链接两个"名字完全一样"的【动态库】，你会怎么处理？

Linux阅码场 2021-10-02 18:47

泰克电源、数字万用表、探头大促 泰克年终盛典

作者：道哥，10+年嵌入式开发老兵，专注于：C/C++、嵌入式、Linux。
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【目录】

第一个动态库文件
应用程序
第二个动态库文件
错误做法：直接给它改名
正解：patchelf 工具
One More Thing

在Linux应用的开发过程中，直接利用现成的第三方库(俗称：轮子)来完成自己的业务功能，是很常见的事情。

不知道你是否遇到这样的场景：应用程序中需要使用两个动态库里的不同功能的函数，但是这两个动态库的作者发生心灵感应了，居然起了完全一样的动态库名字，这该如何是好？

具体来说面对的问题是：在编译可执行程序的时候，通过gcc编译参数的-lXXX就可以动态链接一个动态库。

但是，现在你想链接两个动态库，它们的名字是一样的！！怎么办？

第一个动态库文件

现在，假设我们在开发一个机器人应用程序，需要用到一个第三方动态库中的算法。

这个库的源码很简单，如下：

// 第一个动态库 源文件 RobotMath.c：
double func0(double arg)
{
    double ret = arg + arg;
    return ret;
}

double func1(double arg1, double arg2)
{
    double ret = arg1 + arg2;
    return ret;
}

动态库的编译命令是：

$ gcc -m32 -fPIC --shared -o libRobotMath.so -Wl,--soname,libRobotMath.so RobotMath.c

以上这些属性都比较常见，请注意其中的 -Wl,--soname,libRobotMath.so，它用来指定生成的动态库的 SONAME，一般用于动态库的版本管理中。

为了方便起见，这里就不加版本信息了。

执行了 gcc 指令之后，就得到了一个动态库文件：libRobotMath.so。

可以通过 patchelf 这个工具(在Ubuntu系统中，可以通过apt-get直接安装)，来查看一下这个动态库文件的 SONAME ：

$ patchelf --print-soname libRobotMath.so 
libRobotMath.so        // SONAME

第2行打印出来的就是所谓的 SONAME。

你也可以测试一下，指定其他的 SONAME，例如：
$ gcc -m32 -fPIC --shared -o libRobotMath.so -Wl,--soname,libRobotMath-1.2.3.so RobotMath.c
$ patchelf --print-soname libRobotMath.so
libRobotMath-1.2.3.so // SONAME

以上就是第一个动态库，已经交代清楚了，下面再来看一下最简单的应用程序。

应用程序

// 可执行程序 源文件: main.c
extern double func0(double arg);
extern double func1(double arg1, double arg2);

int main(int argc, char *agv[])
{
    double arg = 1.1;
    double result0 = func0(arg);
    printf("result0 = %lf \n", result0);

    double arg1 = 1.1, arg2 = 2.2;
    double result1 = func1(arg1, arg2);
    printf("result1 = %lf \n", result1);

    return 0;
}

这个代码简直是幼儿园水平，不多解释，直接编译(假设已经把动态库复制到main.c同一个文件夹中了)：

$ gcc -m32 -o main main.c -lRobotMath -L./ -Wl,-rpath=./

执行：

$ ./main 
result0 = 2.200000 
result1 = 3.300000

完美！

第二个动态库文件

问题来了：现在应用程序还需要实现另外一个复杂的算法，本着偷懒的精神，终于在另外一个机器人算法相关的库中找到了这个算法。

// 第二个动态库 源文件 RobotMath.c：
double func2(double arg1, double arg2, double arg3)
{
    double ret = arg1 * arg2 * arg3;
    return ret;
}

// 编译指令
$ gcc -m32 -fPIC --shared -o libRobotMath.so -Wl,--soname,libRobotMath.so RobotMath.c

但是坑爹的是，这个算法库输出的动态库名称居然也是 libRobotMath.so ！

与第一个算法库的文件名同名同姓，看来这个名字太招人喜欢了。

如果这个作者直接起一个其它的名字，那就啥事都没有了。

假如: 名字叫 libRobotUltra.so，那么只需要直接复制过来，然后在编译执行程序时，直接链接 -lRobotUltra 就可以了。

错误做法：直接给它改名

既然如此，我们是否可以直接给它改名呢？尝试一下：

$ mv libRobotMath.so libRobotMath2.so

然后把libRobotMath2.so复制到应用程序的目录下，并在main.c中，调用这个库中的算法函数 func2。

extern double func2(double arg1, double arg2, double arg3);

int main(int argc, char *agv[])
{
    // 之前的其它代码
    // ...

    double arg3 = 1.1, arg4 = 2.2, arg5 = 3.3;
    double result2 = func2(arg3, arg4, arg5);
    printf("result2 = %lf \n", result2);

    return 0;
}

编译一下试试：

$ gcc -m32 -o main main.c -lRobotMath -lRobotMath2 -L./ -Wl,-rpath=./
/tmp/ccDGqFkl.o: In function `main':
main.c:(.text+0xb4): undefined reference to `func2'
collect2: error: ld returned 1 exit status

报错：找不到 func2 这个函数。

但是libRobotMath2.so这个库中明明已经有这个函数啊，不信你看：

$ readelf -s libRobotMath2.so | grep func2
     8: 0000052a    69 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 func2
    51: 0000052a    69 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 func2

为啥 gcc 还找不到呢？

看来，很粗鲁地直接给第二个动态库文件强行改名，不是解决问题的正确思路！

正解：patchelf 工具

还记得在第一个库中，我们使用 patchelf 这个小工具来查看动态库的 SONAME 吗？

继续用它来查看下被我们改名后的 libRobotMath2.so：

$ patchelf --print-soname libRobotMath2.so 
libRobotMath.so

SONAME 依然是原来的名称，说明通过mv指令改名，只是改变了外表，并没有改变它的内心。

如果你熟悉文件系统，就会知道：mv 指令只是修改了库文件在 inode 节点中的名字，而库文件实际内容所存储的 block 存储空间中，一点都没有变化。

动态库是一个ELF格式的文件，操作系统在加载动态库的时候，是根据ELF格式的标准，对文件的内容进行一层一层解析的。

可以参考很久之前写的一篇文章：Linux系统中编译、链接的基石-ELF文件：扒开它的层层外衣，从字节码的粒度来探索。

patchelf 这个工具，就提供了这样的功能：查看或修改动态库文件的内部信息，包括：SONAME, 依赖的其他动态库，rpath 路径信息等等。

$ patchelf -h
syntax: patchelf
  [--set-interpreter FILENAME]
  [--page-size SIZE]
  [--print-interpreter]
  [--print-soname]		Prints 'DT_SONAME' entry of .dynamic section. Raises an error if DT_SONAME doesn't exist
  [--set-soname SONAME]		Sets 'DT_SONAME' entry to SONAME.
  [--set-rpath RPATH]
  [--remove-rpath]
  [--shrink-rpath]
  [--print-rpath]
  [--force-rpath]
  [--add-needed LIBRARY]
  [--remove-needed LIBRARY]
  [--replace-needed LIBRARY NEW_LIBRARY]
  [--print-needed]
  [--no-default-lib]
  [--debug]
  [--version]
  FILENAME

我们可以使用--set-soname这个参数，来把它的 SONAME 修改一下：

$ patchelf --set-soname libRobotMath2.so libRobotMath2.so

第一个 libRobotMath2.so，是设置的 SONAME 名称;
第二个 libRobotMath2.so，是指定修改哪一个动态库文件的 SONAME;

修改之后，再检查一下是否修改正确了：

$ patchelf --print-soname libRobotMath2.so 
libRobotMath2.so

Bingo！SONAME 已经被正确修改了。

再次编译一下可执行程序：

$ gcc -m32 -o main main.c -lRobotMath -lRobotMath2 -L./ -Wl,-rpath=./

没有报错！

执行一下：

$ ./main 
result0 = 2.200000 
result1 = 3.300000 
result2 = 7.986000

问题解决了！

One More Thing

什么？你说这样的问题是千年等一回？是为赋新词强说愁？那说明走过的路还不是足够的长。

记得大概是2015年的时候，开发一个网关，在硬件出来之前需要在Ubuntu (x86)平台上进行模拟。

为了便于跨平台，选择了 glib 库，但是对其中的小部分源码进行了二次开发。

但是Ubuntu的桌面系统是基于GTK的（底层使用的就是glib库），也就是说操作系统在启动时已经加载了系统目录下的 glib库。

那么我们的应用程序在编译时，的确可以链接到自己二次开发的glib库(放在本地文件夹)，但是在执行时，一直加载不成功，就是因为动态库的名字冲突问题导致的。

最后没办法，只好利用 patchelf 工具，对动态库的名称，包括 SONAME 进行改写，这样才解决问题。

------ End ------Linux 系统中，动态库的编译和链接，也是一门大学问，涉及到的知识点和技巧非常多。以后继续和大家一起学习、讨论！