• linux动态库加载RPATH, RUNPATH

    摘自http://gotowqj.iteye.com/blog/1926771

    linux动态库加载RPATH, RUNPATH

    链接动态库

    如何程序在连接时使用了共享库，就必须在运行的时候能够找到共享库的位置。linux的可执行程序在执行的时候默认是先搜索/lib和/usr/lib这两个目录，然后按照/etc/ld.so.conf里面的配置搜索绝对路径。同时，Linux也提供了环境变量LDLIBRARYPATH供用户选择使用，用户可以通过设定它来查找除默认路径之外的其他路径，如查找/work/lib路径,你可以在/etc/rc.d/rc.local或其他系统启动后即可执行到的脚本添加如下语句：LDLIBRARYPATH =/work/lib:$(LDLIBRARYPATH)。并且LDLIBRARYPATH路径优先于系统默认路径之前查找（详细参考《使用LDLIBRARYPATH》）。

    不过LDLIBRARYPATH的设定作用是全局的，过多的使用可能会影响到其他应用程序的运行，所以多用在调试。（LDLIBRARYPATH的缺陷和使用准则，可以参考《Why LDLIBRARYPATH is bad》 ）。通常情况下推荐还是使用gcc的-R或-rpath选项来在编译时就指定库的查找路径，并且该库的路径信息保存在可执行文件中，运行时它会直接到该路径查找库，避免了使用LDLIBRARYPATH环境变量查找。

    链接选项和路径

    现代连接器在处理动态库时将链接时路径（Link-time path）和运行时路径（Run-time path）分开,用户可以通过-L指定连接时库的路径，通过-R（或-rpath）指定程序运行时库的路径，大大提高了库应用的灵活性。比如我们做嵌入式移植时#arm-linux-gcc $(CFLAGS) –o target –L/work/lib/zlib/ -llibz-1.2.3 (work/lib/zlib下是交叉编译好的zlib库)，将target编译好后我们只要把zlib库拷贝到开发板的系统默认路径下即可。或者通过-rpath（或-R ）、LDLIBRARYPATH指定查找路径。

    链接器ld的选项有 -L，-rpath 和 -rpath-link，看了下 man ld，大致是这个意思：

    -L: “链接”的时候，去找的目录，也就是所有的 -lFOO 选项里的库，都会先从 -L 指定的目录去找，然后是默认的地方。编译时的-L选项并不影响环境变量LDLIBRARYPATH，-L只是指定了程序编译连接时库的路径，并不影响程序执行时库的路径，系统还是会到默认路径下查找该程序所需要的库，如果找不到，还是会报错，类似cannot open shared object file。

    -rpath-link：这个也是用于“链接”的时候的，例如你显示指定的需要 FOO.so，但是 FOO.so 本身是需要 BAR.so 的，后者你并没有指定，而是 FOO.so 引用到它，这个时候，会先从 -rpath-link 给的路径里找。

    -rpath: “运行”的时候，去找的目录。运行的时候，要找 .so 文件，会从这个选项里指定的地方去找。对于交叉编译，交叉编译链接器需已经配置 --with-sysroot 选项才能起作用。也就是说，-rpath指定的路径会被记录在生成的可执行程序中，用于运行时查找需要加载的动态库。-rpath-link 则只用于链接时查找。

    链接搜索顺序

    直接man ld。The linker uses the following search paths to locate required shared libraries:

           1.  Any directories specified by -rpath-link options.
       2.  Any directories specified by -rpath options.  The difference between -rpath and -rpath-link is that directories specified by -rpath options are included in the executable and used at runtime, whereas the -rpath-link option is only effective at link time. Searching -rpath in this way is only supported by native linkers and cross linkers which have been configured with the --with-sysroot option.
       3.  On an ELF system, for native linkers, if the -rpath and -rpath-link options were not used, search the contents of the environment variable "LD_RUN_PATH".
       4.  On SunOS, if the -rpath option was not used, search any directories specified using -L options.
       5.  For a native linker, the search the contents of the environment variable "LD_LIBRARY_PATH".
       6.  For a native ELF linker, the directories in "DT_RUNPATH" or "DT_RPATH" of a shared library are searched for shared libraries needed by it. The "DT_RPATH" entries are ignored if "DT_RUNPATH" entries exist.
       7.  The default directories, normally /lib and /usr/lib.
       8.  For a native linker on an ELF system, if the file /etc/ld.so.conf exists, the list of directories found in that file.
       If the required shared library is not found, the linker will issue a warning and continue with the link.

    gcc和链接选项的使用

    在gcc中使用ld链接选项时，需要在选项前面加上前缀-Wl(是字母l，不是1，我曾多次弄错），以区别不是编译器的选项。 if the linker is being invoked indirectly, via a compiler driver (e.g. gcc) then all the linker command line options should be prefixed by -Wl, (or whatever is appropriate for the particular compiler driver) like this:

    1 gcc -Wl,--start-group foo.o bar.o -Wl,--end-group

    This is important, because otherwise the compiler driver program may silently drop the linker options, resulting in a bad link.

    用例子说话

     

    二进制

    对应源码

    有一个程序

    a.out

    main.c

    需要加载插件A

    libA.so

    liba.c

    A需要另一个动态库

    libB.so

    libB1.c 或 libB2.c

    本文的关注点就是：到底是哪一个libB.so被加载

    目录结构：

    /home/debao/ttt/a.out
/home/debao/ttt/libA.so
/home/debao/ttt/libB.so
/usr/lib/libB.so

    具体源码

    • main.c ==> ./a.out

     

    #include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
typedef int (*funcA)(int, int);
int main()
{
    void * plugin = dlopen("./libA.so", RTLD_LAZY);
    funcA f = (funcA)dlsym(plugin, "funcA");
    printf("main: %d
", f(3,4));
    return 0;
}

    • liba.c ==> ./libA.so

     

    #include <stdio.h>
int funcB(int, int);
int funcA(int a, int b)
{
    printf("hello from funcA
");
    return funcB(a, b);
}

    • libb1.c ==> ./libB.so

     

    #include <stdio.h>
int funcB(int a, int b)
{
    printf("Hello from funcB 1
");
    return a*b;
}

    • libb2.c ==> /usr/lib/libB.so

     

    #include <stdio.h>
int funcB(int a, int b)
{
    printf("Hello from funcB 2
");
    return a*b;
}

    编译库文件

    • 编译动态库libB.so

     

    $ gcc -shared -fPIC libb2.c -o libB2.so
$ sudo mv libB2.so /usr/lib/libB.so
$ gcc -shared -fPIC libb.c -o libB.so
    • 编译动态库libA.so

     

    $ gcc -shared -fPIC liba.c -o libA.so -L. -lB

    顺便看看该elf文件的头部信息：

    $ readelf libA.so -d

Dynamic section at offset 0xf20 contains 21 entries:
  Tag        Type      Name/Value
 0x00000001 (NEEDED)   Shared library: [libB.so]
 0x00000001 (NEEDED)   Shared library: [libc.so.6]
...

    恩，只有库的文件名信息，而没有路径信息。

    编译程序

    • 第一次编译运行（什么路径都不加）

     

    $ gcc main.c -ldl
$ ./a.out 
hello from funcA
Hello from funcB 2
main: 12

    程序：dlopen从当前目录找到libA.so，然后却在/usr/lib/中找到libB.so（没有使用当前目录的libB.so，这是我们需要的么？）

    • 第二次编译运行（使用DT_RPATH）

     

    $ gcc main.c -ldl  -Wl,--rpath=.
$ ./a.out 
hello from funcA
Hello from funcB 1
main: 12

    恩，使用当前目录的libB.so，很理想的东西

    • 可是，由于DT_RPATH无法被环境变量LD_LIBRARY_PATH覆盖，不是不建议被使用，而是建议使用DT_RUNPATH么？

    • 第三次编译运行（使用DT_RUNPATH）

     

    $ gcc main.c -ldl -Wl,--rpath=.,--enable-new-dtags 
$ ./a.out 
hello from funcA
Hello from funcB 2
main: 12

    问题重新出现，使用的系统路径中的libB.so 而不是当前目录下的。

    程序头部信息

    通过下列命令可以查看：

    $ readelf -d a.out

    为了完整起见，列出前面3次编译的程序的信息：

    • 没有rpath和runpath

     

    Dynamic section at offset 0xf20 contains 21 entries:
  Tag        Type                         Name/Value
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libdl.so.2]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]
 0x0000000c (INIT)                       0x8048360
...
    • 包含rpath

     

    Dynamic section at offset 0xf18 contains 22 entries:
  Tag        Type                         Name/Value
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libdl.so.2]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]
 0x0000000f (RPATH)                      Library rpath: [.]
 0x0000000c (INIT)                       0x8048360
....
    • 包含rpath和runpath

     

    Dynamic section at offset 0xf10 contains 23 entries:
  Tag        Type                         Name/Value
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libdl.so.2]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]
 0x0000000f (RPATH)                      Library rpath: [.]
 0x0000001d (RUNPATH)                    Library runpath: [.]

    原因

    RPATH and RUNPATH给出这个问题的答案：

     

    Unless loading object has RUNPATH:
    RPATH of the loading object,
        then the RPATH of its loader (unless it has a RUNPATH), ...,
        until the end of the chain, which is either the executable
        or an object loaded by dlopen
    Unless executable has RUNPATH:
        RPATH of the executable
LD_LIBRARY_PATH
RUNPATH of the loading object
ld.so.cache
default dirs

    用它解释第一个程序：

    • libA.so 没有RUNPATH，故而
      • 使用其RPATH (没有)
      • 递归查找其loader直到链条的顶端（可执行程序或被dlopen打开的对象）的RPATH或者遇RUNPATH退出 （没有命中）
      • 可执行程序没有RUNPATH，故而
        • 使用其RPATH (没有)
    • 环境变量LD_LIBRARY_PATH，（没有）
    • libA.so 的RUNPATH (没有)
    • ld.so.cache (没有命中)
    • 默认路径/usr/lib （命中）

    用它解释第二个程序：

    • libA.so 没有RUNPATH，故而
      • 使用其RPATH (没有)
      • 递归查找其loader直到链条的顶端（可执行程序或被dlopen打开的对象）的RPATH或者遇RUNPATH退出 （没有命中）
      • 可执行程序没有RUNPATH，故而
        • 使用其RPATH (命中)

    用它解释第三个程序：

    • libA.so 没有RUNPATH，故而
      • 使用其RPATH (没有)
      • 递归查找其loader直到链条的顶端（可执行程序或被dlopen打开的对象）的RPATH或者遇RUNPATH退出 （没有命中）
      • 可执行程序有RUNPATH，(继续前行)
    • 环境变量LD_LIBRARY_PATH，（没有）
    • libA.so 的RUNPATH (没有)
    • ld.so.cache (没有命中)
    • 默认路径/usr/lib （命中）

    有意思的就是这个程序了，可执行程序的RUNPATH是一个重要的判断条件，却并不被做为这儿搜索路径！！

    结束

    本文是在kubuntu 11.10下编写测试的。为了尽可能简单，例子也都是认为制造的。而且我们看到，在使用RPATH的时候是正常的，RUNPATH一般来说，被推荐使用，但这儿它却不能正常工作。

    所以，当使用RUNPATH时，我们需要明白：某些情况下可能需要设置环境变量 LD_LIBRARY_PATH
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