為 Linux 應(yīng)用程序編寫 DLL

joely.wu

為 Linux 應(yīng)用程序編寫 DLL
Allen Wilson
(
[email=wilsona@us.ibm.com?subject=%E4%B8%BA%20Linux%20%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E7%BC%96%E5%86%99%20DLL&cc=wilsona@us.ibm.com]wilsona@us.ibm.com[/email]
), 電子商務(wù)設(shè)計師, IBM
插件和 DLL 通常是用來無須編寫整個新應(yīng)用程序而添加功能的極好方法。在 Linux 中，插件和 DLL
是以動態(tài)庫形式實現(xiàn)的。電子商務(wù)顧問兼設(shè)計師 Allen Wilson
介紹了動態(tài)庫，并且向您演示了如何在某一個應(yīng)用程序正在運行之后使用動態(tài)庫來更改該應(yīng)用程序。
      
Internet 瀏覽器用戶非常熟悉插件的概念。從 Web
上下載插件，通常這些插件為瀏覽器的音頻、視頻以及特殊效果提供增強支持。一般來講，在不更改原有應(yīng)用程序的情況下，插件為現(xiàn)有應(yīng)用程序提供新功能。
      
DLL
是程序函數(shù)，它們在設(shè)計和構(gòu)建應(yīng)用程序時為該程序所知。設(shè)計應(yīng)用程序的主程序時使用程序框架或底板，這些程序框架或底板在運行時選擇性地裝入所需的
dll，這些 dll
位于磁盤上同主程序分離的一些文件中。這一打包和動態(tài)裝入提供了靈活的升級、維護、以及許可策略。
      
隨 Linux 一起交付的還有幾千條命令和應(yīng)用程序，它們至少都需要 libc
庫函數(shù)。如果 libc
函數(shù)與每一個應(yīng)用程序都打包在一起，那么磁盤上將會出現(xiàn)幾千個相同函數(shù)的副本。Linux
構(gòu)建這些應(yīng)用程序，以使用通常所需的系統(tǒng)庫的單個系統(tǒng)級副本，而不浪費磁盤空間。Linux
甚至做得更好，每個需要公共系統(tǒng)庫函數(shù)的進程使用單個的系統(tǒng)級內(nèi)的副本，一次性將該副本裝入到內(nèi)存并為各進程所共享。
      
在 Linux 中，插件和 dll
以動態(tài)庫形式實現(xiàn)。本文的余下部分是在應(yīng)用程序運行之后使用動態(tài)庫更改該應(yīng)用程序的示例。
      
Linux 動態(tài)鏈接
      
Linux
中的應(yīng)用程序以以下兩種方式之一鏈接到外部函數(shù)：要么在構(gòu)建時與靜態(tài)庫（
        
lib*.a ）
        靜態(tài)地鏈接，并且將庫代碼包含在該應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件里；要么在運行時與共享庫（
        
lib*.so ）
        動態(tài)地鏈接。通過動態(tài)鏈接裝入器，將動態(tài)庫映射進應(yīng)用程序的可執(zhí)行內(nèi)存中。在啟動應(yīng)用程序之前，動態(tài)鏈接裝入器將所需的共享目標庫映射到應(yīng)用程序的內(nèi)存，或者使用系統(tǒng)共享的目標并為應(yīng)用程序解析所需的外部引用�，F(xiàn)在應(yīng)用程序就可以運行了。
      
      
作為示例，下面有一個演示 Linux
中對動態(tài)鏈接庫的缺省使用的小程序：

      main()
{
   printf("Hello world
");
}

      
當使用 gcc 編譯 hello.c 時，就創(chuàng)建了一個名為
        a.out
的可執(zhí)行文件。通過使用 Linux 命令
        ldd
a.out （該命令打印出共享庫的相互依賴性），可以看出所需的共享庫是：
      

              libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x4001d000)
         /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

      
使用相同的動態(tài)鏈接裝入器在應(yīng)用程序運行之后將 dll
映射進應(yīng)用程序的內(nèi)存。通過使用 Linux
動態(tài)裝入器例程，應(yīng)用程序控制裝入哪一個動態(tài)庫以及調(diào)用庫中的哪一個函數(shù)，以執(zhí)行裝入和鏈接以及返回所需入口點的地址。
      




回頁首
Linux dll 函數(shù)
      
Linux 提供 4 個庫函數(shù)（
        dlopen ,
        dlerror ,
        dlsym 和
        dlclose ），一個 include
文件（
        dlfcn.h ）以及兩個共享庫（靜態(tài)庫
        libdl.a 和動態(tài)庫
        libdl.so ），以支持動態(tài)鏈接裝入器。這些庫函數(shù)是:
      
      

• 
            dlopen
  將共享目標文件打開并且映射到內(nèi)存中，并且返回句柄
          
• 
            dlsym返回一個指向被請求入口點的指針
          
• 
            dlerror 返回 NULL 或者一個指向描述最近錯誤的 ASCII
  字符串的指針
          
• 
            dlclose關(guān)閉句柄并且取消共享目標文件的映射
          

      
動態(tài)鏈接裝入器例程 dlopen
需要在文件系統(tǒng)中查找共享目標文件以打開文件并創(chuàng)建句柄。有 4
種方式用以指定文件的位置：
      

• 
  
            dlopen call 中的絕對文件路徑
          
• 在 LD_LIBRARY_PATH 環(huán)境變量中指定的目錄中
• 在 /etc/ld.so.cache 中指定的庫列表之中
• 先在 /usr/lib 之中，然后在 /lib 之中

      




回頁首
dll 示例：小的 C 程序和 dlTest
      
動態(tài)鏈接裝入器示例程序是一個小的 C 程序，該程序被設(shè)計用來練習 dl
例程。該程序基于每個人都編寫過的一個 C 程序，它將“Hello
World”打印到控制臺上。最初打印的消息是“HeLlO
WoRlD”。該測試程序鏈接到再次打印該消息的兩個函數(shù)上：第一次都用大寫字符，第二次都用小寫字符。
      
以下是該程序的概要：
      

定義 dll include 文件
          dlfcn.h 和所需的變量。
至少需要這些變量：
         

• 到共享庫文件的句柄
• 指向被映射函數(shù)入口點的指針
• 指向錯誤字符串的指針

        

打印初始消息，“HeLlO WoRlD”。

使用絕對路徑“/home/dlTest/UPPERCASE.so”和選項
RTLD_LAZY，
          dlopen 打開 UPPERCASE dll
的共享目標文件并返回句柄。
         

• 選項 RTLD_LAZY 推遲解析 dll 的外部引用，直到 dll 被執(zhí)行。
• 選項 RTLD_NOW 在
                dlopen
  返回之前解析所有的外部引用。
              

        

          dlsym 返回入口點 printUPPERCASE 的地址。
         
        

調(diào)用 printUPPERCASE 并且打印修改過的消息“HELLO WORLD”。

          dlclose 關(guān)閉到 UPPERCASE.so
的句柄，并且從內(nèi)存中取消 dll 映射。
         
        

          dlopen 使用基于環(huán)境變量 LD_LIBRARY_PATH
的相對路徑查找共享目標路徑，來打開 lowercase dll 的共享目標文件
lowercase.so，并且返回句柄。
         
        

          dlsym 返回入口點 printLowercase 的地址。
         
        

調(diào)用 printLowercase 并且打印修改過的信息“hello world”。

          dlclose 關(guān)閉到 lowercase.so
的句柄，并且從內(nèi)存中取消 dll 映射。
        
      
注意，每次調(diào)用
        dlopen 、
        dlsym 或
        dlclose 之后，調(diào)用
        dlerror
以獲取最后的錯誤信息，并且打印該錯誤信息字符串。以下是 dlTest
的測試運行：
      

         dlTest  2-Original message
HeLlO WoRlD
    dlTest  3-Open Library with absolute path return-(null)-
    dlTest  4-Find symbol printUPPERCASE return-(null)-
HELLO WORLD
    dlTest  5-printUPPERCASE return-(null)-
    dlTest  6-Close handle return-(null)-
    dlTest  7-Open Library with relative path return-(null)-
    dlTest  8-Find symbol printLowercase return-(null)-
hello world
    dlTest  9-printLowercase return-(null)-
    dlTest 10-Close handle return-(null)-

      
完整的 dlTest.c、UPPERCASE.c 和 lowercase.c
源代碼清單在本文后面的
        
清單
里。
      
      




回頁首
構(gòu)建 dlTest
      
啟用運行時動態(tài)鏈接需要三步：
      

將 dll 編譯為位置無關(guān)代碼

創(chuàng)建 dll 共享目標文件

編譯主程序并同 dl 庫相鏈接
      
編譯 UPPERCASE.c 和 lowercase.c 的 gcc 命令包含 -fpic 選項。選項
-fpic 和 -fPIC
導致生成的代碼是位置無關(guān)的，重建共享目標庫需要位置無關(guān)。-fPIC
選項產(chǎn)生位置無關(guān)的代碼，這類代碼支持大偏移。用于 UPPERCASE.o 和
lowercase.o 的第二個 gcc 命令，帶有 -shared
選項，該選項產(chǎn)生適合于動態(tài)鏈接的共享目標文件 a*.so。
      
用于編譯和執(zhí)行 dltest 的 ksh 腳本如下：

      #!/bin/ksh
#  Build shared library
#
#set -x
clear
#
#  Shared library for dlopen absolute path test
#
if [ -f UPPERCASE.o ]; then rm UPPERCASE.o
fi
gcc  -c -fpic UPPERCASE.c
if [ -f UPPERCASE.so ]; then rm UPPERCASE.so
fi
gcc -shared -lc  -o UPPERCASE.so  UPPERCASE.o
#
#  Shared library for dlopen relative path test
#
export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`
if [ -f lowercase.o ]; then rm lowercase.o
fi
gcc  -c -fpic lowercase.c
if [ -f lowercase.so ]; then rm lowercase.so
fi
gcc -shared -lc  -o lowercase.so  lowercase.o
#
#  Rebuild test program
#
if [ -f dlTest ]; then rm dlTest
fi
gcc -o dlTest dlTest.c -ldl
echo Current LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH
dlTest

      




回頁首
結(jié)束語
      
創(chuàng)建能在運行時被動態(tài)鏈接到 Linux
系統(tǒng)上的應(yīng)用程序的共享目標代碼是一項非常簡單的練習。應(yīng)用程序通過使用對動態(tài)鏈接裝入器的
dlopen、dlsym 和 dlclose
函數(shù)調(diào)用來獲取對共享目標文件的訪問。dlerror
以字符串的形式返回任何錯誤，這些錯誤信息字符串描述 dl
函數(shù)碰到的最后一個錯誤。在運行時，主應(yīng)用程序使用絕對路徑或相對于
LD_LIBRARY_PATH 的相對路徑找到共享目標庫，并且請求所需的 dll
入口點的地址。當需要時，也可對 dll
進行間接函數(shù)調(diào)用，最后，關(guān)閉到共享目標文件的句柄，并且從內(nèi)存中取消該目標文件映射，使之不可用。
      
使用附加選項 -fpic 或 -fPIC
編譯共享目標代碼，以產(chǎn)生位置無關(guān)的代碼，使用 -shared
選項將目標代碼放進共享目標庫中。
      
Linux
中的共享目標代碼庫和動態(tài)鏈接裝入器向應(yīng)用程序提供了額外的功能。減少了磁盤上和內(nèi)存里的可執(zhí)行文件的大小。可以在需要時，裝入可選的應(yīng)用程序功能，可以在無須重新構(gòu)建整個應(yīng)用程序的情況下修正缺陷，并且應(yīng)用程序可以包含第三方的插件。
      




回頁首
清單（應(yīng)用程序和 dll）
      
      
dlTest.c:

      
/*************************************************************/
/*     Test Linux Dynamic Function Loading              */
/*                                      */
/*     void       *dlopen(const char *filename, int flag)           */
/*          Opens dynamic library and return handle     */
/*                                      */
/*     const char *dlerror(void)                    */
/*          Returns string describing the last error.           */
/*                                      */
/*     void       *dlsym(void *handle, char *symbol)            */
/*          Return pointer to symbol's load point.          */
/*          If symbol is undefined, NULL is returned.           */
/*                                      */
/*     int        dlclose (void *handle)                    */
/*          Close the dynamic library handle.               */
/*                                      */
/*                                      */
/*                                      */
/*************************************************************/
#include
#include   

/*                              */
/* 1-dll include file and variables */
/*                              */
#include   
void  *FunctionLib;     /*  Handle to shared lib file   */
int   (*Function)();        /*  Pointer to loaded routine   */
const char *dlError;        /*  Pointer to error string     */
main( argc, argv )
{
  int   rc;             /*  return codes            */
  char HelloMessage[] = "HeLlO WoRlD\n";

/*                              */
/* 2-print the original message                 */
/*                              */
  printf("  dlTest  2-Original message \n");
  printf("%s", HelloMessage);
/*                                               */
/*  3-Open Dynamic Loadable Libary with absolute path      */
/*                                              */
  FunctionLib = dlopen("/home/dlTest/UPPERCASE.so",RTLD_LAZY);
  dlError = dlerror();
  printf("  dlTest  3-Open Library with absolute path return-%s- \n", dlError);
  if( dlError ) exit(1);
/*                              */
/* 4-Find the first loaded function */
/*                              */
  Function    = dlsym( FunctionLib, "printUPPERCASE");
  dlError = dlerror();
  printf("  dlTest  4-Find symbol printUPPERCASE return-%s- \n", dlError);
  if( dlError ) exit(1);
/*                              */
/* 5-Execute the first loaded function              */
/*                              */
  rc = (*Function)( HelloMessage );
  printf("  dlTest  5-printUPPERCASE return-%s- \n", dlError);
/*                              */
/* 6-Close the shared library handle                    */
/* Note:  after the dlclose, "printUPPERCASE" is not loaded     */
/*                              */
  rc = dlclose(FunctionLib);
  dlError = dlerror();
  printf("  dlTest  6-Close handle return-%s-\n",dlError);
  if( rc ) exit(1);
/*                              */
/*  7-Open Dynamic Loadable Libary using LD_LIBRARY path        */
/*                              */
  FunctionLib = dlopen("lowercase.so",RTLD_LAZY);
  dlError = dlerror();
  printf("  dlTest  7-Open Library with relative path return-%s- \n", dlError);
  if( dlError ) exit(1);
/*                              */
/* 8-Find the second loaded function                */
/*                              */
  Function    = dlsym( FunctionLib, "printLowercase");
  dlError = dlerror();
  printf("  dlTest  8-Find symbol printLowercase return-%s- \n", dlError);
  if( dlError ) exit(1);
/*                              */
/* 8-execute the second loaded function             */
/*                              */
  rc = (*Function)( HelloMessage );
  printf("  dlTest  9-printLowercase return-%s- \n", dlError);
/*                              */
/* 10-Close the shared library handle               */
/*                              */
  rc = dlclose(FunctionLib);
  dlError = dlerror();
  printf("  dlTest 10-Close handle return-%s-\n",dlError);
  if( rc ) exit(1);
  return(0);
}

      
      
UPPERCASE.c:

      /************************************************/
/*      Function to print input string as UPPER case.         */
/*      Returns 1.                                                            */
/*********************************************** */
int printUPPERCASE ( inLine )
char inLine[];
{
   char UPstring[256];
   char *inptr, *outptr;
   
   inptr = inLine;
   outptr = UPstring;
   while ( *inptr != '\0' )
      *outptr++ = toupper(*inptr++);
  *outptr++ = '\0';
   printf(UPstring);
   return(1);
}

      
      
lowercase.c

      /********************************************/
/*     Function to print input string as lower case.      */
/*     Returns 2.                                                      */
/******************************************* */
int printLowercase( inLine )
char inLine[];
{
   char lowstring[256];
   char *inptr, *outptr;
   inptr = inLine;
   outptr = lowstring;
   while ( *inptr != '' )
      *outptr++ = tolower(*inptr++);
  *outptr++ = '';
   printf(lowstring);
   return(2);
}

   
參考資料
      

• 您可以參閱本文在 developerWorks 全球站點上的
           
  英文原文
  .
          
  
• 下載
            IBM
  developer kit for Linux.
           
          
  
• 同樣在
            developerWorks上，請閱讀相關(guān)文章
            "shared
  objects for the object disoriented!".
           
          
  
• 在
            developerWorks上瀏覽
            更多 Linux
  參考資料。
           
          
  
• 在
            developerWorks上瀏覽
           
  更多開放源碼參考資料。
          
  

   
關(guān)于作者


Allen Wilson 在位于美國堪薩斯州奧斯汀的 IBM
任電子商務(wù)設(shè)計師兼顧問。他的專長領(lǐng)域包括 Linux、AIX、WebSphere
Application Server 和應(yīng)用程序托管。您可以通過
        
[email=wilsona@us.ibm.com?cc=wilsona@us.ibm.com]wilsona@us.ibm.com[/email]
同他聯(lián)系。
      
               
               
               

本文來自ChinaUnix博客，如果查看原文請點：http://blog.chinaunix.net/u2/76419/showart_1991129.html