小心两个共享库共用同一个静态库

小心两个共享库共用同一个静态库.pdf

注：以下内容仅针对Linux/GCC环境，不涵盖Windows，包括Cygwin环境。

下载测试代码：x.zip（和帖子的略不同，x.zip包中的全局变量是个类对象，带有构造和析构函数）
推荐阅读：http://blog.chinaunix.net/uid-20682147-id-351108.html（Linux上制作可执行的共享库示例）

问1：如果测试中的全局变量global_var是个带构造和析构的类对象，会如何？（答案在最后）
问2：如果使用-fPIE替代-fPIC编译链接，会是什么结果了？

位置无关代码（PIC）对常量和函数入口地址的操作都是采用基于基寄存器（base register）BASE+ 偏移量的相对地址的寻址方式，即使程序被装载到内存中的不同地址（即 BASE值不同），而偏移量是不变的，所以程序仍然可以找到正确的入口地址或者常量。

为何要小心？原因是在使用dlopen动态加载共享库时，如果静态库中包含有全局变量，可能会出现名同地址不同的全局变量。
解决办法：总是使用RTLD_GLOBAL加载共享库，而不是RTLD_LOCAL。以下是测试程序：

Makefile

# test shared libraries use static a same static library
# the global variables defined at static library have the same address

all: x libshared_lib1.so libshared_lib2.so
x: x.cpp #libstatic_lib.a #libshared_lib1.so #libshared_lib2.so
g++ -g -o $@ $^ -ldl

libstatic_lib.a: static_lib.h static_lib.cpp
g++ -g -fPIC -c static_lib.cpp -I.
ar cr $@ static_lib.o

libshared_lib1.so: shared_lib1.cpp libstatic_lib.a
g++ -g -fPIC -shared -o $@ $^ -I.

libshared_lib2.so: shared_lib2.cpp libstatic_lib.a
g++ -g -fPIC -shared -o $@ $^ -I.

clean:
rm -f static_lib.o libstatic_lib.a
rm -f shared_lib1.o libshared_lib1.so
rm -f shared_lib2.o libshared_lib2.so
rm -f x

测试程序x.cpp

#include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

extern void call_foo(const char* name, int load_flag);
int main()
{
        int flag = RTLD_GLOBAL|RTLD_NOW;  // 如果是RTLD_GLOBAL则静态库中定义的全局变量在共享库中名同地址也同
        //int flag = RTLD_LOCAL|RTLD_NOW;  // 如果是RTLD_LOCAL则静态库中定义的全局变量在共享库中名同地址不同

        call_foo("./libshared_lib1.so", flag);
        call_foo("./libshared_lib2.so", flag);

        return 0;
}

// RTLD_NOW
// RTLD_LAZY
// RTLD_GLOBAL
// RTLD_LOCAL
void call_foo(const char* name, int load_flag)
{
        char *error;
        void (*foo)();

        void* handle = dlopen(name, load_flag);
        if (NULL == handle)
        {
                fprintf (stderr, "%s\n", dlerror());
                exit(1);
        }

        dlerror(); /* Clear any existing error */
        *(void **) (&foo) = dlsym(handle, "foo");
        if ((error = dlerror()) != NULL)
        {
                fprintf (stderr, "%s\n", error);
                exit(1);
        }

        (*foo)();
}

静态库头文件static_lib.h

extern int global_var;

静态库实现文件static_lib.cpp

#include <stdio.h>
int global_var = 2013;

第1个共享库实现文件shared_lib1.cpp 

#include "static_lib.h"
#include <stdio.h>

extern "C" void foo()
{
        global_var = 1111;
        printf("%p 1-> %d\n", &global_var, global_var);
}

第2个共享库实现文件shared_lib2.cpp

#include "static_lib.h"
#include <stdio.h>

extern "C" void foo()
{
        printf("%p 2-> %d\n", &global_var, global_var);
}

测试环境：
x86_64 x86_64 GNU/Linux 2.6.16

附：
1）如果你想覆盖系统调用，可以使用LD_PRELOAD或/etc/ld.so.preload，也可进一步了解RTLD_NEXT；
2）静态库顺序关系：假设X.a依赖Z.a，则顺序为X.a Z.a，亦即被依赖的排在后面，否则链接时会报某些符号找不到（详细请参见：链接静态库的顺序问题）。

答：结果是即使以RTLD_GLOBAL方式加载，都会出现两次构造和析构调用，如果是RTLD_GLOBAL方式，地址仍然相同，也就是同一个对象执行了两次构造和析构，后果当然是非常危险。运行测试代码x.zip即可得到验证。



段表（Section Table） 一个描述文件中各个段的数组
.code/.text 代码段
.data 段保存的是那些已经初始化了的全局静态变量和局部静态变量
.rodata/.rodata1 段存放的是只读数据，一般是程序里面的只读变量（如const修饰的变量）和字符串常量
.bss 段存放的是未初始化的全局变量和局部静态变量
.plt/.got 段动态链接的跳转表和全局入口表
.symtab 符号表（Symbol Table）
.strtab 字符串表（String Table），用于存储ELF文件中用到的各种字符串
.init/.fini 程序初始化与终结代码段
.note 额外的编译器信息。比如程序的公司名、发布版本号等
.line 调试时的行号表，即源代码行号与编译后指令的对应表
.hash 符号哈希表
.dynamic 动态链接信息
.debug 调试信息
.comment 存放的是编译器版本信息，比如字符串：”GCC: (GNU) 4.2.0”
自定义段 GCC提供了一个扩展机制，使得程序员可以指定变量所处的段：
1.__attribute__((section("FOO"))) int global = 42;
2.__attribute__((section("BAR"))) void foo()
{
}
在全局变量或函数之前加上"__attribute__((section("name")))"属性就可以把相应的变量或函数放到以"name"作为段名的段中。

• 如果被依赖的不是静态库，而是共享库，则无论何种方式都不存在问题
• 为何即使RTLD_GLOBAL加载，也会执行两次构造和析构？原因是两个共享库存在相同的代码段，如果被依赖的是共享库，则不存在这个问题

-Wl的使用

-Wl表示后面的参数传递给链接器，其中l是linker的意思。

链接时指定共享库的搜索路径（类似于设置LD_LIBRARY_PATH）：
-Wl,-rpath=/usr/local/abc:/data/abc
以上也可以分开写：
-Wl,-rpath=/usr/local/abc -Wl,-rpath=/data/abc

部分库链接它的静态库，部分库链接它的共享库：
-Wl,-static -lb -Wl,-call_shared -la -lz

指定链接器：
-Wl,-dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -e _so_start

指定导出的符号：
-Wl,--export-dynamic,--version-script,exports.lds

exports.lds的格式可以为：
{
global:
foo;
};

指定共享库的soname：
-Wl,--export-dynamic,--version-script,exports.lds,-soname=libqhttpd.so


-rpath 增加共享库搜索路径
--retain-symbols-file表示不丢弃未定义的符号和需要重定位的符号
--export-dynamic 创建一个动态连接的可执行程序时, 把所有的符号加到动态符号表中