Использование динамических библиотек

3.4 Использование динамических библиотек

В прошлый раз мы с Вами обнаружили, что запуск программ, скомпилированных вместе с динамическими библиотеками, вызывает ошибку:

olya:~# ./rezultdyn

./rezultdyn: error in loading shared libraries: libfsdyn.so: cannot open

shared object file: No such file or directoryolya:/#

Это сообщение выдает загрузчик динамических библиотек(динамический линковщик - dynamic linker), который в нашем случае не может обнаружить библиотеку libfsdyn.so. Для настройки динамического линковщика существует ряд программ.

Первая программа называется ldd. Она выдает на экран список динамических библиотек используемых в программе и их местоположение. В качестве параметра ей сообщается название обследуемой программы. Давайте попробуем использовать ее для нашей программы rezultdyn:

olya:~# ldd rezultdyn

libfsdyn.so => not found

libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40016000)

/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

olya:~#

Как видите все правильно. Программа использует три библиотеки:

libc.so.6 - стандартную библиотеку функций языка C++.

ld-linux.so.2 - библиотеку динамической линковки программ ELF формата.

libfsdyn.so - нашу динамическую библиотеку функций.

Нашу библиотеку она найти не может. И правильно! Динамический линковщик ищет библиотеки только в известных ему каталогах, а каталог нашей программы ему явно не известен.

Для того, чтобы добавить нашу директорию с библиотекой в список известных директорий надо подредактировать файл /etc/ld.so.conf. Например, у меня этот файл состоит из таких строк:

olya:~# cat /etc/ld.so.conf

/usr/X11R6/lib

/usr/i386-slackware-linux/lib

/usr/i386-slackware-linux-gnulibc1/lib

/usr/i386-slackware-linux-gnuaout/lib

olya:~#

Во всех этих директории хранятся всеми используемые библиотеки. В этом списке нет лишь одной директории - /lib, которая сама по себе не нуждается в описании, так как она является главной. Получается, что наша библиотека станет "заметной", если поместить ее в один их этих каталогов, либо отдельно описать в отдельном каталоге. Давайте для теста опишем, добавим строку в конец файла ld.so.conf:

/root

У меня этот файл находится в домашнем каталога пользователя root, у Вас он может быть в другом месте. Теперь после этого динамический линковщик будет знать где можно найти наш файл, но после изменения конфигурационного файла ld.so.conf необходимо, чтобы система перечитала настройки заново. Это делает программа ldconfig. Пробуем запустить нашу программу:

olya:~# ldconfig

olya:~# ./rezultdyn

f1() = 25

f2() = 10

olya:~#

Как видите все заработало. Если теперь удалить добавленную нами строку и снова запустите ldconfig, то данные о расположении нашей библиотеки исчезнут и будет появляться таже самая ошибка.

Но описанный метод влияет на всю систему в целом и требует доступа администратора системы, т.е. root. А если Вы простой пользователь без сверх возможностей ?!

Для такого случая есть другое безболезненное решение. Это использование специальной переменной среды LD_LIBRARY_PATH, в которой перечисляются все каталоги содержащие пользовательские динамические библиотеки. Для того, чтобы установить эту переменную в командной среде bash надо набрать всего несколько команд. Для начала посмотрим есть ли у нас такая переменная среды:

olya:~# echo $LD_LIBRARY_PATH

У меня в ответ выводится пустая строка, означающая, что такой переменной среды нет. Устанавливается она следующим образом:

olya:~# LD_LIBRARY_PATH=/root

olya:~# export LD_LIBRARY_PATH

После этого программа rezultdyn будет прекрасно работать. В случае, если в системе эта переменная среды уже уставновлена, то, чтобы не испортить ее значение, надо новый каталог прибавить к старому значению. Делается это другой командой:

olya:~# LD_LIBRARY_PATH=/root:${LD_LIBRARY_PATH}

olya:~# export LD_LIBRARY_PATH

Если обнулить эту переменную, то снова библиотека перестанет работать:

olya:~# LD_LIBRARY_PATH=""

olya:~# export LD_LIBRARY_PATH

olya:~# ./rezultdyn

./rezultdyn: error in loading shared libraries: libfsdyn.so: cannot open

shared object file: No such file or directory

olya:~#

Также параллельно можно зайти в систему под другим пользователем или даже тем же самым, но если просмотреть значение LD_LIBRARY_PATH, то увидим ее прежнее значение. Это означает, что два разных пользователя Linux не могут влиять на работу друг друга, а это и есть самое главное хорошее отличие систем Unix от большинства других систем.

 

4 Создание динамических библиотек

4.1 Функции работы с динамическими библиотеками

Оказывается, что использовать динамические библиотеки можно не только в начале загрузки, но и в процессе самой работы программы. Программа сама может вызывать любые функции из библиотеки, когда ей захочется. Для этого всего-лишь надо использовать библиотеку dl, которая позволяет линковать библиотеки "на лету". Она управляет загрузкой динамических библиотек, вызовом функций из них и выгрузкой после конца работы.

Для использования функций программной работы с динамическими библиотеками необходимо подключить заголовочный файл:

#include <dlfcn.h>

Чтобы вызывать какие-то функции из динамической библиотеки сначала надо открыть эту библиотеку (можно сказать "загрузить"). Открывается она функцией:

void *dlopen (const char *filename, int flag);

Параметр filename содержит путь до требуемой библиотеки, а параметр flag задает некоторые специфические флаги для работы. Функция возвращает указатель на загруженную библиотеку. В случае любой ошибки возвращается указатель NULL. В таком случае тест ошибки понятный человеку можно получить с помощью функции dlerror(). Пока мы не будем задумываться над этим, и я приведу стандартный код для открытия библиотеки:

void *library_handler;

//......

//загрузка библиотеки

library_handler = dlopen("/path/to/the/library.so",RTLD_LAZY);

if (!library_handler){

//если ошибка, то вывести ее на экран

fprintf(stderr,"dlopen() error: %s\n", dlerror());

exit(1); // в случае ошибки можно, например, закончить работу программы

};

После этого можно работать с библиотекой. А работа эта заключается в получении адреса требуемой функции из библиотеки. Получить адрес функции или переменной можно по ее имени с помощью функции:

void *dlsym(void *handle, char *symbol);

Для этой функции требуется адрес загруженной библиотеки handle, полученный при открытии функцией dlopen(). Требуемая функция или переменная задается своим именем в переменной symbol.

Закрывается библиотека функцией:

dlclose(void *handle);

При закрытии библиотеки динамический линковщик проверяет счетчик количества открытий библиотеки, и если она была открыта несколькими программами одновременно, то она не выгружается до тех пор, пока все программы не закроют эту библиотеку.

Для примера создадим программу, которая в качестве параметра получает название функции, которую она будет использовать в работе. Например, это будут математические функции возведения в степень. Создадим сначала динамическую библиотеку. Пишем ее код:

double power2(double x){

return x*x;

};

double power3(double x){

return x*x*x;

};

double power4(double x){

return power2(x)*power2(x);

};

//......

Сохраняем его в файл lib.c и создаем динамическую библиотеку libpowers.so следующими командами:

olya:~# gcc -fPIC -c lib.c

olya:~# gcc -shared lib.o -o libpowers.so

Теперь создаем основную программу в файле main.c:

#include <stdio.h>

/* заголовочный файл для работы с динамическими библиотеками */

#include <dlfcn.h>

int main(int argc, char* argv[]){

void *ext_library;// хандлер внешней библиотеки

double value=0;// значение для теста

double (*powerfunc)(double x);// переменная для хранения адреса функции

//загрузка библиотеки

ext_library = dlopen("/root/libpowers.so",RTLD_LAZY);

if (!ext_library){

//если ошибка, то вывести ее на экран

fprintf(stderr,"dlopen() error: %s\n", dlerror());

return 1;

};

//загружаем из библиотеки требуемую процедуру

powerfunc = dlsym(ext_library, argv[1]);

value=3.0;

//выводим результат работы процедуры

printf("%s(%f) = %f\n",argv[1],value,(*powerfunc)(value));

//закрываем библиотеку

dlclose(ext_library);

};

Код главной программы готов. Требуется его откомпилировать с использованием библиотеки dl:

olya:~# gcc main.c -o main -ldl

Получим программный файл main, который можно тестировать. Наша программа должна возводить значение 3.0 в требуемую нами степень, которая задается названием функции. Давайте попробуем:

olya:~# ./main power2

power2(3.000000) = 9.000000

olya:~# ./main power3

power3(3.000000) = 27.000000

olya:~# ./main power4

power4(3.000000) = 81.000000

olya:~#

Мы используем функции, зная лишь их название. Представьте открывающиеся возможности для программ, на основе этого метода можно создавать плагины для программ, модернизировать какие-то части, добавлять новые возможности и многое другое.