Linux的ldconfig命令的代码原理:ldconfig如何从指定目录中查找动态库文件信息?

2023年 12月 27日 57.9k 0

ldconfig的代码中,search_dir()函数的关键内容[1]

这部分关键代码,负责查找指定目录的动态库文件,与系统已有的ld.so.cache的记录对比,如果有变化或系统缓存记录中不存在,则将当前动态库的信息加入到缓存信息链表。

/* Add library to list.  将动态库信息添加到链表*/
      struct dlib_entry *dlib_ptr;
      for (dlib_ptr = dlibs; dlib_ptr != NULL; dlib_ptr = dlib_ptr->next)
 {
   /* Is soname already in list?  检查SONAME记录在链表中是否已存在,避免同一个库重复添加多次*/
   if (strcmp (dlib_ptr->soname, soname) == 0)
     {
       /* Prefer a file to a link, otherwise check which one
   is newer.  
         SONAME的判定,以常规文件为优先来源,而不优先以链接文件作为SONAME的来源。
         */
       if ((!is_link && dlib_ptr->is_link)
    || (is_link == dlib_ptr->is_link
        && _dl_cache_libcmp (dlib_ptr->name, direntry->d_name) flag != flag)
      {
        if (dlib_ptr->flag == FLAG_ELF
     && (flag == FLAG_ELF_LIBC5 || flag == FLAG_ELF_LIBC6))
   dlib_ptr->flag = flag;
        else if ((dlib_ptr->flag == FLAG_ELF_LIBC5
    || dlib_ptr->flag == FLAG_ELF_LIBC6)
          && flag == FLAG_ELF)
   dlib_ptr->flag = flag;
        else
   error (0, 0, _("libraries %s and %s in directory %s have same soname but different type."),
          dlib_ptr->name, direntry->d_name,
          entry->path);
      }
    free (dlib_ptr->name);
    dlib_ptr->name = xstrdup (direntry->d_name);
    dlib_ptr->is_link = is_link;
    dlib_ptr->osversion = osversion;
    dlib_ptr->isa_level = isa_level;
  }
       /* Don t add this library, abort loop.  */
       /* Also free soname, since it s dynamically allocated.  */
       free (soname);
       break;
     }
 }
      /* Add the library if it s not already in.  
        如果该动态库没在缓存列表中,则添加到链表记录中。
        这里看到,动态库的信息分为name、SONAME、flag、是否为链接、os版本、isa_level这几个方面
      */
      if (dlib_ptr == NULL)
 {
   dlib_ptr = (struct dlib_entry *)xmalloc (sizeof (struct dlib_entry));
   dlib_ptr->name = xstrdup (direntry->d_name);
   dlib_ptr->soname = soname;
   dlib_ptr->flag = flag;
   dlib_ptr->is_link = is_link;
   dlib_ptr->osversion = osversion;
   dlib_ptr->isa_level = isa_level;
   /* Add at head of list.  */
   dlib_ptr->next = dlibs;
   dlibs = dlib_ptr;
 }
    }

继续处理,下面代码仍然是 search_dir()函数的代码,用于核对得到的缓存信息列表的文件,把那些指向软链接的软链接文件,判断为多余的记录(节点),给予剔除。

ldconfig的帮助文档[2]说,/etc/ld.so.cache 文件的内容是有序列表,记录了/etc/ld.so.conf配置文件(及/etc/ld.so.conf.d/*.conf 这些子配置文件)中指定的目录,这些所有目录下的动态库文件的有效信息。除了这些目录,还包含了 通过命令行指定的目录、以及系统必要的目录 /lib、 /lib64 中的动态库文件信息。

/* Now dlibs contains a list of all libs - add those to the cache
     and created all symbolic links.  
     dlibs 包含了指定目录下查找到的所有动态库信息。将用于添加到缓存,并创建软链接(SONAME 文件)。
     */
  struct dlib_entry *dlib_ptr;
  for (dlib_ptr = dlibs; dlib_ptr != NULL; dlib_ptr = dlib_ptr->next)
    {
      /* The cached file name is the soname for non-glibc-hwcaps
  subdirectories (relying on symbolic links; this helps with
  library updates that change the file name), and the actual
  file for glibc-hwcaps subdirectories.  
     /etc/ld.so.cache 文件的
     */
      const char *filename;
      if (entry->hwcaps == NULL)
 {
   /* Don t create links to links.  
      不创建指向链接文件的链接。
      */
   if (dlib_ptr->is_link == 0)
     create_links (dir_name, entry->path, dlib_ptr->name,
     dlib_ptr->soname);
   filename = dlib_ptr->soname;
 }
      else
 {
   /* Do not create links in glibc-hwcaps subdirectories, but
      still log the cache addition.  
         glibc 的 hwcaps 是2.33 版本开始引入的功能,
         支持hwcaps意味着除了常规编译的库之外,现在还可以使用来自最新 CPU 
         的扩展 cpu 指令集来安装库,glibc 将自动选择针对当前使用的
         cpu 优化的版本。ldconfig对于glibc-hwcaps子目录下的动态库,
         不会创建对应的SONAME,但仍会记录记录到/etc/ld.so.cache文件内。
         以被Linux在运行时按需使用。
         */
   if (opt_verbose)
     printf ("t%s -> %sn", dlib_ptr->soname, dlib_ptr->name);
   filename = dlib_ptr->name;
 }
      if (opt_build_cache)
 add_to_cache (entry->path, filename, dlib_ptr->soname,
        dlib_ptr->flag, dlib_ptr->osversion,
        dlib_ptr->isa_level, hwcap, entry->hwcaps);
    }

从上面代码出现的hwcaps相关的处理,在此补充一下关于glibc-hwcaps的作用说明 Hackweek 20: glibc-hwcaps in openSUSE[3];glibc-hwcaps 与AMD CPU的性能优化的关系[4],指出glibc-hwcaps 是基础设施的开始,以便能够更容易地根据硬件功能交付优化的库/共享对象。这是在库级别,用于提供插入式优化库,而不是 GCC 的 FMV(函数多版本控制)之类的库,后者在构建时试图提供优化的函数,然后在运行时根据 CPU 主机进行选择。

以上代码最后看到的 add_to_cache(……),的用法是这样的:

add_to_cache (entry->path, filename, dlib_ptr->soname,
        dlib_ptr->flag, dlib_ptr->osversion,
        dlib_ptr->isa_level, hwcap, entry->hwcaps);

从名称上看,就是把 找到的一个动态库的记录,添加到缓存数据结构(链表)中。这个是在for (dlib_ptr = dlibs; dlib_ptr != NULL; dlib_ptr = dlib_ptr->next) 的for 每次循环过程的最后执行的,也就是把有效的动态库信息添加到链表。

从上层看,概要的,ldconfig 生成缓存文件,有这样的大体流程:

main() {……
    search_dirs (void)//获取所有待查找的目录列表
    {
      struct dir_entry *entry;
      for (entry = dir_entries; entry != NULL; entry = entry->next)
        search_dir (entry); // 进入每个目录,查找动态库,并记录到链表中
      } 
    }
     if (opt_build_cache)//若命令行参数要求生成缓存文件
    {
      save_cache (cache_file); //保存最终的缓存结果数据到 指定的缓存文件
                               //不指定文件路径则默认是/etc/ld.so.cache 文件。
      if (aux_cache_file)// aux_cache_file是辅助缓存文件。
     save_aux_cache (aux_cache_file);
      }
}

看一看这个流程,就对ldconfig如何将最新从/etc/ld.so.conf文件读取的动态库目录下的所有动态库的缓存信息,生成为/etc/ld.so.cache缓存文件,有了整体的认识。

看完这些代码,说几点印象:

  • 这些代码考虑到很多方面,不是一次成型的,通过git提交记录,以及changelog文件,我们看到Linux动态库的版本格式从glib4/5/6 有发展演化。
  • glibc 的ldconfig的代码是C语言实现的,其生成的/etc/ld.so.cache缓存文件,对于Linux下的依赖动态库的可执行文件的正常运行,关系重大。所以为了优化,和确保软件更新后的稳定性,会有一套命名标准。比如SONAME的命名机制。对软链接是否有效的判断,以及对新动态库的软链接信息的更新。所以总体流程还是比较繁杂的。要考虑到的细节比较多。从git commit历史看,代码维护者的名称大部分是国外开发者。
  • ldconfig 的C语言风格有编码排版约定,可读性尚可。也做了模块拆分(如 ldconfig的功能,划分到了多个文件,如入口文件 ldconfig.c 、缓存的读写逻辑实现文件 cache.c 、SONAME文件辅助功能文件readlib.c 、 chroot功能文件 chroot_canon.c )
  • ldconfig 的代码存在的不足,也是很多C项目的问题,使用了很多全局变量,各个函数到处在直接操作全局变量。虽然功能上没问题,高手写的代码也不会有运行异常,但总感觉可读性和内聚程度降低了。如果是我来实现ldcnfig,我会在内聚性和代码注释方面做一些改进。减少全局静态变量的使用;改成main()内部的变量,且通过main向被调用的函数传参指针参数的方式传入待读写的变量。以此提高可读性。

  • 部分函数的单函数代码行数过长,比如search_dir(),还可以再拆分成多个函数。也是为了可读性能好一些。
  • 部分关键结构体的成员变量定义时,没有注释说明其作用。虽然通过看调用代码能知道,但这样的struct定义降低了可读性。

总之,通过本系列文章对Linux 的ldconfig命令的源码,从读动态缓存文件、打印库缓存信息、查找/etc/ld.so.conf 指定的目录的动态库信息等功能做了原理分析。希望对读者理解ldconfig的原理些许帮助。

参考资料:

  • [1]ldconfig的代码中,search_dir()函数的关键内容: https://sourceware.org/git?p=glibc.git;a=blob;f=elf/ldconfig.c;h=bccd386761d8cbb226bd3b02c17bf55cd552cee4;hb=HEAD#l702
  • [2]ldconfig的帮助文档: https://www.man7.org/linux/man-pages/man8/ldconfig.8.html
  • [3]Hackweek 20: glibc-hwcaps in openSUSE: https://antlarr.io/tag/glibc-hwcaps/
  • [4]glibc-hwcaps 与AMD CPU的性能优化的关系: https://www.phoronix.com/news/glibc-hwcaps-RFC

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