102.3 Lição 1

As bibliotecas de software são coleções de código que podem ser usadas por vários programas diferentes, assim como as bibliotecas físicas permitem que livros e outros recursos sejam usados por várias pessoas diferentes.

Há duas etapas importantes na criação de um arquivo executável a partir do código fonte de um programa. Primeiro, o compilador transforma o código fonte em código de máquina, que é armazenado nos chamados arquivos-objeto. Em segundo lugar, o vinculador (linker) combina os arquivos-objeto e os vincula às bibliotecas para gerar o arquivo executável final. Essa ligação pode ser feita de maneira estática ou dinâmica. Dependendo do método escolhido, falaremos em bibliotecas estáticas ou, no caso de um vínculo dinâmico, em bibliotecas compartilhadas. Vamos explicar as diferenças entre elas.

O nome de uma biblioteca compartilhada, também chamado de soname, segue um padrão composto por três elementos:

Eis um exemplo: libpthread.so.0

Em comparação, os nomes das bibliotecas estáticas terminam em .a, por exemplo libpthread.a.

A glibc (biblioteca GNU C) é um bom exemplo de biblioteca compartilhada. Em um sistema Debian GNU/Linux 9.9, seu arquivo se chama libc.so.6. Esses nomes de arquivo mais gerais normalmente são links simbólicos apontando para o arquivo real que contém uma biblioteca, cujo nome contém o número exato da versão. No caso da glibc, esse link simbólico é assim:

Essa maneira de usar nomes de arquivos mais gerais para fazer referência a arquivos de bibliotecas compartilhadas nomeados por uma versão específica é uma prática comum.

Outros exemplos de bibliotecas compartilhadas incluem libreadline (que permite aos usuários editar linhas de comando à medida que são digitadas e inclui suporte para os modos de edição Emacs e vi), libcrypt (que contém funções relacionadas à criptografia, hash e codificação), ou libcurl (que é uma biblioteca multiprotocolo de transferência de arquivos). Estes são os locais comuns para bibliotecas compartilhadas em um sistema Linux:

As referências contidas nos programas vinculados dinamicamente são resolvidas pelo vinculador dinâmico (ld.so ou ld-linux.so) quando o programa é executado. O vinculador dinâmico busca por bibliotecas em uma série de diretórios. Esses diretórios são especificados pelo caminho da biblioteca. O caminho da biblioteca é configurado no diretório /etc, especificamente no arquivo /etc/ld.so.conf e, o que atualmente é mais comum, nos arquivos do diretório /etc/ld.so.conf.d. Normalmente, o primeiro inclui uma única linha include para os arquivos *.conf do segundo:

O diretório /etc/ld.so.conf.d contém arquivos *.conf:

Esses arquivos *.conf devem incluir os caminhos absolutos para os diretórios da biblioteca compartilhada:

O comando ldconfig trata de ler esses arquivos de configuração, criando o conjunto de links simbólicos anteriormente mencionados que ajudam a localizar as bibliotecas individuais, e, por fim, de atualizar o arquivo de cache /etc/ld.so.cache. Assim, o ldconfig deve ser executado sempre que atualizarmos ou adicionarmos arquivos de configuração.

Eis algumas opções úteis para o ldconfig:

Se fizermos a lista longa de /lib/x86_64-linux-gnu/libfuse.so.2, encontraremos a referência ao arquivo-objeto compartilhado real libfuse.so.2.9.7, que fica armazenado no mesmo diretório:

Além dos arquivos de configuração descritos acima, a variável de ambiente LD_LIBRARY_PATH pode ser usada para adicionar temporariamente novos caminhos para bibliotecas compartilhadas. Ele é composto por um conjunto de diretórios separados por dois pontos (:) no qual as bibliotecas são buscadas. Assim, para adicionar /usr/local/mylib ao caminho da biblioteca na sessão atual do shell, poderíamos digitar:

Em seguida podemos verificar o valor:

Para adicionar /usr/local/mylib ao caminho da biblioteca na sessão atual do shell e exportá-lo para todos os processos secundários originados desse shell, escreveríamos:

Para remover a variável de ambiente LD_LIBRARY_PATH, basta digitar:

Se quiser tornar as alterações permanentes, escrevemos a linha

Em um dos scripts de inicialização do Bash, como /etc/bash.bashrc ou ~/.bashrc.

Para buscar as bibliotecas compartilhadas requeridas por um programa específico, use o comando ldd seguido do caminho absoluto para o programa. A saída mostra o caminho do arquivo da biblioteca compartilhada, bem como o endereço de memória hexadecimal no qual ele é carregado:

Da mesma forma, usamos ldd para procurar as dependências de um objeto compartilhado:

Com a opção -u (ou --unused), o ldd imprime as dependências diretas não utilizadas (se existirem):

A razão para haver dependências não utilizadas está relacionada às opções usadas pelo vinculador ao criar o binário. Embora o programa não precise de uma biblioteca não utilizada, ela ainda estava vinculada e rotulada como NEEDED (necessária) nas informações sobre o arquivo-objeto. Para investigar isso, podemos usar comandos como readelf ou objdump, que serão necessários mais adiante, nos exercícios exploratórios.