從開發(fā)者面對(duì)的動(dòng)態(tài)庫(kù)，對(duì)linux發(fā)行版兼容性差的缺點(diǎn)和痛點(diǎn)出發(fā)，本文梳理問題、探討并分享3種解決思路。
Linux系統(tǒng)如何知道哪些路徑下有動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)可供鏈接加載？可借助ldconfig緩存的信息。
ldconfig 是一個(gè)工具程序，用于更新動(dòng)態(tài)鏈接器的緩存。動(dòng)態(tài)鏈接器在加載動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)，會(huì)先查找緩存，如果緩存中已經(jīng)存在對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)的記錄，則直接使用緩存中的信息，否則再根據(jù)環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH從對(duì)應(yīng)的目錄內(nèi)找動(dòng)態(tài)庫(kù)文件。
那么ldconfig的緩存，究竟存儲(chǔ)在哪里？在內(nèi)存嗎？還是在文件系統(tǒng)？
ldconfg 對(duì)動(dòng)態(tài)庫(kù)路徑信息的緩存，存儲(chǔ)在哪里？
可以通過命令查詢當(dāng)前系統(tǒng)已緩存了哪些動(dòng)態(tài)庫(kù)：
1.命令 ldconfig -p 查詢當(dāng)前系統(tǒng)已緩存的動(dòng)態(tài)庫(kù)
以下通過命令 ldconfig -p 查詢當(dāng)前系統(tǒng)已緩存的動(dòng)態(tài)庫(kù)，包含庫(kù)文件名稱、版本信息、體系結(jié)構(gòu)、庫(kù)文件所在路徑。以下查詢結(jié)果僅展示常用的動(dòng)態(tài)庫(kù)，比如 libstdc++，libMySQLclient等動(dòng)態(tài)庫(kù)，
user@linuxlibs:~$ ldconfig -p
785 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
…… # std-c++ 動(dòng)態(tài)庫(kù)
libstdc++.so.6 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
libssl3.so (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libssl3.so
libssl.so.3 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libssl.so.3
libssl.so (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libssl.so
libssh.so.4 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libssh.so.4
…… # Python/ target=_blank class=infotextkey>Python核心動(dòng)態(tài)庫(kù)
libpython3.10.so.1.0 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libpython3.10.so.1.0
…… # 線程相關(guān)的動(dòng)態(tài)庫(kù)
libpthread.so.0 (libc6,x86-64, OS ABI: Linux 3.2.0) => /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0
……
libodbc.so.2 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libodbc.so.2
libodbc.so (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libodbc.so
…… # mysql 客戶端動(dòng)態(tài)庫(kù)
libmysqlclient.so.21 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libmysqlclient.so.21
libmysqlclient.so (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libmysqlclient.so
…… # 維護(hù)鏈接信息的動(dòng)態(tài)庫(kù)
ld-linux-x86-64.so.2 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
Cache generated by: ldconfig (Ubuntu GLIBC 2.35-0ubuntu3.4) stable release version 2.35
2.介紹一個(gè)大多數(shù)可執(zhí)行文件都會(huì)鏈接的動(dòng)態(tài)庫(kù)ld-linux-x86-64.so.2
上面最后的 /lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2 是 Linux 系統(tǒng)的一部分。這個(gè)庫(kù)主要用于加載和運(yùn)行其他動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。
當(dāng)一個(gè)程序需要使用其他動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)時(shí)，它會(huì)通過調(diào)用 ld-linux-x86-64.so.2 來(lái)加載所需的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并解析其中的符號(hào)（函數(shù)、變量等）。這樣，程序就可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地使用其他庫(kù)中的功能，而不需要在編譯時(shí)將這些庫(kù)靜態(tài)鏈接到程序中。
3.ldconfig的緩存文件，在這里
我們注意到輸出信息第一行為785 libs found in cache /etc/ld.so.cache （在緩存文件中找到785個(gè)庫(kù)文件記錄），說(shuō)明 /etc/ld.so.cache 是 ldconfig 搜索動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)依據(jù)的緩存文件，該緩存文件記錄了785個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)文件的信息，每條信息記錄了 key=>value 的這樣的鍵值對(duì)形式，例如libmysqlclient.so.21 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libmysqlclient.so.21。用 ls -lht 命令查看該緩存文件的屬性：
user@linuxlibs:~$ ls -lht /etc/ld.so.cache
-rw-r--r-- 1 root root 48K Dec 11 10:45 /etc/ld.so.cache
user@linuxlibs:~$ file /etc/ld.so.cache
/etc/ld.so.cache: data #類型是二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，有內(nèi)部格式無(wú)法直接查看內(nèi)容
從中，我們第一可以明確的是，緩存文件存儲(chǔ)在磁盤。
第二可以推斷，磁盤的緩存文件，可能有通過mmap()方式映射內(nèi)到存中，以滿足系統(tǒng)各類軟件頻繁獲取動(dòng)態(tài)庫(kù)信息的效率要求。這個(gè)猜測(cè)后續(xù)會(huì)進(jìn)一步驗(yàn)證。
這些動(dòng)態(tài)庫(kù)的版本如何被linux系統(tǒng)安裝管理的呢？
首先，Ubuntu linux的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，需要通過apt安裝后才會(huì)出現(xiàn)在系統(tǒng)庫(kù)目錄內(nèi)。例如C++ 程序在運(yùn)行時(shí)需要鏈接的動(dòng)態(tài)庫(kù)libstdc++.so.6.0.30，可通過apt install 安裝包 libstdc++6 獲得。
#可通過 dpkg -L 查詢軟件包 libstdc++6 安裝后新增了哪些文件：
user@linuxlibs:~$ dpkg -L libstdc++6
/.
/usr
/usr/lib
/usr/lib/x86_64-linux-gnu
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.30
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
/usr/share/doc/libstdc++6
…… 略
安裝后，允許存在多個(gè)不同版本的libstdc++動(dòng)態(tài)庫(kù)包，但系統(tǒng)啟用的只是其中一個(gè)：
user@linuxlibs:~$ ls -l /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
…… /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6 -> libstdc++.so.6.0.30
我們看到這里的libstc++動(dòng)態(tài)庫(kù)版本號(hào)是6.0.30。但千萬(wàn)不要誤以為這是Linux采用的C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的代碼版本號(hào)。動(dòng)態(tài)庫(kù)版本號(hào) 6.0.30 表示該動(dòng)態(tài)庫(kù)的版本信息。版本號(hào)通常由三個(gè)部分組成，分別表示主版本號(hào)、次版本號(hào)和補(bǔ)丁版本號(hào)。
動(dòng)態(tài)庫(kù)的版本號(hào)通常用于標(biāo)識(shí)軟件或庫(kù)的不同版本，以便用戶和系統(tǒng)能夠識(shí)別和管理不同版本的軟件或庫(kù)。在使用動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)，程序會(huì)根據(jù)需要去加載相應(yīng)版本的動(dòng)態(tài)庫(kù)。
動(dòng)態(tài)庫(kù)的版本號(hào)的確定，通常是由庫(kù)的開發(fā)者或維護(hù)者根據(jù)庫(kù)的更新和發(fā)布情況分配的。因此，即使庫(kù)的代碼進(jìn)行了重大更新，版本號(hào)也可能只進(jìn)行了微小的變化。所以庫(kù)的版本號(hào)并不一定與庫(kù)的代碼版本直接相關(guān)；即使同一個(gè)vim軟件，在不同的Linux發(fā)行版有不同的打包維護(hù)人，雖然都從軟件官方獲得同一源碼版本號(hào)的vim的代碼，但不同Linux發(fā)行版的軟件打包維護(hù)人根據(jù)自己發(fā)行版的情況決定編譯后打包的庫(kù)文件的版本。
當(dāng)然，也有些軟件采用兩個(gè)版本號(hào)相等的方式發(fā)布軟件版本和代碼，比如Ubuntu的維護(hù)者將OpenGL項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)庫(kù)版本與代碼版本保持一致，動(dòng)態(tài)庫(kù)版本后面以-數(shù)字表示該版本代碼的第幾次正式打包，這個(gè)數(shù)字每次正式打包前都要+1，如圖中的2.2.0-4為Ubuntu 22.04系統(tǒng)的libglew2.2軟件包的2.2.0版本的第4次打包入庫(kù)。
雖然這個(gè)版本經(jīng)歷了4次打包發(fā)布，但libglew-2.2.0的4次生成的軟件包，在安裝后，路徑中的動(dòng)態(tài)庫(kù)的文件名仍保持.so.2.2.0結(jié)尾。
這是因?yàn)?次打包期間，庫(kù)代碼接口沒變，自然不應(yīng)該修改X.Y.Z中的任何一個(gè)數(shù)字。以免破壞 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libGLEW.so -> libGLEW.so.2.2.0 這種libGLEW.so軟鏈接對(duì)實(shí)際動(dòng)態(tài)庫(kù)文件libGLEW.so.2.2.0的鏈接效果：
開發(fā)者可以從哪里查詢，動(dòng)態(tài)庫(kù)文件的版本號(hào)與代碼版本號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系？
如果開發(fā)依賴了 OpenGL（v1，v2，v3都有，libGLEW、libGLut、libGL、libegl-mesa0等名稱繁多） 這種帶有較多版本歷史包袱的開發(fā)庫(kù)，有時(shí)必須確定系統(tǒng)已安裝的OpenGL庫(kù)的版本號(hào)跟開發(fā)要求的庫(kù)的代碼版本號(hào)的是否匹配，才能確保代碼調(diào)用的函數(shù)跟實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的庫(kù)的版本能兼容。
那么如何查詢呢？這個(gè)問題沒有為唯一答案，軟件的發(fā)布方式和維護(hù)形式太多了。但那些主流的Linux發(fā)行版的軟件源安裝的軟件包往往采用了近似的策略，方便了用戶查詢幫助信息。如果你的Linux是Ubuntu、centos，那么安裝后可以直接從命令中獲得大部分信息，包括動(dòng)態(tài)庫(kù)版本說(shuō)明：
(1) Ubuntu使用命令$ apt show libglew2.2 查詢軟件幫助信息
(2) Centos 使用命令$ yum info glew-devel 查詢軟件幫助信息
[root@device78969 ~]# yum info glew-devel
Loaded plugins: fastestmirror, ovl
Loading mirror speeds from cached hostfile
* base: mirrors.ustc.edu.cn
* extras: mirrors.aliyun.com
* updates: mirrors.163.com
AvAIlable Packages
Name : glew-devel
Arch : i686
Version : 1.10.0
Release : 5.el7
Size : 172 k
Repo : base/7/x86_64
Summary : Development files for glew
URL : http://glew.sourceforge.NET
License : BSD and MIT
Description : Development files for glew
Name : glew-devel
Arch : x86_64
Version : 1.10.0
Release : 5.el7
Size : 172 k
Repo : base/7/x86_64
Summary : Development files for glew
URL : http://glew.sourceforge.net
License : BSD and MIT
Description : Development files for glew
最后，分享3個(gè)思路，解決運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)庫(kù)不兼容問題
這是很多開發(fā)者發(fā)布軟件包時(shí)最頭痛的，系統(tǒng)自帶的動(dòng)態(tài)庫(kù)版本，與軟件運(yùn)行所要求的動(dòng)態(tài)庫(kù)不兼容，直接影響了軟件在Linux當(dāng)前系統(tǒng)的正常功能。
評(píng)論區(qū)有網(wǎng)友指出，動(dòng)態(tài)庫(kù)最大的弊端是跨Linux發(fā)行版部署的時(shí)候，常因?yàn)橐蕾嚨膭?dòng)態(tài)庫(kù)版本在不同Linux上實(shí)際安裝的是不同版本，兩個(gè)版本的動(dòng)態(tài)庫(kù)未保持向低版本兼容，導(dǎo)致主程序找不到合適的依賴庫(kù)版本而無(wú)法運(yùn)行。
下面介紹針對(duì)這個(gè)問題的3種解法（實(shí)際本質(zhì)上是2種：被動(dòng)、主動(dòng)）
思路1：由shell腳本幫助載入合適的動(dòng)態(tài)庫(kù)：
通過局部環(huán)境變量設(shè)置 LD_LIBRARY_PATH 和 PRE_LOAD，讓軟件優(yōu)先使用受支持版本的動(dòng)態(tài)庫(kù)。
LD_PRELOAD 環(huán)境變量用于指定在加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)時(shí)優(yōu)先加載的庫(kù)文件。通過設(shè)置 LD_PRELOAD 環(huán)境變量，你可以在程序加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)之前加載你自己的庫(kù)文件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)程序行為的修改或調(diào)試。
想在局部生效 LD_PRELOAD 環(huán)境變量，可以使用以下內(nèi)容寫到一個(gè)statup.sh腳本內(nèi)：
#!/usr/bin/bash
export LD_PRELOAD=/path/to/your/library
./my_dir/my_programe
或：
#!/usr/bin/bash
LD_PRELOAD=/path/to/your/library ./my_dir/my_programe
其中，/path/to/your/library 是你要加載的庫(kù)文件的路徑，最好是當(dāng)前可執(zhí)行文件所在目錄下的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，以方便管理；./my_dir/my_programe為你要運(yùn)行的可執(zhí)行文件。
LD_PRELOAD 環(huán)境變量的使用需要謹(jǐn)慎，因?yàn)樗赡軙?huì)影響程序的正常運(yùn)行，所以只建議在shell腳本內(nèi)部使用，通過腳本運(yùn)行后只有你的my_program受這個(gè)環(huán)境變量加載的動(dòng)態(tài)庫(kù)的影響：而且會(huì)優(yōu)先加載你指定的動(dòng)態(tài)庫(kù)而不加載其他同名的動(dòng)態(tài)庫(kù)，就避免了與系統(tǒng)自帶動(dòng)態(tài)庫(kù)的沖突。
這種設(shè)置環(huán)境腳本的思路，在Tomcat和Pycharm的安裝方式和啟動(dòng)方式中被采用。
!!! 提醒：
在使用 LD_PRELOAD 環(huán)境變量進(jìn)行調(diào)試或修改程序行為時(shí)，建議在測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行，并確保對(duì)可能的影響有充分的了解，以免影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。
思路2：代碼編程實(shí)現(xiàn)本地主動(dòng)加載動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，區(qū)別于思路1的被動(dòng)加載方式：
下面是一段偽代碼，演示了由C代碼控制，在運(yùn)行時(shí)才加載動(dòng)態(tài)庫(kù)文件到進(jìn)程中。一個(gè)好處是延遲了加載，而且由代碼負(fù)責(zé)檢測(cè)該動(dòng)態(tài)庫(kù)是否提供了所需功能，若未提供，則卸載動(dòng)態(tài)庫(kù)，再去加載其他動(dòng)態(tài)庫(kù)：
#include <dll_function_headers.h>
// 定義加載動(dòng)態(tài)庫(kù)的函數(shù)
void* load_library(const char* library_path, const char* symbol_name) {
// 打開動(dòng)態(tài)庫(kù)
void* handle = dlopen(library_path, RTLD_LAZY);
if (handle == NULL) {
printf("dlopen() failed: %sn", dlerror());
return NULL;
}
// 查找符號(hào)
void* symbol_address = dlsym(handle, symbol_name);
if (symbol_address == NULL) {
printf("dlsym() failed: %sn", dlerror());
dlclose(handle);
return NULL;
}
// 返回符號(hào)地址
return symbol_address;
}
// 定義使用動(dòng)態(tài)庫(kù)符號(hào)的函數(shù)
int use_symbol(void* symbol_address) {
// 定義符號(hào)的函數(shù)指針類型
typedef int (*symbol_func_t)(void);
symbol_func_t symbol_func = (symbol_func_t)symbol_address;
// 調(diào)用符號(hào)對(duì)應(yīng)的函數(shù)
int result = symbol_func();
return result;
}
int main() {
// 假設(shè)動(dòng)態(tài)庫(kù)路徑為 /path/to/library.so，符號(hào)名稱為 symbol
const char* library_path = "/path/to/library.so";
const char* symbol_name = "symbol";
// 加載動(dòng)態(tài)庫(kù)
void* symbol_address = load_library(library_path, symbol_name);
if (symbol_address == NULL) {
printf("加載動(dòng)態(tài)庫(kù)失敗n");
return 1;
}
// 使用符號(hào)
int result = use_symbol(symbol_address);
if (result != 0) {
printf("符號(hào)調(diào)用失敗n");
return 1;
}
// 關(guān)閉動(dòng)態(tài)庫(kù)
dlclose(handle);
return 0;
}
但這種方式?jīng)]有解決所有本地動(dòng)態(tài)庫(kù)都無(wú)法支持當(dāng)前Linux系統(tǒng)的特殊場(chǎng)景。
思路3：代碼編程實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)加載動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，區(qū)別于思路2的方式：
這種方式仍然由本地軟件負(fù)責(zé)加載。但加載的來(lái)源改為從服務(wù)端API交互，將本地系統(tǒng)的版本信息告訴服務(wù)端，由服務(wù)端的數(shù)據(jù)中心提供能匹配本地Linux的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，由本地軟件將服務(wù)端告知的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，下載到本地。然后加載運(yùn)行。
由于配備了后臺(tái)服務(wù)，且對(duì)各種需要兼容的Linux系統(tǒng)做了測(cè)試，準(zhǔn)備了匹配的動(dòng)態(tài)庫(kù)下載使用，所以軟件安裝包可以很小。這種方式其實(shí)也是很多軟件采用的軟件自身新版本的更新機(jī)制。
缺點(diǎn)是需要網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)階段需要做多種Linux系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)兼容性測(cè)試，在服務(wù)端需要維護(hù)匹配的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件與信息。
適合于達(dá)到一定使用規(guī)模的軟件采用。
