linux so 中结构体改变对已有可执行程序运行的影响

最新推荐文章于 2025-03-19 13:07:54 发布

jinshixie

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分类专栏： linux c 文章标签： linux 动态库 c so结构体改变

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本文探讨了动态库升级对可执行程序的影响，特别是在不同版本动态库间切换时的兼容性问题。通过实验验证，分析了结构体字段变更对运行时的影响，并提出了预防措施。

正常情况：main-1版本依赖so-1版本编译和运行

异常情况：main-1版本依赖so-2版本编译和运行

分析

可执行程序依赖新版本so编译，但是运行时依赖老版本so

异常情况：main-2版本依赖so-1版本运行

分析

结论

研究的问题

问题分类

可执行程序及其依赖动态库升级问题，有以下几种可能：

可执行程序是依赖老版本动态库编译的，未升级，动态库升级
可执行程序是依赖新版本动态库编译的，已升级，但是运行环境动态库还是老版本的。
可执行程序是依赖新版本动态库编译的，已升级，运行环境动态库也已经升级

第3中情况制定是没有问题，但是1，2种情况是否有问题呢？而且看一些开源库经常能看到结构体定义中会预留几个字段，很是迷惑，如果之后需要添加结构体字段，直接在后续版本中添加不就可以了吗？为什么需要还没有使用就预留呢。

测试程序介绍

工程目录

src 源码目录

so 是动态库编译目录

install 是安装目录

动态库程序

dym.c

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

#ifdef __DYM_V_1__
int dym_dump(dym_t* d)
{
    if(!d) {
        return 0;
    }

    printf("dym = {id:%d;name:%s;att1:%d}\n", d->id, d->name, d->attr1);
    return 0;
}
#elif defined __DYM_V_2__
int dym_dump(dym_t* d)
{
    if(!d) {
        return 0;
    }

    printf("dym2 = {id:%d;name:%s;att1:%d;name2=%s;}\n", d->id, d->name, d->attr1, d->name2);
    return 0;
}
#endif

dym.h

#ifndef __DYM_H__
#define __DYM_H__

typedef struct dym_s
{
    int id;
    char name[256];
#ifdef __DYM_V_2__
    char name2[4];
#endif
    int attr1;
}dym_t;

int dym_dump(dym_t* d);
#endif

so-makefile

VER = 1
DYM_NAME = dym
OBJS = dym.o
LIB = lib$(DYM_NAME).so.$(VER)
LIB_LNS = lib$(DYM_NAME).so
DYM_V = __DYM_V_$(VER)__
CFLAG = -D$(DYM_V) -O0 -g3

all:$(LIB)
	@rm -f $(LIB_LNS)
	@ln -s $(LIB) $(LIB_LNS)
$(LIB):$(OBJS)
	gcc -shared -Wl,-soname,libdym.so -o $@ $^ 
%.o:%.c
	gcc $(CFLAG) -c -fPIC -o $@ $^
clean:
	@rm -f $(OBJS)
	@rm -f lib$(DYM_NAME).so*

install:
	@cp -d lib* ../../install/

主程序源码

main.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "so/dym.h"

int main(void)
{
    dym_t d1 = {123, "d1", 
#ifdef __DYM_V_2__
    "d1",
#endif
    1};
    dym_t d2;

    d2.id = 124;
    strcpy(d2.name, "d2");
#ifdef __DYM_V_2__
    strcpy(d2.name2, "d2");
#endif
    d2.attr1 = 2;

#ifdef __DYM_V_1__
    printf("main-d1 = {id:%d;name:%s;att1:%d}\n", d1.id, d1.name, d1.attr1);
    printf("main-d2 = {id:%d;name:%s;att1:%d}\n", d2.id, d2.name, d2.attr1);
#elif defined __DYM_V_2__
    printf("main-d1 = {id:%d;name:%s;att1:%d;name2=%s}\n", d1.id, d1.name, d1.attr1, d1.name2);
    printf("main-d2 = {id:%d;name:%s;att1:%d;name2=%s}\n", d2.id, d2.name, d2.attr1, d2.name2);
#endif

    dym_dump(&d1);
    dym_dump(&d2);
}

main-makefile

VER = 2
ELF_NAME = main
LINK = -L./so -ldym
OBJS = main.o
DYM_V = __DYM_V_$(VER)__
CFLAG = -D$(DYM_V) -O0 -g3

ALL:$(ELF_NAME)

$(ELF_NAME):$(OBJS)
	gcc  -o $@ $^ $(LINK)

%.o:%.c
	gcc $(CFLAG) -c $^ -o $@
clean:
	@rm $(OBJS) $(ELF_NAME)

install:
	@cp main ../install/

测试思路

1、so-makefile 和 main-makefile 通过设置ver参数改变编译的版本

2、通过main 和 so 版本不同，例如main-1版本依赖so-2版本运行，然后安装到install目录观察结果。

只升级so，可执行程序不升级

正常情况：main-1版本依赖so-1版本编译和运行

main-makefile 和 so-makefile 的VER变量都设置为1
在src/so 目录执行make clean;make;make install
在src 目录执行make clean;make;make install
在install 目录执行./main 结果如下：

 ./main
main-d1 = {id:123;name:d1;att1:1}
main-d2 = {id:124;name:d2;att1:2}
dym = {id:123;name:d1;att1:1}
dym = {id:124;name:d2;att1:2}

异常情况：main-1版本依赖so-2版本编译和运行

在“正常情况”基础上，把so-makefile VER修改为2
在src/so 目录执行make clean;make;make install
在install 目录执行./main 结果如下：

./main 
main-d1 = {id:123;name:d1;att1:1}
main-d2 = {id:124;name:d2;att1:2}
dym2 = {id:123;name:d1;att1:4195760;name2=;}
dym2 = {id:124;name:d2;att1:-1411195112;name2=;}

分析

由于main还是中是依赖dym_t-1版本编译的，所以dym_t结构体成员的访问，还是用dym_t-1版本成员地址访问的，所以main-d1和main-d2的访问还是正常的。
当main中调用dym_dump函数，传入的还是dym_t-1版本的地址结构（此处用gdb打印了一下，但main函数中dym_t的sizeof是264，dym_dump函数中打印是268），所以在dym_dump 中按dym_t-2版本访问dym_t-1版本长度的内存会出现问题。
其实在dym_dump中访问attr1的时候已经越界来，所以attr1是传入dym_dump函数dym-t-1版本268字节后的四个字节。
而name2现在使其访问的是main函数中attr1的地址，结果如下：

 > x/4xb d->name2
0x7fffffffead4: 0x01    0x00    0x00    0x00

可执行程序依赖新版本so编译，但是运行时依赖老版本so

异常情况：main-2版本依赖so-1版本运行

在“正常情况”基础上，把main-makefile和dym-makefile的VER变量修改为2
在src/so，执行make clean;make(不要执行make install)
在src目录执行main clean;make;make install;
在install目录运行./main

> ./main 
main-d1 = {id:123;name:d1;att1:1;name2=d1}
main-d2 = {id:124;name:d2;att1:2;name2=d2}
dym = {id:123;name:d1;att1:12644}
dym = {id:124;name:d2;att1:12900}

分析

由于main还是中是依赖dym_t-2版本编译的，所以dym_t结构体成员的访问，还是用dym_t-2版本成员地址访问的，所以main-d1和main-d2的访问还是正常的。
当调用dym_dump函数时，实际是把dym_t-2版本的内存结构（268字节）传送给dym_dump函数，犹豫dym_dump 是按so-1版本编译的，所以会按dym_t-1版本成员地址访问dym_t-2版本内存结果。
所以dym_t-1版本attr1，实际访问的dym_t-2版本的name2地址，结果如下：实际值为d2

> x/4xb &d->attr1
0x7fffffffe9c4: 0x64    0x32    0x00    0x00

结论

1、可执行程序是依赖老版本动态库编译的，未升级，动态库升级

此种情况如果只是动态库内部逻辑有变动，对已有可执行文件，不会有运行影响；如果改变一些结构体成员变量大小，或者新添加了成员，可能会影响已有可执行文件运行。

2、可执行程序是依赖新版本动态库编译的，已升级，但是运行环境动态库还是老版本的。

综上所述：

改变动态库结构体可能带来向下的可执行程序不兼容。所以如果一些结构体未来可能改变，可以把接头体声明为对外结构不可见的，通过提供全面函数操作结构体。

源码在0001so-update.tar.gz中