Linux共用庫(so)動態載入和升級

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學習Linux共用庫動態載入緣於一個生產環境升級apache so檔案常見錯誤操作：apache在運行中直接cp覆蓋目標so檔案，一段時間後錯誤記錄檔裡面出現關鍵詞：Segmentation fault (段錯誤) ，一個個worker進程就這樣漸漸退出，最後無法處理HTTP請求。
首先瞭解一下共用庫的建立，源檔案test.c

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#include<stdio.h>#include<unistd.h> void test1(void){ printf("This is do test1\n"); sleep(10); printf("End of test1\n");} void test2(void){ printf("This is do test2\n"); sleep(10); printf("End of test2\n");}

執行gcc -fPIC -shared -o libtest.so test.c 會產生共用庫檔案 libtest.so
參數含義：
-fPIC/-fpic: Compiler directive to output position independent code, a characteristic required by shared libraries. 建立共用庫必須的參數
-shared: Produce a shared object which can then be linked with other objects to form an executable.

然後使用共用庫：源檔案main2.c

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#include <stdio.h> int main(){ test1(); test2(); return 0;}

動態庫連結：gcc -o main2 -L . -ltest main2.c 產生二進位程式main2
參數含義：
-L 指定動態庫目錄為目前的目錄
-l 指定動態庫名test，不要寫libtest.so

執行main2程式發現報錯：error while loading shared libraries: libtest.so: cannot open shared object file: No such file or directory
原因是共用庫不在系統預設的路徑裡面，可以在shell執行export LD_LIBRARY_PATH=./ 添加當前路徑或者在 /etc/ld.so.conf 增加路徑並ldconfig生效。
執行main2成功輸出：
This is do test1
End of test1
This is do test2
End of test2

接下來是主角：動態載入，源檔案main.c

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#include <stdio.h>#include <dlfcn.h> /* 必須加這個標頭檔 */ int main(){ void *lib_handle; void (*fn1)(void); void (*fn2)(void); char *error;  lib_handle = dlopen("libtest.so", RTLD_LAZY); if (!lib_handle) { fprintf(stderr, "%s\n", dlerror()); return 1; }  fn1 = dlsym(lib_handle, "test1"); if ((error = dlerror()) != NULL) { fprintf(stderr, "%s\n", error); return 1; }  fn1();  fn2 = dlsym(lib_handle, "test2"); if ((error = dlerror()) != NULL) { fprintf(stderr, "%s\n", error); return 1; }  fn2();  dlclose(lib_handle);  return 0;}

介面函數介紹:
(1) dlopen
函數原型：void *dlopen(const char *libname,int flag);
功能描述：dlopen必須在dlerror，dlsym和dlclose之前調用，表示要將庫裝載到記憶體，準備使用。
如果要裝載的庫依賴於其它庫，必須首先裝載依賴庫。如果dlopen操作失敗，返回NULL值；如果庫已經被裝載過，則dlopen會返回同樣的控制代碼。
參數中的libname一般是庫的全路徑，這樣dlopen會直接裝載該檔案；如果只是指定了庫名稱，在dlopen會按照下面的機制去搜尋：
a.根據環境變數LD_LIBRARY_PATH尋找
b.根據/etc/ld.so.cache尋找
c.尋找依次在/lib和/usr/lib目錄尋找。
flag參數表示處理未定義函數的方式，可以使用RTLD_LAZY或RTLD_NOW。RTLD_LAZY表示暫時不去處理未定義函數，先把庫裝載到內
存，等用到沒定義的函數再說；RTLD_NOW表示馬上檢查是否存在未定義的函數，若存在，則dlopen以失敗告終。

(2) dlerror
函數原型：char *dlerror(void);
功能描述：dlerror可以獲得最近一次dlopen,dlsym或dlclose操作的錯誤資訊，返回NULL表示無錯誤。dlerror在返回錯誤資訊的同時，也會清除錯誤資訊。

(3) dlsym
函數原型：void *dlsym(void *handle,const char *symbol);
功能描述：在dlopen之後，庫被裝載到記憶體。dlsym可以獲得指定函數(symbol)在記憶體中的位置(指標)。
如果找不到指定函數，則dlsym會返回NULL值。但判斷函數是否存在最好的方法是使用dlerror函數，

(4) dlclose
函數原型：int dlclose(void *);
功能描述：將已經裝載的庫控制代碼減一，如果控制代碼減至零，則該庫會被卸載。如果存在解構函式，則在dlclose之後，解構函式會被調用。

編譯gcc -o main main.c -ldl 產生二進位程式main，執行輸出
This is do test1
End of test1
This is do test2
End of test2

到這裡共用庫動態載入就介紹完了:)
最後類比一下升級so故障：
在執行main的時候，趁sleep期間cp 另外的so檔案覆蓋libtest.so，一會就出現Segmentation fault。
但是如果是mv 另外的so檔案覆蓋libtest.so，則無此問題，或者先rm libtest.so 再cp/mv 也不會有問題，因此升級方法就是這兩種，當然最好是先停應用再升級。至於原因，可以參考我前一篇部落格《Linux cp mv rm ln 命令對於 inode 和 dentry 的影響》。

12.5更新：
今天諮詢了維揚同學，可以用strace觀察程式運行期間的系統調用，發現有不少mmap操作：

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省略前面open("/root/so/libtest.so", O_RDONLY) = 3read(3, "\177ELF\1\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0\3\0\1\0\0\0\240\3\0\0004\0\0\0"..., 512) = 512brk(0) = 0x8227000brk(0x8248000) = 0x8248000fstat64(3, {st_dev=makedev(253, 0), st_ino=17559, st_mode=S_IFREG|0755, st_nlink=1, st_uid=0, st_gid=0, st_blksize=4096, st_blocks=16, st_size=4348, st_atime=2012/05/13-14:13:18, st_mtime=2012/05/13-14:13:01, st_ctime=2012/05/13-14:13:01}) = 0mmap2(NULL, 5772, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x6e6000mmap2(0x6e7000, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x6e7000close(3) = 0munmap(0xb7753000, 15020) = 0fstat64(1, {st_dev=makedev(0, 11), st_ino=3, st_mode=S_IFCHR|0620, st_nlink=1, st_uid=0, st_gid=5, st_blksize=1024, st_blocks=0, st_rdev=makedev(136, 0), st_atime=2012/05/13-14:56:03, st_mtime=2012/05/13-14:56:03, st_ctime=2012/05/13-14:53:31}) = 0mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7756000write(1, "This is do test1\n", 17) = 17rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0nanosleep({10, 0}, 0xbfd63fe4) = 0write(1, "End of test1\n", 13) = 13write(1, "This is do test2\n", 17) = 17rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0nanosleep({10, 0}, 0xbfd63fe4) = 0--- SIGSEGV (Segmentation fault) @ 0 (0) ---+++ killed by SIGSEGV +++

SIGSEGV訊號估計和mmap唯讀映射之後寫入（覆蓋）檔案有關？
詳見續篇《為何cp覆蓋進程的動態庫(so)會導致coredump》。

參考資料：

http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LibraryArchives-StaticAndDynamic.html

http://hi.baidu.com/luoxsbupt/item/a9d346b7653a2771254b09bc