LINUX下动态库及版本号控制

 

针对同一动态组件的不同版本链接和加载。

一、概念         
         DLL HELL字面意思是DLL"灾难"，是由于com组件（动态库）升级引起的程序不能运行的情况。
        原因
         有三种可能的原因导致了DLL Hell的发生：
                一是由使用旧版本的DLL替代原来一个新版本的DLL而引起的。这个原因最普遍，是Windows 9X用户通常遇到的DLL错误之一。
                二是由新版DLL中的函数无意发生改变而引起。尽管在设计DLL时候应该向下兼容，然而要保证DLL完全向下兼容却是不能的。
                三是由新版DLL的安装引入一个新的Bug。

二、linux下的解决方案——命名规范       
       Linux 上的Dll ，叫sharedlibrary。Linux 系统面临和Window一样的问题，如何控制动态库的多个版本问题。为解决这个问题，Linux 为解决这个问题，引入了一套命名机制，如果遵守这个机制来做，就可以避免这个问题。但是这只事一个约定，不是强制的。但是建议遵守这个约定，否则同样也会出现 Linux 版的Dll hell 问题。

Real Name        
          首先是共享库本身的文件名：共享库的命名必须如 libname.so.x.y.z最前面使用前缀”lib”，中间是库的名字和后缀”.so”,最后三个数字是版本号。x是主版本号(Major Version Number)，y是次版本号(Minor Version Number)，z是发布版本号(Release Version Number)。

主版本号(不兼容)：重大升级，不同主版本的库之间的库是不兼容的。所以如果要保证向后兼容就不能删除旧的动态库的版本。

次版本号(向下兼容): 增量升级，增加一些新的接口但保留原有接口。高次版本号的库向后兼容低次版本号的库。

发布版本号(相互兼容)：库的一些诸如错误修改、性能改进等，不添加新接口，也不更改接口。主版本号和次版本号相同的前提下，不同发布版本之间完全兼容。

SO-NAME       
         严格遵守上述规定，确实能避免动态库因为版本冲突的问题，但是读者可能有疑问：在程序加载或运行的时候，动态链接器是如何知道程序依赖哪些库，如何选择库的不同版本？
Solaris和Linux等采用SO-NAME( Shortfor shared object name )的命名机制来记录共享库的依赖关系。每个共享库都有一个对应的“SO-NAME”(共享库文件名去掉次版本号和发布版本号)。比如一个共享库名为libtest.so.3.8.2,那么它的SO-NAME就是libtest.so.3。

在Linux系统中，系统会为每个共享库所在的目录创建一个跟SO-NAME相同的并且指向它的软连接(Symbol Link)。这个软连接会指向目录中主版本号相同、次版本号和发布版本号最新的共享库。也就是说，比如目录中有两个共享库版本分别为：/lib/libtest.so.3.8.2和/lib/libtest.so.3.7.5,么软连接/lib/libtest.so.3指向/lib/libtest.so.3.8.2。

建立以SO-NAME为名字的软连接的目的是，使得所有依赖某个共享库的模块，在编译、链接和运行时，都使用共享库的SO-NAME，而不需要使用详细版本号。在编译生产ELF文件时候，如果文件A依赖于文件B，那么A的链接文件中的”.dynamic”段中会有DT_NEED类型的字段，字段的值就是B的SO-NAME。这样当动态链接器进行共享库依赖文件查找时，就会依据系统中各种共享库目录中的SO-NAME软连接自动定向到最新兼容版本的共享库。

★  readelf -d sharelibrary 可以查看so-name
★  Linux提供了一个工具——ldconfig，当系统中安装或更新一个共享库时，需要运行这个工具，它会遍历默认所有共享库目录，比如/lib，/usr/lib等，然后更新所有的软链接，使她们指向最新共享库。

Link Name 
       当我们在编译器里使用共享库的时候，如用GCC的“-l”参数链接共享库libtXXX.so.3.8.1，只需要在编译器命令行指定 -l XXX 即可，省略了前缀和版本信息。编译器会根据当前环境，在系统中的相关路径(往往由-L参数指定)查找最新版本的XXX库。这个XXX就是共享库的“链接名”。不同类型的库可能有相同的链接名，比如C语言运行库有静态版本(libc.a)也动态版本(libc.so.x.y.z)的区别，如果在链接时使用参数”-lc”,那么连接器就会根据输出文件的情况(动态/静态)来选择合适版本的库。eg. ld使用“-static”参数时吗，”-lc”会查找libc.a;如果使用“-Bdynamic”(默认),会查找最新版本的libc.so.x.y.z。

更详细可以参见

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

 

代码：       

1. File libhello.c

/* hello.c - demonstrate library use. */

#include <stdio.h>

void hello(void)

{ printf("Hello, library world./n");}

2. File libhello.h

/* libhello.h - demonstrate library use. */

void hello(void);

3. File main.c

/* main.c -- demonstrate direct use of the "hello" routine */

#include "hello.h"

int main(void)

{

hello();

return 0;

}

1.生成共享库，关联real name 和soname 。

     gcc -g -Wall -fPIC -c hello.c -o hello.o

     gcc -shared -W,soname,-libhello.so.0 -o libhello.so.0.0.0 hello.o

     将会生成共享库libhello.so.0.0.0.

     可以用系统提供的工具查看共享库的头：

      readelf -d libhello.so.0.0.0 | grep libhello

ox00000000000e(SONAME)    library soname: [libhello.so.0]

2.应用程序，引用共享库。

      先手动生成link 名字，以被后面的程序链接时用

      ln -s libhello.so.0.0.0 libhello.so.0

      gcc -g -Wall -c main.c -o main.o -I.

      gcc  -o main main.o -lhello -L.

（这里我会出问题。因为：执行gcc  -o main main.o -lhello -L.命令的时候，默认会找libhello.so这个文件，但是显然没有，直接出错。我又执行：

ln -s libhello.so.0.0.0 libhello.so 之后，才可以，到现在，没明白为什么？）

      查看编译出来的程序:

      readelf -d main | grep libhello

ox000000000001(NEEDED)    shared library: [libhello.so.0]

      运行该程序，需要指定共享库的路径。 有两种办法，第一种使用环境变量“LD_LIBRARY_PATH”. 两外一种办法就是将共享库拷贝到系统目录（path 环境变量指定的其中一个目录）。

      暂停！ 我们还没有解决一个问题是，程序只知道soname,怎么从soname 找到共享库，即real name 文件呢？ 这需要我们定义一个link文件，连接到共享库本身。

      ln -s libhello.so.0.0.0 libhello.so.0

      当然这个路径需要放到LD_LIBRARY_PATH环境变量中。

     这样就可以运行该程序。

[Note]Linux 系统提供一个命令 ldconifg 专门为生成共享库的soname 文件，以便程序在加载时后通过soname 找到共享库。 同时该命令也为加速加载共享库，把系统的共享库放到一个缓存文件中，这样可以提高查找速度。可以用下面命令看一下系统已有的被缓存起来的共享库。

     ld -p

运行程序：

./main这样，直接运行是不行了。动态库必须在运行的时候，也指定路径。所以，请将.so文件，复制到/lib或者/usr/lib下，然后执行 ldconfig /lib命令就OK了。

（

ldconfig是一个动态链接库管理命令
为了让动态链接库为系统所共享,还需运行动态链接库的管理命令--ldconfig
ldconfig  命令的用途,主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下,搜索出可共享的动态 链接库(格式如前介绍,lib*.so*),进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件.缓存文件默认为  /etc/ld.so.cache,此文件保存已排好序的动态链接库名字列表.
ldconfig通常在系统启动时运行,而当用户安装了一个新的动态链接库时,就需要手工运行这个命令.）

3.共享库，小版本升级，即接口不变.

   当升级小版本时，共享库的soname 是不变的，所以需要重新把soname 的那个连接文件指定新版本就可以。 调用ldconfig命令，系统会帮你做修改那个soname link文件，并把它指向新的版本呢。这时候你的应用程序就自动升级了。

4.共享库，主版本升级，即接口发生变化。

  当升级主版本时，共享库的soname 就会加1.比如libhello.so.0.0.0 变为 libhello.so.1.0.0. 这时候再运行ldconfig 文件，就会发现生成两个连接 文件。

    ln -s libhello.so.0---->libhello.so.0.0.0

    ln -s libhello.so.1----->libhello.so.1.0.0

尽管共享库升级，但是你的程序依旧用的是旧的共享库，并且两个之间不会相互影响。

    问题是如果更新的共享库只是增加一些接口，并没有修改已有的接口，也就是向前兼容。但是这时候它的主版本号却增加1. 如果你的应用程序想调用新的共享库，该怎么办？ 简单，只要手工把soname 文件修改，使其指向新的版本就可以。（这时候ldconfig 文件不会帮你做这样的事，因为这时候soname 和real name 的版本号主板本号不一致，只能手动修改）。

  比如： ln -s libhello.so.0 ---> libhello.so.1.0.0

  但是有时候，主版本号增加，接口发生变化，可能向前不兼容。这时候再这样子修改，就会报错，“xx”方法找不到之类的错误。

总结一下，Linux 系统是通过共享库的三个不同名字，来管理共享库的多个版本。 real name 就是共享库的实际文件名字，soname 就是共享库加载时的用的文件名。在生成共享库的时候，编译器将soname 绑定到共享库的文件头里，二者关联起来。 在应用程序引用共享库时，其通过link name 来完成，link时将按照系统指定的目录去搜索link名字找到共享库，并将共享库的soname写在应用程序的头文件里。当应用程序加载共享库时，就会通过soname在系统指定的目录（path or LD_LIBRARY)去寻找共享库。

当共享库升级时，分为两种。一种是主板本不变，升级小版本和build 号。在这种情况下，系统会通过更新soname（ ldconfig 来维护），来使用新的版本号。这中情况下，旧版本就没有用，可以删掉。

另外一种是主版本升级，其意味着库的接口发生变化，当然，这时候不能覆盖已有的soname。系统通过增加一个soname（ldconfig -p 里面增加一项），使得新旧版本同时存在。原有的应用程序在加载时,还是根据自己头文件的旧soname 去寻找老的库文件。

5.如果编译的时候没有指定，共享库的soname，会怎么样？

  这是一个trick 的地方。第一系统将会在生成库的时候，就没有soname放到库的头里面。从而应用程序连接时候，就把linkname 放到应用程序依赖库里面。或者换句话说就是，soname这时候不带版本号。 有时候有人直接利用这点来升级应用程序，比如，新版本的库，直接拷贝到系统目录下，就会覆盖掉已经存在的旧的库文件，直接升级。 这个给程序员很大程度的便利性，如果一步小心，就会调到类似windows的Dll hell 陷阱里面。建议不要这样做。

【Note】

  1. 指定共享库加载的路径。LD_LIBRARY_PATH 优先于 path 环境变量。

  2. ldd 可以查看程序，或者共享库依赖的库的路径

  3. nm 查看共享库暴露的接口

  4. ldconfig 可以自动生成soname 的连接文件。并提供catch 加速查找。

  5.readelf 可以查看动态库的信息，比如依赖的库，本身的soname。

  6. objdump 与readelf 类似。

  7 ld The GUN linker

  8. ld.so  dynamic linker or loader

  9. as the portable GNU assembley

【Reference】

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

 

http://m.oschina.net/blog/367397