動態庫最佳化——Prelink（預串連）技術(頂嵌開源)

 

Prelink
是
Red Hat
開發人員
Jakub Jelinek
所設計的工具，正如其名字所示，
Prelink
利用事先連結代替運行時連結的方法來加速共用庫的載入，它不僅可以加快起動速度，還可以減少部分記憶體開銷，是各種
Linux

架構上用於減少程式載入時間、縮短系統啟動時間和加快應用程式啟動的很受歡迎的一個工具。

我們在上一章中詳細介紹了動態連結和載入的過程，這種運行時的動態連結尤其是重定位
(relocation)
的開銷對於大型系統來說是很大的。相比之下，早期
UNIX
下的
a.out
格式的老式連結方法在速度和佔用記憶體方面有明顯的優勢（但不如
ELF
格式更靈活，能方便的構建動態共用程式庫）。
Prelink
工具是試圖在保持一部分靈活性的基礎上，借鑒
a.out
格式在速度和佔用記憶體方面的優點，對
ELF
檔案進行一些改進。

事實上，
Prelink
工具的原理主要基於這樣一個事實：動態連結和載入的過程開銷很大，並且在大多數的系統上
,
函數庫並不會常常被更動
,
每次程式被執行時所進行的連結動作都是完全相同的，對於嵌入式系統來說尤其如此。因此，這一過程可以改在運行時之前就可以預先處理好，即花一些時間利用
Prelink
工具對動態共用程式庫和可執行檔進行處理，修改這些二進位檔案並加入相應的重定位等資訊，節約了本來在程式啟動時的比較耗時的查詢函數地址等工作，這樣可以減少程式啟動的時間，同時也減少了記憶體的耗用。

Prelink
的這種做法當然也有代價：我們每次更新動態共用程式庫時，相關的可執行檔都需要重新執行一遍
Prelink
才能保證有效，因為新的共用庫中的符號資訊、地址等很可能與原來的已經不同了。這種代價對於嵌入式系統的開發人員來說可能稍微帶來一些複雜度，不過好在對使用者來說幾乎是可以忽略的。

更多有關
Prelink
的具體做法和細節讀者可以參考
Prelink
的開發人員
Jakub Jelinek
的專文介紹：
http://people.redhat.com/jakub/prelink/prelink.pdf


。

很多
Linux

的發行版上已經預裝了或者已經使用了
Prelink
工具，不過我們需要專門的針對嵌入式體系，比如
ARM



的版本，這樣我們需要到
Red Hat
的網站下載原始碼並重新編譯。是：
http://people.redhat.com/jakub/prelink/

編譯時間主要是
configure
時設定
--host
參數，注意它是一個用於主機而不是開發板上的工具，不要用
arm-linux-gcc
編譯它，如下所示：

# ./configure --prefix=/opt/tools/arm/prelink --host=arm-linux # make # make install

Prelink
工具的使用非常簡單，對一個系統來說可能要花幾分鐘或者十幾分鐘。一般來說我們不用在命令列中直接指定
ELF
檔案的方式，而是將需要
Prelink
的檔案寫到設定檔
/etc/prelink.conf
中，然後使用下面的命令即可：

# prelink -avmR

如果你要取消已經做了的
Prelink
也非常簡單，運行：

# prelink -au

Prelink
常用的選項含義如下：

-a
對所有的檔案進行
Prelink
，包括
/etc/prelink.conf
檔案中指定目錄下的所有程式

-m
節省虛擬定址分配，在有許多程式需要串連時使用

-f
重新強制預串連已經串連的程式，主要用於更新串連資料時使用

-R
在給庫指定地址時，使用隨機地址，這有利於提高系統安全以防緩衝區溢位

-u
取消已做的預串連

下面是一份
/etc/prelink.conf
檔案的樣本：

# This config file contains a list of directories both with binaries     # and libraries prelink should consider by default.     # If a directory name is prefixed with `-l ', the directory hierarchy     # will be walked as long as filesystem boundaries are not crossed.     # If a directory name is prefixed with `-h ', symbolic links in a     # directory hierarchy are followed.     # Blacklist specification should be prefixed by -b # and optionally also -l or -h if needed.     -l /opt/lib      -l /opt/bin     -l /opt/qte/lib

其中以
”#”
開頭的行為注釋，正如注釋中所解釋的，下面列出的檔案目錄分別可以有
”-l”, “-h”
和
”-b”
開頭，
”-l”
和
“-h”
區分是否包括符號連線類型的目錄，
”-b”
指黑名單，即應該排除出去的部分。

你可能會在
Prelink
時遇到類似這樣的錯誤：
"Cannot prelink against non-PIC shared library" 
。
 
這是因為有些庫沒有使用
-fPIC gcc
選項編譯。
PIC
指
Postion Independent Code
，即位置無關代碼，是動態連結的一項技術，也是
Prelink
的前提條件。這種問題只需要用
-fPIC
重新編譯代碼就可以了。

根據筆者的經驗，如果你的嵌入式系統


中動態庫過多過慢是系統效能的瓶頸之一，推薦你試試
Prelink
的方法。在筆者工作的平台上，它是非常行之有效，讓大多數應用的啟動時間及系統啟動時間都有了顯著的提升。