍的命令。 有时候不同版本的程序输出格式不同,因此您所得到的结果未必总是与此处的相同。 特别要指出,这里的很多例子来自 64 位系统。 我们引入了很多来自 32 位系统的例子,来说明两者的显著差异 。

静态与动态链接

Linux 系统当中有两类可执行程序:

  • 静态链接 可执行程序包含了其所需的全部库函数;所有库函数都连接到程序中。 这类程序是完整的,其运行不需要外部库的支持。 静态链接程序的优点之一是其安装之前不需要做环境准备工作 。
  • 动态链接 可执行程序要小得多;这类程序运行时需要外部共享 函数库的支持,因此好像并不完整。除了程序体小之外,动态链接允许程序包指定必须的库,而不必将库装入程序包内。动态链接技术还允许多个运行中的程序共享一个库,这样就不会出现同一代码的多份拷贝共占内存的情况了。由于这些原因,当前多数程序采用动态链接技术。

在许多 Linux 系统中有个很有趣的例子, ln 命令(/bin/ln),用于在文件之间生成链接, 不论是 链接还是(或者 符号)链接。 该命令使用共享库。 共享库经常会引入库通用名与库特定层级之间的符号链接, 所以如果因为某些原因链接没有出现或已断开, 那么 ln 命令本身就无法起作用,会发生循环错误。 为避免此类问题,一些 Linux 系统包含了 lnsln(/sbin/sln)之间的静态链接版本。 清单 1 说明了采用动态链接的 ln 与采用静态链接的 sln之间大小的显著差别。 该例子来自 Fedora 12 64-bit 系统。

清单 1. sln 与 ln 的大小
[ian@echidna ~]$ ls -l /sbin/sln /bin/ln
-rwxr-xr-x. 1 root root  47384 2010-01-12 09:35 /bin/ln
-rwxr-xr-x. 1 root root 603680 2010-01-04 09:07 /sbin/sln

需要哪些库?

尽管当前的 LPI 考试不涉及此类问题, 但您还是应当明确当今很多 Linux 系统所运行的硬件同时支持 32 位及 64 位程序。 很多库同时编译为 32 位及 64 位版本。 64 位版本通常存放在文件系统的 /lib64 目录树中,而 32 位版本则位于 /lib 目录树中。 您可能会在 64 位 Linux 系统中同时发现 /lib/libc-2.11.1.so 以及 /lib64/libc-2.11.1.so 。 这两个库允许 32 位及 64 位 C 程序在 64 位 Linux 系统当中运行。

关于 ldd 命令

除了明确静态链接程序比较大之外,如何确定程序是否为静态链接? 如果是静态链接,如何知道它需要哪些库?ldd 命令能够回答这些问题。 如果您正在运行 Debian 或 Ubuntu之类的程序, 可能找不到 sln 命令,因此您可能会检查 /sbin/ldconfig 能否执行。 清单 2 展示了 ldd 命令关于 ln 以及 sln 执行情况, 还有 ldconfig 可执行情况的输出。该例子来自 Fedora 12 64-bit 系统(echidna)。 为了进行对比,还列出了来自旧版本 Fedora 8 32-bit 系统(pinguino)关于 /bin/ln 的输出 。

清单 2. ldd 关于 sln 以及 ln 的输出
[ian@echidna ~]$ #Fedora 12 64-bit
[ian@echidna ~]$ ldd /sbin/sln /sbin/ldconfig /bin/ln
/sbin/sln:
        not a dynamic executable
/sbin/ldconfig:
        not a dynamic executable
/bin/ln:
        linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff644af000)
        libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00000037eb800000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00000037eb400000)

[ian@pinguino ~]$ # Fedora 8 32-bit
[ian@pinguino ~]$ ldd /bin/ln
        linux-gate.so.1 =>  (0x00110000)
        libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x00a57000)
        /lib/ld-linux.so.2 (0x00a38000)

因为 ldd 与动态链接有关, 这告诉我们 sln 与 ldconfig 都是静态链接的, 它们 “不是一个动态可执行文件”, 同时告诉我们 ln 命令所需共享库的名字(linux-vdso.so.1、libc.so.6 和 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2)。 注意,.so 指明这些是共享库 或者动态库。 这一输出结果提供了您想了解的三类不同信息。

linux-vdso.so.1
是 Linux Virtual Dynamic Shared Object,这一点我们稍后讨论。 您还可以在 Fedora 8 中发现 linux-gate.so.1。
libc.so.6
具有指向 /lib64/libc.so.6. 的指针。
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
指向其他库的绝对路径。

在清单 3 中,通过 ls -l 命令, 发现最后的两个库依次与库的特定版本之间具有符号链接。 该例子来自 Fedora 12 64-bit系统 。

清单 3. 库符号链接
[ian@echidna ~]$ ls -l /lib64/libc.so.6 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
lrwxrwxrwx. 1 root root 12 2010-01-14 14:24 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -> ld-2.11.1.so
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 2010-01-14 14:24 /lib64/libc.so.6 -> libc-2.11.1.so

Linux Virtual Dynamic Shared Objects

在早期的 x86 处理器中,用户程序与管理服务之间的通信通过软中断实现。 随着处理器速度的提高,这已成为一个严重的瓶颈。 自 Pentium® II 处理器开始,Intel® 引入了 Fast System Call 装置来提高系统调用速度, 即采用 SYSENTER 和 SYSEXIT 指令,而不是中断。

您所看到的 linux-vdso.so.1 是个虚拟库,或者说是 Virtual Dynamic Shared Object,它只存在于程序的地址空间当中。 在旧版本系统中该库为 linux-gate.so.1。 该虚拟库为用户程序以处理器可支持的最快的方式 (对于特定处理器,采用中断方式;对于大多数最新的处理器,采用快速系统调用方式) 访问系统函数提供了必要的逻辑 。

动态加载

通过前面的内容,您会很奇怪的发现 /lib/ld-linux.so.2 以及它的 64 位版本,/lib64/ld-linux-x86-64.so.2,看上去都像是共享库, 都在其各自的权限内可执行。它们是负责实现动态加载的代码。 它们读取可执行程序的头信息,这些信息采用 Executable and Linking Format 或者(ELF)格式。 它们通过这些消息,来确定哪些库是必须的,以及哪些库需要加载。 然后执行动态链接,把可执行程序当中所有的地址指针与需要加载的库联系起来, 这样程序就可以运行了。

有关 ld-linux.so 的帮助也描述了 ld.so, 它为早期的 a.out 二进制格式提供类似的功能。 清单 4 举例说明, 如何利用 ld-linux.so 的 --list 选项来显示与清单 2 当中ln命令 与 ldd 命令显示结果相同的内容。

清单 4. 利用 ld-linux.so 来展示库需求
[ian@echidna ~]$ /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 --list /bin/ln
        linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fffc9fff000)
        libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00000037eb800000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00000037eb400000)

[ian@pinguino ~]$ /lib/ld-linux.so.2 --list /bin/ln
        linux-gate.so.1 =>  (0x00110000)
        libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x00a57000)
        /lib/ld-linux.so.2 (0x00a38000)

注意,两个清单中的十六进制地址有可能不同。 在两次运行 ldd 命令时,该地址也可能不相同。

动态库配置

动态加载器怎样找到可执行程序?对于 Linux 当中的很多问题, 都在 /etc 当中有相应的配置文件。 事实上,有两个配置文件,/etc/ld/so/conf 以及 /etc/ld.so.cache。 清单 5 展示了 Fedora 12 64 位系统当中 /etc/ld.so.conf 的内容。 注意,/etc/ld.so.conf 文件指明所有来自 ld.so.conf.d 子目录的 .conf 文件都应当被包含。 旧版系统中可能包含 /etc/ld/so/conf 的所有条目, 而不包含 /etc/ld.so.conf.d 目录中的条目。 您的系统当中 /etc/ld.so.conf 或者 /etc/ld.so.conf.d 目录的实际内容可能与此处有所差别。

清单 5. /etc/ld.so.conf 的内容
[ian@echidna ~]$ cat /etc/ld.so.conf
include ld.so.conf.d/*.conf
[ian@echidna ~]$ ls /etc/ld.so.conf.d/*.conf
/etc/ld.so.conf.d/kernel-2.6.31.12-174.2.19.fc12.x86_64.conf
/etc/ld.so.conf.d/kernel-2.6.31.12-174.2.22.fc12.x86_64.conf
/etc/ld.so.conf.d/kernel-2.6.31.12-174.2.3.fc12.x86_64.conf
/etc/ld.so.conf.d/mysql-x86_64.conf
/etc/ld.so.conf.d/qt-x86_64.conf
/etc/ld.so.conf.d/tix-x86_64.conf
/etc/ld.so.conf.d/xulrunner-64.conf

程序需要快速加载,因此可以使用 ldconfig 命令来处理 ld.so.conf 文件、 所有 ld.so.conf.d 包含的文件、所有受信目录当中的库、 /lib 和 /usr/lib,以及命令行当中所支持的其他内容 。 ldconfig 命令在 /etc/ld.so.cache 中为最近使用过的共享库生成必须的链接和 cache 。 动态加载器利用来自 ld.so.cache 的缓存文件来定位需要动态加载及链接的文件。 如果改变了 ld.so.conf(或在 ld.so.conf.d 中增加新文件), 必须运行 ldconfig 命令(以 root 用户身份)来重构 ld.so.cache 文件。

通常,可在不加参数的情况下, 使用 ldconfig 命令来重构 ld.so.cache 文件。 可以利用一些参数来改变这一使用习惯。 一般情况下,可使用 man ldconfig 来获得更多信息。 清单 6 举例说明利用参数 -p 来展示 ld.so.cache 的内容。

清单 6. 使用 ldconfig 来展示 ld.so.cache
[ian@lyrebird ian]$ /sbin/ldconfig -p | less
1602 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
        libzip.so.1 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libzip.so.1
        libz.so.1 (libc6,x86-64) => /lib64/libz.so.1
        libz.so (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libz.so
        libx86.so.1 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libx86.so.1
        libx11globalcomm.so.1 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libx11globalcomm.so.1
        libxul.so (libc6,x86-64) => /usr/lib64/xulrunner-1.9.1/libxul.so
        libxtables.so.2 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libxtables.so.2
        libxslt.so.1 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libxslt.so.1
        libxslt.so (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libxslt.so
        libxpcom.so (libc6,x86-64) => /usr/lib64/xulrunner-1.9.1/libxpcom.so
        libxml2.so.2 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libxml2.so.2
        libxml2.so (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libxml2.so
       ...
        libABRTdUtils.so.0 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libABRTdUtils.so.0
        libABRTUtils.so.0 (libc6,x86-64) => /usr/lib64/libABRTUtils.so.0
        ld-linux.so.2 (ELF) => /lib/ld-linux.so.2
        ld-linux-x86-64.so.2 (libc6,x86-64) => /lib64/ld-linux-x86-64.so.2

加载指定的库

如果您正在运行需要特定旧版共享库支持的程序, 或者您正在开发新的共享库或现有共享库的新版本, 您可能希望覆盖加载器的默认搜索路径。 使用安装在 /opt 树当中特定于产品共享库的脚本文件可能也需要这一功能。

就如同可通过设置变量 PATH 来为可执行程序指定搜索路径一样, 可以将变量 LD_LIBRARY_PATH 设置为用冒号分割的, 为加载 ld.so.cache 当中所指定的共享库需要搜索的目录清单。 例如,可使用命令:

export LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/oldstuff:/opt/IBM/AgentController/lib

参见下面的 参考资料 来获得细节信息以及相关文章的链接。


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ArticleTitle=学习 Linux,101: 管理共享库
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