C语言最佳实践：动态加载模块

作者：wlai
发布：2022-08-04
更新：2025-02-09

一、可加载模块的应用场景

可加载模块的应用场景

（1）可加载模块是子驱动程序模式的一种自然扩展

（2）为应对未来不可预知的扩展

（3）将某些功能的实现交给第三方独立模块实现

（4）软件模块间解耦的利器

二、可加载模块机制和策略

再论机制和策略

机制：需要提供什么功能

策略：如何使用这些功能

机制和策略是相对的

（1）对STDIO来说，带缓冲区的FILE是使用策略，文件描述符是一种实现机制

（2）对内核进程来讲，文件描述符是策略，字符设备是一种实现机制，文件系统是另外一种实现机制

软件栈和模块间的解耦

（1）操作系统是堆叠的软件栈，越往上抽象层次越高

（2）可加载模块可以在不同的层面实现

1. 内核（内核ko）
2. 中间件（比如x11中应用级驱动程序）
3. 编程语言（python中的import）

（3）可加载模块的重要设计原则

1. 认清模块在软件栈中的位置
2. 向下依赖，不要向上依赖
3. 尽量避免同级依赖

附：TensorFlow架构图

问题：如何避免同级模块之间依赖？

三、可加载模块的底层机制

其实就是共享库的实现机制了，无论是POSIX系统还是Windows机器都有类似的接口。

// POSIX
#include <dlfcn.h>

void *dlopen(const char *filename, int flags);      // 打开共享库
void *dlsym(void *handle, const char *symbol);      // 在共享库中查找符号地址
int dlclose(void *handle);              // 关闭共享库  

// Windows
HMODULE LoadLibraryA(LPCSTR lpLibFileName);
FARPROC GetProcAddress(HMODULE hModule, LPCSTR lpProcName);
BOOL FreeLibrary(HMODULE hLibModule);

Linux共享库的版本管理

lrwxrwxrwx 1 root root     19 Apr 26 01:19 libcurl-gnutls.so.3 -> libcurl-gnutls.so.4
lrwxrwxrwx 1 root root     23 Apr 26 01:19 libcurl-gnutls.so.4 -> libcurl-gnutls.so.4.5.0
-rw-r--r-- 1 root root 522696 Apr 26 01:19 libcurl-gnutls.so.4.5.0
lrwxrwxrwx 1 root root     16 Apr 26 01:19 libcurl.so.4 -> libcurl.so.4.5.0
-rw-r--r-- 1 root root 530888 Apr 26 01:19 libcurl.so.4.5.0

可以看到系统中目前有两种不同的libcurl实现，分别是libcurl.so和GNU实现的libcurl-gnutls。libcurl-gnutls.so.3和libcurl-gnutls.so.4是两个不同版本的二进制so软链接，但是它们最终都指向了实际的libcurl-gnutls.so.4.5.0，这表明libcurl-gnutls.so.3和libcurl-gnutls.so.4是二进制兼容的。libcurl.so.4也是一样的道理，它的二进制版本号是4，实际指向的so文件是libcurl.so.4.5.0。

我们在加载so文件的时候，应该指定类似libcurl-gnutls.so.4这样的版本软链接名，它是稳定的。而它实际的指向是不稳定的。

共享库的搜索路径

（1）若调用这个dlopen的可执行程序是ELF格式，则查看DT_RPATH标记指定的共享库路径

（2）LD_LIBRARY_PATH环境变量定义的共享库搜索路径

（3）若调用这个dlopen的可执行程序是ELF格式，则查看DT_RUNPATH标记指定的共享库路径

（4）/etc/ld.so.cache维护的搜索路径（由ldconfig维护，来自/etc/ld.so.conf文件）

（5）最后搜索/lib和/usr/lib路径

四、套路

动态加载模块实现的一般套路

（1）调用dlopen装载指定的共享库

（2）调用dlsym获得特定（事先约定）符号，作为初始化函数

（3）调用初始化还是并返回操作集

（4）之后，跟正常的子驱动程序一样使用

（5）不需要的时候，调用操作集中的清理或终止方法

（6）调用dlclose卸载动态模块