102.3 Lektion 1

Ähnlich wie ihre physischen Äquivalente sind Softwarebibliotheken Sammlungen von Code, die von vielen verschiedenen Programmen genutzt werden sollen; genauso wie in physischen Bibliotheken Bücher und andere Ressourcen für die Nutzung von vielen verschiedenen Personen aufbewahrt werden.

Um eine ausführbare Datei aus dem Quellcode eines Programms zu erstellen, sind zwei wichtige Schritte erforderlich. Erstens wandelt der Kompiler den Quellcode in Maschinencode um, der in sogenannten Objektdateien gespeichert wird. Zweitens kombiniert der Linker die Objektdateien und verlinkt diese mit Bibliotheken, um die endgültige ausführbare Datei zu erzeugen. Dieses Verknüpfen kann statisch oder dynamisch erfolgen. Je nachdem, welche Methode wir wählen, sprechen wir von Static Libraries oder, im Falle der dynamischen Verknüpfung, von Shared Libraries. Lassen Sie uns die Unterschiede genauer beleuchten.

Der Name einer gemeinsam genutzten Bibliothek, auch soname genannt, folgt einem Muster, das sich aus drei Elementen zusammensetzt:

Hier ein Beispiel: libpthread.so.0

Im Gegensatz dazu enden statische Bibliotheksnamen auf .a, z.B. libpthread.a.

glibc (GNU C-Bibliothek) ist ein gutes Beispiel für eine gemeinsam genutzte Bibliothek. Auf einem Debian GNU/Linux 9.9 System heißt die Datei libc.so.6. Solche eher allgemeinen Dateinamen sind normalerweise symbolische Links, die auf die eigentliche Datei verweisen, welche zu einer Bibliothek führen, deren Name die genaue Versionsnummer enthält. Im Falle von glibc sieht dieser symbolische Link wie folgt aus:

Dieses Muster des Verweises auf gemeinsam genutzte Bibliotheksdateien, die nach einer bestimmten Version mit allgemeineren Dateinamen benannt sind, entspricht der gängigen Praxis.

Andere Beispiele für gemeinsam genutzte Bibliotheken sind libreadline (die es Benutzern erlaubt, Befehlszeilen während der Eingabe zu editieren und sowohl Emacs- als auch vi-Editiermodi unterstützt), libcrypt (die Funktionen zur Verschlüsselung, zum Hashing und zur Kodierung enthält) oder libcurl (eine Multiprotokollbibliothek zur Dateiübertragung).

Übliche Speicherorte für gemeinsam genutzte Bibliotheken in einem Linux-System sind:

Die Referenzen, welche in dynamisch gelinkten Programmen enthalten sind, werden durch den dynamischen Linker (ld.so oder ld-linux.so) aufgelöst, wenn das Programm ausgeführt wird. Der dynamische Linker sucht in einer Reihe von Verzeichnissen nach Bibliotheken. Diese Verzeichnisse werden durch den Bibliothekspfad angegeben. Der Bibliothekspfad wird im Verzeichnis /etc konfiguriert und zwar in der Datei /etc/ld.so.conf. Heutzutage jedoch häufiger vorkommend auch durch Dateien, welche sich im Verzeichnis /etc/ld.so.conf.d befinden. Normalerweise enthält Erstere nur eine einzige include Zeile für *.conf-Dateien mit dem entsprechendem Verzeichnisverweis:

Das Verzeichnis /etc/ld.so.conf.d enthält *.conf Dateien:

Diese *.conf-Dateien müssen die absoluten Pfade zu den Verzeichnissen der freigegebenen Bibliothek enthalten:

Der Befehl ldconfig kümmert sich um das Lesen dieser Konfigurationsdateien, das Erstellen des oben erwähnten Satzes symbolischer Links, welche helfen, die einzelnen Bibliotheken zu finden, und schließlich um die Aktualisierung der Cachedatei /etc/ld.so.cache. Daher muss ldconfig jedes Mal ausgeführt werden, wenn Konfigurationsdateien hinzugefügt oder aktualisiert werden.

Nützliche Optionen für ldconfig sind:

Wenn wir /lib/x86_64-linux-gnu/libfuse.so.2 ausführlich auflisten, finden wir den Verweis auf die eigentliche geteilte Objektdatei libfuse.so.2.9.7, die im selben Verzeichnis abgelegt ist:

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Konfigurationsdateien kann die Umgebungsvariable LD_LIBRARY_PATH verwendet werden, um temporär neue Pfade für gemeinsam genutzte Bibliotheken hinzuzufügen. Sie besteht aus einem durch Doppelpunkte getrennten (:) Satz von Verzeichnissen, in denen nach Bibliotheken gesucht wird. Um z.B. /usr/local/mylib zum Bibliothekspfad in der aktuellen Shellsitzung hinzuzufügen, kann folgender Befehl genutzt werden:

Anschließend kann der Wert wie folgt überprüfen werden:

Um /usr/local/mylib zum Bibliothekspfad in der aktuellen Shellsitzung hinzuzufügen und ihn in alle Kindprozesse exportieren zu lassen, die von dieser Shell aus erzeugt wurden, erfordert es folgenden Befehl:

Um die Umgebungsvariable LD_LIBRARY_PATH zu entfernen, geben Sie einfach folgendes ein:

Um die Änderungen dauerhaft zu machen, können Sie die Zeile

in einem von Bash’s Initialisierungsskripten wie /etc/bash.bashrc oder ~/.bashrc hinzufügen.

Um die von einem bestimmten Programm benötigten Shared Libraries nachzuschlagen, verwenden Sie den Befehl ldd, gefolgt vom absoluten Pfad des Programms. Die Ausgabe zeigt den Pfad der Shared Library sowie die hexadezimale Speicheradresse, an der diese geladen ist:

Gleichermaßen verwenden wir ldd, um nach den Abhängigkeiten eines gemeinsam genutzten Objekts zu suchen:

Mit der Option -u (oder --unused) zeigt ldd die unbenutzten direkten Abhängigkeiten (falls diese existieren) an:

Der Grund für nicht verwendete Abhängigkeiten hängt mit den Optionen zusammen, die der Linker beim Erstellen der Binärdatei verwendet. Obwohl das Programm keine unbenutzte Bibliothek benötigt, wurden diese dennoch gelinkt und in den Informationen über die Objektdatei als NEEDED gekennzeichnet. Sie können dies mit Befehlen wie readelf oder objdump untersuchen, welche Sie folgend in den offenen Übungen verwenden werden.