Unix/Linux编程：dlopen API函数

OceanStar的学习笔记

于 2021-09-09 17:22:40 发布

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分类专栏： Unix/Linux编程文章标签： linux unix

原文链接：https://www.linuxprobe.com/linux-system-2.html

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动态加载库

当一个可执行文件开始运行之后，动态链接器会加载程序的动态依赖列表中的所有共享库，但有些时候延迟加载库是比较有用的，如只在需要的时候再加载一个插件。动态链接器的这项功能是通过dlopen API来实现的。

dlopen API使得程序能够在运行时打开一个共享库，根据名字在库中搜索一个函数。然后调用这个函数。

dlopen API由下列函数组成：

dlopen()函数打开一个共享库，返回一个供后继使用的句柄
dlsym()函数在库中搜索一个符号(一个包含函数或者变量的字符串)并返回其地址
dlclose()函数关闭之前由 dlopen()打开的库
dlerror()函数返回一个错误消息字符串，在调用上述函数中的某个函数发生错误时可
以使用这个函数来获取错误消息

要在 Linux 上使用 dlopen API 构建程序必须要指定–ldl 选项以便与 libdl 库链接起来。

打开共享库：dlopen()

dlopen()函数将名为libfilename的共享库加载进调用进程的虚拟地址空间并增加该库的打开引用计数。

NAME
       dladdr, dlclose, dlerror, dlopen, dlsym, dlvsym - programming interface
       to dynamic linking loader

SYNOPSIS
       #include <dlfcn.h>

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

       Link with -ldl.

dlopen()在成功时会返回一个句柄，在后继对dlopen API 中的函数的调用可以使用该句柄来引用这个库。如果发生了错误(比如无法找到库)，那么dlopen()会返回NULL。
如果libfilename指定的共享库依赖于其他库，那么dlopen()会自动加载那些库。如果有必要的话，这一过程会递归执行。这种被加载进来的库被称为这个库的依赖树
在同一个库文件中可以多次调用dlopen()，但将库加载进内存的操作只会发送一次(第一次调用)，所有的调用都返回同样的句柄值。但dlopen()会每个库句柄维护一个引用计数，每次调用dlopen()时都会增加引用计数，每次调用dlclose()都会减少引用计数，只有当计数为0时dlclose()才会从内存中删除这个库。
flag参数是一个位掩码，可以取的值
- RTLD_LAZY：只有当代码被执行的时候才解析库中未定义的函数符号。如果需要某个特定符号的代码没有被执行到，那么永远不会解析该符号。延迟解析只适用于函数引用，对变量的引用会被立即解析。指定RTLD_LAZY标记能够提供与在加载可执行文件的动态依赖库列表中的共享库时动态链接库的常规操作对应的行为
- RTLD_NOW ：在dloepn()结束之前立即加载库中所有的未定义的符号，不管是否需要用到这些符号，这种做法的结果是打开库变得更慢了，但能够立即检测到任何潜在的未定义符号错误，而不是在后面某个时刻才检测到这种错误。在调试应用程序时这种做法是比较有用的，因为它能够确保应用程序在
  碰到未解析的符号时立即发生错误，而不是在执行了很长一段时间之后才发生错误。
- RTLD_GLOBAL：这个库以及其依赖树中的符号在解析由这个进程加载的其他库的引用和通过dlsym()查找时可用
- RTLD_LOCAL： RTLD_GLOBAL 相反，如果不指定任何常量，那么就取这个默认值。它规定在解析后续加载的库中的引用时这个库及其依赖树中的符号不可用。
- RTLD_NODELETE（自 glibc 2.2 起）：
- RTLD_NOLOAD（自 glibc 2.2 起）：
- RTLD_DEEPBIND（自 glibc 2.3.4）：

错误诊断：dlerror()

如果在dloepn()调用或者dlopen API的其他函数调用中得到了一个错误，那么可以使用dlerror()来获取一个指向表明错误原因的字符串的指针。

NAME
       dladdr, dlclose, dlerror, dlopen, dlsym, dlvsym - programming interface
       to dynamic linking loader

SYNOPSIS
       #include <dlfcn.h>

       char *dlerror(void);

       Link with -ldl.

如果从上一次调用 dlerror()到现在没有发生错误，那么 dlerror()函数返回 NULL

获取符号的地址：dlsym()

dlsym()函数在handle指向的库以及该库的依赖树中的库中搜索名为symbol的符号（函数或者变量）

NAME
       dladdr, dlclose, dlerror, dlopen, dlsym, dlvsym - programming interface
       to dynamic linking loader

SYNOPSIS
       #include <dlfcn.h>

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

       Link with -ldl.

如果找到了symbol，那么dlsym()会返回其地址，否则就返回NULL。参数通常是上一个 dlopen()调用返回的库句柄，或者它也可以是下面介绍的其中一个所谓的伪句柄。

dlvsym(handle, symbol, version)与dlsym()类似，但它能够用来在符号版本化的库中搜索版本与在字符串version值指定的版本匹配的符号定义。要从<dlfcn.h>中获取这个函数的声明必须要定义_GNU_SOURCE 特性测试宏。

dlsym()返回的符号值可能会是NULL，这一点与“找不到符号”的返回是无法区分的。为了弄清楚具体是哪种情况就必须要先调用 dlerror()（确保之前的错误字符串已经被清除了），如果在调用
dlsym()之后 dlerror()返回了一个非 NULL 值，那么就可以得出发生错误的结论了。

dlsym()函数中的 handle 参数除了能够取由 dlopen()调用返回的句柄值之外，还能够取下列伪句柄值：

RTLD_DEFAULT：从主程序中开始查找 symbol，接着按序在所已加载的共享库中查找，包括那些通过使用了 RTLD_GLOBAL 标记的 dlopen()调用动态加载的库，这个标记对应于动态链接器所采用的默认搜索模型。
RTLD_NEXT：在调用 dlsym()之后加载的共享库中搜索 symbol，这个标记适用于需要创建与在其他地方定义的函数同名的包装函数的情况。如，在主程序中可能会定义一个 malloc()（它可能完成内存分配的簿记工作），而这个函数在调用实际的 malloc()之前首先会通过调用 func =dlsym(RTLD_NEXT, “malloc”)来获取其地址。

SUSv3 并没有要求实现上述列出的伪句柄（甚至没有保留这两个值以供后续之用），并且所有 UNIX 实现也没有定义上述伪句柄。为了从<dlfcn.h>中获取这些常量的定义必须要定义_GNU_SOURCE 特性测试宏。

关闭共享库：dlclose()

NAME
       dladdr, dlclose, dlerror, dlopen, dlsym, dlvsym - programming interface
       to dynamic linking loader

SYNOPSIS
       #include <dlfcn.h>
       
       int dlclose(void *handle);

       Link with -ldl.