linux共享库版本控制及使用

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-08-28 15:53 254阅读 0赞

## 1. Linux约定 ##

经常看到`Linux`中，共享库的名字后面跟了一串数字，比如：`libperl.so.5.18.2`。其实就是版本号，作用是为了更加方便的管理动态库，比如升级。往往系统中存在一个库的多个版本，那么`Linux` 系统如何控制多个版本的问题？`Window`之前没有处理好，为此专门有个名词来形容这个问题：`“Dll hell”`，其严重影响软件的升级和维护。`“Dll hell”`是指`windows`上动态库的新版本覆盖了旧版本，但是却不兼容老版本，所以程序升级之后，动态库更新导致程序运行不起来。在`Linux`操作系统下也有同样的问题，那么它是怎么解决的呢？

`Linux`引入了一套机制，如果遵守这个机制就可以避免这个问题。 但是这只事一个约定，不是强制的。通常建议用户遵守这个约定，否则也会出现Linux版的`“Dll hell”`问题。 下面来介绍一个这个机制。 这个机制是通过文件名，来控制动态库`（shared library）`的版本。

Linux上的shared library有三个名字，分别是：

**1、共享库本身的文件名（real name)**

其通常包含完整的版本号，比如：`libmath.so.1.1.1234` 。`lib`是`Linux`库的约定前缀，`math`是共享库名字，`so`是共享库的后缀名，`1.1.1234`的是共享库的版本号，由主版本号+小版本号+build号组成。主版本号，代表当前动态库的版本，如果共享库的接口发生变化，那么这个版本号就要加1；后面的两个版本号（小版本号和 build号）是用来指示库的更新迭代号，表示在接口没有改变的情况下，由于需求发生变化等因素，开发的新代码。

**2、共享库的soname（Short for shared object name）**

用来告诉应用程序，在加载共享库的时候，应该使用的文件名。其格式为`lib + math + .so + (major version number)`  
其只包含主版本号，换句话说，也就是只要共享库的接口没有变，soname就能与real name保持一致，因为主版本号一样。所以在库的`real name`的小版本号和 `build`号发生改变时，应用程序仍然可以通过`soname`得知，要使用的是哪个`real name`。不明白？等会给个例子来说明。

**3、共享库的链接名（link name）**

是专门为应用程序在编译时的链接阶段而用的名字。这个名字就是`lib + math +.so` ,比如`libmath.so`。其是不带任何版本信息的。在共享库的编译过程中，编译器将生成一个共享库及`real name`，同时将共享库的`soname`写在共享库文件里的文件头里面。可以用以下命令来进行查看！

readelf -d sharelibrary | grep soname

在应用程序引用共享库时，链接选项里面用的是共享库的`link name`。通过`link`名字找到对应的`real name`动态库，并且把其中的`soname`提取出来，写在应用程序自己的文件头的共享库字段里面。当应用程序运行时，就会通过`soname`，结合动态链接程序`（ld.so）`，在给定的路径下加载`real name`的共享库。

## 2.使用示例 ##

这里我们写了一个简单的例子，包含了三个文件，分别是：

2.1 清单1 test.h

#ifndef _TEST_H_
     #define _TEST_H_
     void print_hello();
     #endif

2.2 清单2 test.c

#include <stdio.h>
    #include "test.h"
    void print_hello()
    {
        printf("this is a test for shared lib");
    }

2.3 清单3 main.c

#include <stdio.h>
    #include "test.h"
    int main()
    {
        print_hello();
        return 0;
    }

首先编译共享库：

gcc -fPIC -o test.o -c test.c
    gcc -shared -Wl,-soname,libtest.so.0 -o libtest.so.0.0.0 test.o

然后就生成了`libtest.so.0.0.0`,这就是库的`real name`。另外，链接选项里面的`-Wl`,`-soname,libtest.so.0`告诉编译器，库的`soname`是`libtest.so.0`,我们可以看到`real name`的头文件里面，已经包含了这样的信息：

readelf -d libtest.so.0.0.0 | grep soname
    0x0000000e (SONAME) Library soname: [libtest.so.0]

如果没有指定soname，库的头文件里面是没有这个字段的。 有了库以后，下一步是链接到应用程序里面，我们需要这样写：

gcc -c -o main.o main.c
    gcc -L. -o main main.o -ltest

但是会报错`“cannot find -ltest”`。这里因为，链接选项制定的是`link name`，而根据`linux`的规则，此目录下面并没有`libtest.so`文件，所以需要先生成`link name`文件。

ln -s libtest.so.0.0.0  libtest.so.0
    ln -s libtest.so.0 libtest.so

或者一步到位：

ln -s libtest.so.0.0.0 libtest.so

然后再进行应用程序的编译：`gcc -L. -o main main.o -ltest`。ok，生成了我们需要的main可执行程序。查看一下，其引用的共享库：

ldd main
         linux-gate.so.1 =>  (0xb76fb000)
         libtest.so.0 => not found
         libc.so.6 => /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6 (0xb752e000)
         /lib/ld-linux.so.2 (0xb76fc000)

没错，链接时，应用程序需要的库正是我们指定的`soname`，而不是`link name`或者`real name`。所以应用程序正是通过`soname`去寻找真正的`real name`库。这有什么好处吗？答案后面揭晓。另外，上面的输出中，我们发现，`libtest.so.0`是`not found`的状态。为什么呢？因为这个库的当前所在路径并不在链接程序`（ld.so)`的搜索路径之中，所以无法找到。如何解决？这篇文章就不多说了，这里提供几个方案：

**1、改变LD\_LIBRARY\_PATH**

export LD_LIBRARY_PATH=/home/bow/all/program/test/lib_version_test:$LD_LIBRARY_PATH

这里`/home/bow/all/program/test/lib_version_test`是共享库的路径。虽然改变`LD_LIBRARY_PATH`能达到目的，但是不推荐使用，因为这是一个全局的变量，其他应用程序可能受此影响，导致各种库的覆盖问题。如果要清楚这个全局变量，使用命令`unset LD_LIBRARY_PATH`

**2、用rpath**

在编译应用程序时，利用rpath指定加载路径。

gcc -L. -Wl,-rpath=/home/bow/all/program/test/lib_version_test -o test main.o -ltest

这样，虽然避免了各种路径找不到的问题，但是也失去了灵活性。因为库的路径被定死了。

**3、改变ld.so.conf**

将路径添加到此文件，然后使用`ldconfig`更新加载程序的`cache`。  
可以使用命令`ldconfig -p`查看当前所有库的`soname->real name`的对应关系信息

这里我们选择最后一种方式。

1 taoli5@taoli5:vim /etc/ld.so.conf
    2 ##添加路径到文件末：/home/bow/all/program/test/lib_version_test
    3 taoli5@taoli5:ldconfig
    4 taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
    5 this is a test for shared lib

**ldconfig需要注意的地方：**

1、往/lib和/usr/lib里面加东西，是不用修改/etc/ld.so.conf文件的，但是添加完后需要调用下ldconfig，不然添加的library会找不到。

2、如果添加的library不在/lib和/usr/lib里面的话，就需要修改/etc/ld.so.conf文件，往该文件追加library所在的路径，然后也需要重新调用下ldconfig命令。或者在/etc/ld.so.conf.d/下添加\*.conf的文件并追加library的路径，然后执行ldconfig。比如在安装MySQL的时候，其库文件/usr/local/mysql/lib，就需要追加到/etc/ld.so.conf文件中。

**最后说一下，应用程序在编译链接和运行加载时，库的搜索路径的先后顺序。**

1.  编译链接时，查找顺序
2.  /usr/local/lib /usr/lib 用-L指定的路径，按命令行里面的顺序依次查找

**运行加载时的顺序**

1.  可执行程序指定的的DT\_RPATH
2.  LD\_LIBRARY\_PATH.但是如果使用了setuid/setgid，由于安全因素，此路径将被忽略.
3.  可执行程序指定的的DT\_RUNPATH.但是如果使用了setuid/setgid，由于安全因素，此路径将被忽略
4.  /etc/ld/so/cache. 如果链接时指定了‘-z nodeflib’，此路径将被忽略.
5.  /lib. 如果链接时指定了‘-z nodeflib’，此路径将被忽略
6.  /usr/lib. 如果链接时指定了‘-z nodeflib’，此路径将被忽略

## 3.版本控制 ##

基于上面的例子，看看linux的这种约定，如何达到版本控制的目的。上面我们留下了一个问题：通过soname去寻找真正的real name库，这有什么好处？  
假设，我们现在对上面的test共享库进行升级，有2中情况：

*  修改了原来的接口
 *  增加了新的接口

**(1) 修改了原来的接口**

我们修改test.c的代码，并修改原来的接口：

#include <stdio.h>
    #include "test.h"
    
    void print_hello()
    {
        printf("this is a test for shared lib");
        printf("this is a new building version");
    }

然后我们重新编译生成共享库，并且定义为新的`building`版本：

gcc -fPIC -o test.o -c test.c
    gcc -shared -Wl,-soname,libtest.so.0 -o libtest.so.0.0.1 test.o

注意，按照约定，由于新的版本只是修改了接口，可以兼容之前的版本，所以`soname`并不需要改变。生成新的`real name`库以后，我们只需要执行`ldconfig`，即可自动更新`soname`到新`real name`库的软链接。

1.  之前的链接

taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ll
    total 44
    drwxrwxr-x  2 bow bow 4096  6月 28 12:53 ./
    drwxrwxr-x 10 bow bow 4096  6月 27 21:21 ../
    lrwxrwxrwx  1 bow bow   12  6月 28 12:50 libtest.so -> libtest.so.0*
    lrwxrwxrwx  1 bow bow   16  6月 28 12:50 libtest.so.0 -> libtest.so.0.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow bow 6894  6月 28 12:42 libtest.so.0.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow bow 7287  6月 28 12:53 main*
    -rwxrwxr-x  1 bow bow   81  6月 27 23:16 main.c*
    -rw-rw-r--  1 bow bow  936  6月 28 12:46 main.o
    -rw-rw-r--  1 bow bow  104  6月 27 21:20 test.c
    -rw-rw-r--  1 bow bow   61  6月 27 21:19 test.h
    -rw-rw-r--  1 bow bow 1344  6月 28 12:39 test.o

1.  ldconfig更新之后

taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ll
    total 52
    drwxrwxr-x  2 bow  bow  4096  6月 28 15:07 ./
    drwxrwxr-x 10 bow  bow  4096  6月 27 21:21 ../
    lrwxrwxrwx  1 bow  bow    12  6月 28 12:50 libtest.so -> libtest.so.0*
    lrwxrwxrwx  1 root root   16  6月 28 15:07 libtest.so.0 -> libtest.so.0.0.1*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6894  6月 28 12:42 libtest.so.0.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6894  6月 28 15:06 libtest.so.0.0.1*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  7287  6月 28 12:53 main*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow    81  6月 27 23:16 main.c*
    -rw-rw-r--  1 bow  bow   936  6月 28 12:46 main.o
    -rw-rw-r--  1 bow  bow   104  6月 27 21:20 test.c
    -rw-rw-r--  1 bow  bow    61  6月 27 21:19 test.h
    -rw-rw-r--  1 bow  bow  1344  6月 28 12:39 test.o

看到没有，`soname`自动更新到了新版本的共享库。所以之前的应用程序`main`会使用新的共享库

taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
    this is a test for shared libthis is a new building version

**(2) 增加了新的接口**

我们修改test.c的代码，并增加接口：

*  test.h

#ifndef _TEST_H_
    #define _TEST_H_
    void print_hello();
    void print_hello2();
    #endif

*  test.c

#include <stdio.h>
    #include "test.h"
    
    void print_hello()
    {
        printf("this is a test for shared lib");
        printf("this is a new release version");
    }
    
    void print_hello2()
    {
        printf("this is a new release version");
    }

然后编译，根据约定，`real name`的主版本号需要更新。

gcc -fPIC -o test.o -c test.c
     gcc -shared -Wl,-soname,libtest.so.1 -o libtest.so.1.0.0 test.o

这时，就会生成新的共享库`libtest.so.1.0.0`，然后`ldconfig`更新软链接和`cache`。

total 60
    drwxrwxr-x  2 bow  bow  4096  6月 28 15:15 ./
    drwxrwxr-x 10 bow  bow  4096  6月 27 21:21 ../
    lrwxrwxrwx  1 bow  bow    12  6月 28 12:50 libtest.so -> libtest.so.0*
    lrwxrwxrwx  1 root root   16  6月 28 15:07 libtest.so.0 -> libtest.so.0.0.1*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6894  6月 28 12:42 libtest.so.0.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6894  6月 28 15:06 libtest.so.0.0.1*
    lrwxrwxrwx  1 root root   16  6月 28 15:15 libtest.so.1 -> libtest.so.1.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6894  6月 28 15:15 libtest.so.1.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  7287  6月 28 12:53 main*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow    81  6月 27 23:16 main.c*
    -rw-rw-r--  1 bow  bow   936  6月 28 12:46 main.o
    -rw-rw-r--  1 bow  bow   104  6月 27 21:20 test.c
    -rw-rw-r--  1 bow  bow    61  6月 27 21:19 test.h
    -rw-rw-r--  1 bow  bow  1344  6月 28 12:39 test.o

1 taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
    2 this is a test for shared libthis is a new building version

这个时候，虽然我们更新了共享库，但是main还是会加载旧的共享库。这就保证了，即使共享库更新，以前的程序也能正常工作。 因为main里面的soname没变，而且soname对应的real name没变。 如果你想更新应用程序main，使其使用新的库，那么需要重新编译，让libtest.so的软链接指向libtest.so.1。

taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ln -sf libtest.so.1 libtest.so
    bow@bow-Aspire-4752:~/all/program/test/lib_version_test$ ll
    total 60
    drwxrwxr-x  2 bow  bow  4096  6月 28 15:32 ./
    drwxrwxr-x 10 bow  bow  4096  6月 27 21:21 ../
    lrwxrwxrwx  1 bow  bow    12  6月 28 15:32 libtest.so -> libtest.so.1*
    lrwxrwxrwx  1 root root   16  6月 28 15:07 libtest.so.0 -> libtest.so.0.0.1*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6894  6月 28 12:42 libtest.so.0.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6894  6月 28 15:24 libtest.so.0.0.1*
    lrwxrwxrwx  1 root root   16  6月 28 15:15 libtest.so.1 -> libtest.so.1.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  6923  6月 28 15:25 libtest.so.1.0.0*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow  7287  6月 28 12:53 main*
    -rwxrwxr-x  1 bow  bow    81  6月 27 23:16 main.c*
    -rw-rw-r--  1 bow  bow   936  6月 28 12:46 main.o
    -rw-rw-r--  1 bow  bow   216  6月 28 15:25 test.c
    -rw-rw-r--  1 bow  bow    82  6月 28 15:25 test.h
    -rw-rw-r--  1 bow  bow  1516  6月 28 15:25 test.o
    taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ gcc -L. -o main main.o -ltest
    taoli5@taoli5:~/all/program/test/lib_version_test$ ./main
    this is a test for shared libthis is a new release version

ok。通过以上操作，linux下面的共享库的版本约定和控制，就很清楚了。当碰到一些譬如无法找到共享库或接口，或者引用的库  
发生变化的时候，看看应用程序到底时如何查找共享库的，已经在使用的是哪个版本的共享库，根据以上原则去分析，一定可以解决问题。  
一般通过这几个命令去分析：

*  nm

查看共享库暴露的接口

*  ldconfig

可以自动生成soname的链接接文件。并更新共享库的搜索cache，加速查找。  
example: ldconfig -p | grep libtest

*  readelf

可以查看动态库的信息，本身的soname。  
example: readelf -d libtest.so.0.0.0 | grep soname

*  ldd

可以查看应用程序或共享库依赖的库  
example: ldd main

*  objdump 与readelf 类似