從開發(fā)者面對的動態(tài)庫，對linux發(fā)行版兼容性差的缺點和痛點出發(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態(tài)鏈接庫可供鏈接加載？可借助ldconfig緩存的信息。
ldconfig 是一個工具程序，用于更新動態(tài)鏈接器的緩存。動態(tài)鏈接器在加載動態(tài)庫時，會先查找緩存，如果緩存中已經(jīng)存在對應的動態(tài)庫的記錄，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從對應的目錄內(nèi)找動態(tài)庫文件。
那么ldconfig的緩存，究竟存儲在哪里？在內(nèi)存嗎？還是在文件系統(tǒng)？
ldconfg 對動態(tài)庫路徑信息的緩存，存儲在哪里？
可以通過命令查詢當前系統(tǒng)已緩存了哪些動態(tài)庫：
1.命令 ldconfig -p 查詢當前系統(tǒng)已緩存的動態(tài)庫
以下通過命令 ldconfig -p 查詢當前系統(tǒng)已緩存的動態(tài)庫，包含庫文件名稱、版本信息、體系結(jié)構(gòu)、庫文件所在路徑。以下查詢結(jié)果僅展示常用的動態(tài)庫，比如 libstdc++，libMySQLclient等動態(tài)庫，
user@linuxlibs:~$ ldconfig -p
785 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
…… # std-c++ 動態(tài)庫
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核心動態(tài)庫
libpython3.10.so.1.0 (libc6,x86-64) => /lib/x86_64-linux-gnu/libpython3.10.so.1.0
…… # 線程相關的動態(tài)庫
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 客戶端動態(tài)庫
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
…… # 維護鏈接信息的動態(tài)庫
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.介紹一個大多數(shù)可執(zhí)行文件都會鏈接的動態(tài)庫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。這個庫主要用于加載和運行其他動態(tài)鏈接庫。
當一個程序需要使用其他動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)時，它會通過調(diào)用 ld-linux-x86-64.so.2 來加載所需的動態(tài)鏈接庫，并解析其中的符號（函數(shù)、變量等）。這樣，程序就可以在運行時動態(tài)地使用其他庫中的功能，而不需要在編譯時將這些庫靜態(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個庫文件記錄），說明 /etc/ld.so.cache 是 ldconfig 搜索動態(tài)庫時依據(jù)的緩存文件，該緩存文件記錄了785個動態(tài)庫文件的信息，每條信息記錄了 key=>value 的這樣的鍵值對形式，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 #類型是二進制數(shù)據(jù)文件，有內(nèi)部格式無法直接查看內(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態(tài)庫信息的效率要求。這個猜測后續(xù)會進一步驗證。
這些動態(tài)庫的版本如何被linux系統(tǒng)安裝管理的呢？
首先，Ubuntu linux的動態(tài)庫文件，需要通過apt安裝后才會出現(xiàn)在系統(tǒng)庫目錄內(nèi)。例如C++ 程序在運行時需要鏈接的動態(tài)庫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，允許存在多個不同版本的libstdc++動態(tài)庫包，但系統(tǒng)啟用的只是其中一個：
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++動態(tài)庫版本號是6.0.30。但千萬不要誤以為這是Linux采用的C++標準庫的代碼版本號。動態(tài)庫版本號 6.0.30 表示該動態(tài)庫的版本信息。版本號通常由三個部分組成，分別表示主版本號、次版本號和補丁版本號。
動態(tài)庫的版本號通常用于標識軟件或庫的不同版本，以便用戶和系統(tǒng)能夠識別和管理不同版本的軟件或庫。在使用動態(tài)庫時，程序會根據(jù)需要去加載相應版本的動態(tài)庫。
動態(tài)庫的版本號的確定，通常是由庫的開發(fā)者或維護者根據(jù)庫的更新和發(fā)布情況分配的。因此，即使庫的代碼進行了重大更新，版本號也可能只進行了微小的變化。所以庫的版本號并不一定與庫的代碼版本直接相關；即使同一個vim軟件，在不同的Linux發(fā)行版有不同的打包維護人，雖然都從軟件官方獲得同一源碼版本號的vim的代碼，但不同Linux發(fā)行版的軟件打包維護人根據(jù)自己發(fā)行版的情況決定編譯后打包的庫文件的版本。
當然，也有些軟件采用兩個版本號相等的方式發(fā)布軟件版本和代碼，比如Ubuntu的維護者將OpenGL項目的動態(tài)庫版本與代碼版本保持一致，動態(tài)庫版本后面以-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。
雖然這個版本經(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，路徑中的動態(tài)庫的文件名仍保持.so.2.2.0結(jié)尾。
這是因為4次打包期間，庫代碼接口沒變，自然不應該修改X.Y.Z中的任何一個數(shù)字。以免破壞 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libGLEW.so -> libGLEW.so.2.2.0 這種libGLEW.so軟鏈接對實際動態(tài)庫文件libGLEW.so.2.2.0的鏈接效果：
開發(fā)者可以從哪里查詢，動態(tài)庫文件的版本號與代碼版本號的對應關系？
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，有時必須確定系統(tǒng)已安裝的OpenGL庫的版本號跟開發(fā)要求的庫的代碼版本號的是否匹配，才能確保代碼調(diào)用的函數(shù)跟實際運行環(huán)境的庫的版本能兼容。
那么如何查詢呢？這個問題沒有為唯一答案，軟件的發(fā)布方式和維護形式太多了。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，包括動態(tài)庫版本說明：
(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個思路，解決運行時動態(tài)庫不兼容問題
這是很多開發(fā)者發(fā)布軟件包時最頭痛的，系統(tǒng)自帶的動態(tài)庫版本，與軟件運行所要求的動態(tài)庫不兼容，直接影響了軟件在Linux當前系統(tǒng)的正常功能。
評論區(qū)有網(wǎng)友指出，動態(tài)庫最大的弊端是跨Linux發(fā)行版部署的時候，常因為依賴的動態(tài)庫版本在不同Linux上實際安裝的是不同版本，兩個版本的動態(tài)庫未保持向低版本兼容，導致主程序找不到合適的依賴庫版本而無法運行。
下面介紹針對這個問題的3種解法（實際本質(zhì)上是2種：被動、主動）
思路1：由shell腳本幫助載入合適的動態(tài)庫：
通過局部環(huán)境變量設置 LD_LIBRARY_PATH 和 PRE_LOAD，讓軟件優(yōu)先使用受支持版本的動態(tài)庫。
LD_PRELOAD 環(huán)境變量用于指定在加載動態(tài)鏈接庫時優(yōu)先加載的庫文件。通過設置 LD_PRELOAD 環(huán)境變量，你可以在程序加載動態(tài)鏈接庫之前加載你自己的庫文件，從而實現(xiàn)對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 是你要加載的庫文件的路徑，最好是當前可執(zhí)行文件所在目錄下的動態(tài)庫文件，以方便管理；./my_dir/my_programe為你要運行的可執(zhí)行文件。
LD_PRELOAD 環(huán)境變量的使用需要謹慎，因為它可能會影響程序的正常運行，所以只建議在shell腳本內(nèi)部使用，通過腳本運行后只有你的my_program受這個環(huán)境變量加載的動態(tài)庫的影響：而且會優(yōu)先加載你指定的動態(tài)庫而不加載其他同名的動態(tài)庫，就避免了與系統(tǒng)自帶動態(tài)庫的沖突。
這種設置環(huán)境腳本的思路，在Tomcat和Pycharm的安裝方式和啟動方式中被采用。
!!! 提醒：
在使用 LD_PRELOAD 環(huán)境變量進行調(diào)試或修改程序行為時，建議在測試環(huán)境中進行，并確保對可能的影響有充分的了解，以免影響系統(tǒng)正常運行。
思路2：代碼編程實現(xiàn)本地主動加載動態(tài)庫文件，區(qū)別于思路1的被動加載方式：
下面是一段偽代碼，演示了由C代碼控制，在運行時才加載動態(tài)庫文件到進程中。一個好處是延遲了加載，而且由代碼負責檢測該動態(tài)庫是否提供了所需功能，若未提供，則卸載動態(tài)庫，再去加載其他動態(tài)庫：
#include <dll_function_headers.h>
// 定義加載動態(tài)庫的函數(shù)
void* load_library(const char* library_path, const char* symbol_name) {
// 打開動態(tài)庫
void* handle = dlopen(library_path, RTLD_LAZY);
if (handle == NULL) {
printf("dlopen() failed: %sn", dlerror());
return NULL;
}
// 查找符號
void* symbol_address = dlsym(handle, symbol_name);
if (symbol_address == NULL) {
printf("dlsym() failed: %sn", dlerror());
dlclose(handle);
return NULL;
}
// 返回符號地址
return symbol_address;
}
// 定義使用動態(tài)庫符號的函數(shù)
int use_symbol(void* symbol_address) {
// 定義符號的函數(shù)指針類型
typedef int (*symbol_func_t)(void);
symbol_func_t symbol_func = (symbol_func_t)symbol_address;
// 調(diào)用符號對應的函數(shù)
int result = symbol_func();
return result;
}
int main() {
// 假設動態(tài)庫路徑為 /path/to/library.so，符號名稱為 symbol
const char* library_path = "/path/to/library.so";
const char* symbol_name = "symbol";
// 加載動態(tài)庫
void* symbol_address = load_library(library_path, symbol_name);
if (symbol_address == NULL) {
printf("加載動態(tài)庫失敗n");
return 1;
}
// 使用符號
int result = use_symbol(symbol_address);
if (result != 0) {
printf("符號調(diào)用失敗n");
return 1;
}
// 關閉動態(tài)庫
dlclose(handle);
return 0;
}
但這種方式?jīng)]有解決所有本地動態(tài)庫都無法支持當前Linux系統(tǒng)的特殊場景。
思路3：代碼編程實現(xiàn)從網(wǎng)絡主動加載動態(tài)庫文件，區(qū)別于思路2的方式：
這種方式仍然由本地軟件負責加載。但加載的來源改為從服務端API交互，將本地系統(tǒng)的版本信息告訴服務端，由服務端的數(shù)據(jù)中心提供能匹配本地Linux的動態(tài)庫文件，由本地軟件將服務端告知的動態(tài)庫文件，下載到本地。然后加載運行。
由于配備了后臺服務，且對各種需要兼容的Linux系統(tǒng)做了測試，準備了匹配的動態(tài)庫下載使用，所以軟件安裝包可以很小。這種方式其實也是很多軟件采用的軟件自身新版本的更新機制。
缺點是需要網(wǎng)絡，開發(fā)階段需要做多種Linux系統(tǒng)的動態(tài)庫兼容性測試，在服務端需要維護匹配的動態(tài)庫文件與信息。
適合于達到一定使用規(guī)模的軟件采用。
