Совместно используемые, или разделяемые, библиотеки обладают рядом преимуществ по сравнению со статическими библиотеками.
• Linux разделяет используемую для кода исполняемого файла память между всеми процессами, которые совместно пользуются библиотекой. Таким образом, если запущено несколько программ, которые работают с одним и тем же кодом, в ваших интересах и для удобства пользователя будет поместить код в совместно используемую библиотеку.
• В связи с тем, что совместно используемые библиотеки экономят системную память, с их помощью система может работать быстрее, особенно в ситуациях, когда памяти не слишком много.
• Поскольку код в совместно используемых библиотеках не копируется в исполняемый файл, на диске хранится лишь одна копия библиотечного кода, что экономит дисковое пространство и время, которое могло бы уйти на копирование кода с диска в память при запуске программы.
• При обнаружении ошибки совместно используемую библиотеку можно заменить исправленной версией, а не компилировать повторно каждую программу, ее использующую.
Плата за такие преимущества, главным образом, заключается в сложности использования. Исполняемый файл состоит из нескольких независимых частей, и в случае передачи этого файла тому, у которого нет необходимой для файла совместно используемой библиотеки, файл не запустится. Следующая плата — время, которое уходит на поиск и загрузку совместно используемых библиотек при запуске программы. Обычно это не является проблемой, так как библиотеки обычно уже загружены в память для других процессов и, следовательно, при запуске нового процесса в повторной загрузке с диска они не нуждаются.
В Linux первоначально использовался упрощенный формат двоичных файлов (фактически, три вариации упрощенного формата), что делало процесс создания совместно используемых библиотек сложным и трудоемким. После создания библиотеки не так- то просто было расширять, поддерживая при этом обратную совместимость. Создатели библиотеки вынуждены были оставлять место для расширения структуры данных путем ручного редактирования таблиц, и даже это не всегда давало желаемые результаты.
Теперь стандартный формат двоичного файла практически на каждой платформе Linux представляет собой современный, расширяемый файловый формат ELF (Executable and Linking Format — формат исполняемых и компонуемых модулей), описанный в [24], ftp://tsx-11.mit.edu/pub/linux/packages/GCC/ELF.doc.tar.g и ftp://tsx-11.mit.edu/pub/linux/packages/GCC/elf.ps.gz. Это значит, что практически на всех платформах Linux шаги, предпринимаемые для создания и использования разделяемых библиотек, совершенно одинаковы.
8.3. Разработка совместно используемых библиотек
Создание совместно используемых библиотек не намного труднее разработки обычных статических библиотек. Существует лишь несколько ограничений, но с ними очень легко справиться. Однако совместно используемым библиотекам присуща одна уникальная и основная функциональность, позволяющая управлять бинарной совместимостью в различных версиях библиотек.
Совместно используемые библиотеки ориентированы на поддержание обратной совместимости. Это значит, что двоичный файл, собранный с ранней версией библиотеки, будет работать и с более поздней ее версией. Однако в некоторых случаях библиотеки не являются совместимыми: например, при необходимости модифицировать интерфейсы способом, не предусматривающим обратную совместимость.
8.3.1. Управление совместимостью
Каждой совместно используемой библиотеке Linux присваивается специальное имя, называемое soname, которое включает имя библиотеки и номер ее версии. При изменении интерфейсов в имени библиотеки изменяется номер версии. В некоторых библиотеках нет стабильных интерфейсов; разработчики меняют их так, что они перестают быть совместимыми со старой версией, которая отличается лишь младшим номером версии. Большинство разработчиков стараются поддерживать постоянные интерфейсы, которые при изменении перестают быть совместимыми только тогда, когда выходит библиотека с новым старшим номером версии.
Например, разработчики и службы поддержки библиотеки С в Linux стараются поддерживать обратную совместимость для всех выпусков библиотеки С с одним и тем же старшим номером версии. Версия 5 библиотеки С прошла через пять небольших ревизий и, за некоторыми исключениями, программы, работающие с первой младшей версией, будут работать и с последней. (Исключения составляют неудачно написанные программы, основанные на неопределенном поведении библиотеки С или библиотеке С с ошибками, которые были исправлены в более новых версиях.) Ввиду того, что все библиотеки С версии 5 рассчитаны на обратную совместимость с предыдущими версиями, все они используют одно и то же имя soname — libc.so.5, относящееся к имени файла, в котором оно хранится — /lib/libc.so.5.m.r, где m — младший номер версии, a r — номер выпуска.
Приложения, которые компонуются с совместно используемой библиотекой, не компонуются непосредственно, например, с /lib/libc.so.6, даже если этот файл существует. Программа ldconfig, стандартная системная утилита, создает символическую ссылку /lib/libc.so.6 (soname) на /lib/libc-2.3.2.so, действительное имя библиотеки.
В результате упрощается модернизация совместно используемых библиотек. Для обновления версии 2.3.2 до 2.3.3 потребуется всего лишь скопировать новую версию libc-2.3.3.so в каталог /lib и запустить ldconfig. ldconfig просматривает все библиотеки с soname, равным libc.so.6, и создает символическую ссылку из soname на самую новую библиотеку, включающую это soname. Затем все приложения, скомпонованные с /lib/libc.so.6, автоматически используют новую библиотеку при последующих запусках, a /lib/libc-2.3.2.so можно смело удалить, поскольку потребность в ней полностью отпадает.
Не компонуйте программы со специфическими версиями библиотеки, если на то нет веских причин. Всегда используйте стандартную опцию -lимя_библиотеки компилятора или компоновщика. Таким образом, вы никогда не скомпонуете по ошибке приложение с неправильной версией. Компоновщик всегда будет искать файл libимя_библиотеки.so, который будет символической ссылкой на новую версию библиотеки.
Итак, для компоновки с библиотекой С компоновщик находит /usr/lib/libc.so, указывающую на то, что нужно использовать /lib/libc.so.6, который является ссылкой на /lib/libc-2.3.2.so. Приложение компонуется с soname-именем libc-2.3.2.so — libc.so.6, и при запуске оно находит /lib/libc.so.6 и связывается с libc-2.3.2.so, поскольку libc.so.6 является символической ссылкой на libc-2.3.2.so.
8.3.2. Несовместимые библиотеки
Если новая версия библиотеки не должна быть совместимой с предшествующими ее версиями, ей потребуется присвоить другое имя soname. Например, для выпуска новой версии библиотеки С, не совместимой со старой версией, разработчики использовали soname libc.so.6 вместо libc.so.5. В результате делается акцент на несовместимости, а приложения, скомпонованные с разными версиями библиотеки, могут сосуществовать в одной системе. Приложения, скомпонованные с одной из версий libc.so.5, будут продолжать использовать последнюю версию библиотеки с soname libc.so.5, а приложения, скомпонованные с одной из версий libc.so.6, будут работать с последней версией библиотеки, соответствующей soname libc.so.6.
8.3.3. Разработка совместимых библиотек