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dlopen动态加载共享库出现符号未定义错误

问题描述

有两个动态库，libfunc.so 和 libbase.so。其中 libfunc.so 依赖 libbase.so，在 libfunc.so 中有一个函数 void func() 调用了 libbase.so 中的函数 void base()，如下：

// libbase.so
// base.h
#ifndef _base_h_
#define _base_h_

void base();

#endif // _base_h_

// base.c
#include "base.h"
#include <stdio.h>

void base() {
    printf("base\n");
}

// libfunc.so
// func.h
#ifndef _func_h_
#define _func_h_

void func();

#endif // _func_h_

// func.c
#include "func.h"
#include <stdio.h>
#include "base.h"

void func() {
    printf("func\n");
    base();
}

在 main.c 中通过 dlopen 函数动态加载 libfunc.so，并调用其中的 func 函数：

// main.c
#include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    void *handle = dlopen("./libfunc.so", RTLD_LAZY);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        return -1;
    }

    void (*func)() = dlsym(handle, "func");
    if (!func) {
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        return -1;
    }

    func();

    dlclose(handle);

    return 0;
}

但是在编译后提示 undefined symbol: base 错误：

code-server [14:53:36] dl  ➜ gcc -O0 -g main.c -o test -ldl                
code-server [15:01:03] dl  ➜ ./test 
func
./test: symbol lookup error: ./libfunc.so: undefined symbol: base

问题分析

由于 main.c 中并没有显式依赖 libfunc.so 和 libbase.so，所以在编译 main.c 的命令中没有进行显式链接这两个库。因此在运行时，dlopen 函数只加载了 libfunc.so，而没有加载 libbase.so，导致在 libfunc.so 中调用 libbase.so 中的函数时出现符号未定义错误。

那么我们尝试将这两个库都进行显式链接，看看能否解决问题：

code-server [15:03:42] dl  ➜ gcc -O0 -g main.c -o test -ldl -L. -lfunc -lbase
code-server [15:05:27] dl  ➜ ./test 
func
./test: symbol lookup error: ./libfunc.so: undefined symbol: base

可以看到仍然提示 base 符号未定义。

根因分析

由于 main.c 通过 dlopen() 加载 libfunc.so，所以不存在显式的依赖关系，我们甚至不需要在 main.c 中包含 func.h 这个头文件。因此在链接过程中，链接器会认为当前的 libfunc.so 和 main.o 无关，并将 libfunc.so 给优化掉。既然 libfunc.so 被视为无关项，那 libbase.so 更没有理由被留下来了。

也就是说，即使我们在命令中显式地去链接 -L. -lfunc -lbase 也是无效的。我们可以通过 readelf -d 命令查看 test 可执行文件的依赖：

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code-server [15:13:40] dl  ➜ readelf -d test | grep -i 'share'
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libdl.so.2]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libc.so.6]

因此当执行 func() 函数时，由于 libbase.so 没有被加载，所以会提示 undefined symbol: base 错误。

解决方案

libfunc.so 可以通过 dlopen() 被加载，但是 libbase.so 本身与 main.c 无关，因此我们没有理由通过 dlopen() 来加载 libbase.so。

那有没有什么办法可以让 libbase.so 被加载进来呢？

1、使用 LD_PRELOAD 强制预加载

LD_PRELOAD 是一个环境变量，用于在运行程序时预先加载指定的共享库。它的作用是在运行目标程序时优先加载指定的共享库，覆盖系统默认的库，从而实现对目标程序的功能增强、修改或者监控等目的。使用 LD_PRELOAD 可以在不修改目标程序源代码的情况下，对目标程序的行为进行改变。

我们可以通过设置 LD_PRELOAD 环境变量来强制预加载 libbase.so：

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code-server [15:18:27] dl  ➜ LD_PRELOAD=./libbase.so ./test 
func
base

可以看到此时程序正常运行，base 函数也被调用了。

但是这样有个问题，如果 libfunc.so 依赖了多个共享库，那么我们就需要将所有的共享库都通过 LD_PRELOAD 预加载进来这样就会变得非常麻烦。

因此是否有其他的方法来解决这个问题呢？

2. -Wl,–no-as-needed 选项

在部分默认情况下，链接器会尽可能地链接被指定的库，但如果这个库的符号没有被使用到，链接器也不会链接它，可以认为，链接器在默认状态下使用了 --as-needed 选项对库进行链接。

这种情况导致了我们即使显式链接 libfunc.so 和 libbase.so，由于 main.c 并没有使用这两个库符号，所以链接器会将这两个库优化掉。

因此我们可以通过 -Wl,--no-as-needed 选项来关闭这个优化，使得可执行文件强制保持这个依赖关系：

code-server [15:46:29] dl  ➜ gcc -O0 -g main.c -o test -ldl -L. -Wl,--no-as-needed -lfunc -lbase 
code-server [15:46:34] dl  ➜ ./test 
func
base

此时程序正常运行，我们再通过 readelf -d 命令查看 test 可执行文件的依赖：

code-server [15:47:53] dl  ➜ readelf -d test | grep -i 'share'
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libdl.so.2]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libfunc.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libbase.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libc.so.6]

可以看到此时 test 可执行文件已经显式依赖了 libfunc.so 和 libbase.so 两个共享库。

此时还有一个问题，我们将这个依赖关系交给了应用去链接处理，当模块数量较多，且各个模块有各自的依赖时，应用的链接命令会变得非常复杂，并且应用本身并不想关心各个模块自己的依赖关系，它只想维护自己关心的模块即可。

是否还有其他的方式进行优化解决呢？

3. 构建 libfunc.so 时指定依赖

既然应用不想关心这些依赖关系，那么只能由 libfunc.so 自己来管理自己的依赖关系了。我们可以在构建 libfunc.so 时指定依赖的库，这样在链接 libfunc.so 时，链接器会自动将这些依赖的库链接进来。

我们只需要在编译 libfunc.so 时显式链接它的所有依赖库即可。我们先看看不链接依赖库时，libfunc.so 的信息：

1 2	`code-server [15:58:46] dl ➜ readelf -d libfunc.so \| grep -i 'share' 0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so.6]`

可以看到此时 libfunc.so 只依赖了 libc.so.6 这个库。

我们在编译命令上加上 -lbase 选项，显式链接 libbase.so：

code-server [15:59:03] dl  ➜ gcc -fPIC -shared -O0 -g func.c  -I. -o libfunc.so -L. -lbase      
code-server [15:59:50] dl  ➜ readelf -d libfunc.so | grep -i 'share'
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libbase.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libc.so.6]

此时 libfunc.so 显式依赖了 libbase.so 这个库。

我们再来编译运行一下 test 试试：

code-server [16:01:03] dl  ➜ gcc -O0 -g main.c -o test -ldl
code-server [16:01:07] dl  ➜ readelf -d test | grep -i 'share'      
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libdl.so.2]
 0x0000000000000001 (NEEDED)             Shared library: [libc.so.6]
code-server [16:01:13] dl  ➜ ./test 
func
base

可以看到此时可执行文件 test 并没有显式依赖 libfunc.so 和 libbase.so，通过 dlopen 加载 libfunc.so 时，libbase.so 也被加载进来了，因此程序正常运行。

总结

在使用 dlopen 函数动态加载共享库时，如果共享库之间存在依赖关系，需要注意以下几点：

如果共享库之间存在依赖关系，可以通过 LD_PRELOAD 环境变量来强制预加载依赖库。
如果共享库之间存在依赖关系，可以通过 -Wl,--no-as-needed 选项来关闭链接器的优化，强制保持这个依赖关系。
如果共享库之间存在依赖关系，可以在构建共享库时显式链接它的依赖库，这样在加载共享库时，依赖库也会被加载进来。

在模块化开发中，我们应该尽量使用第三种方法进行处理，将依赖关系交给模块自己去管理，而不是交给应用去处理。

以上就是本文的全部内容，希望对你有所帮助。

踩坑日记

#原创 #dlopen #linux #符号未定义 #c/c++

dlopen动态加载共享库出现符号未定义错误

https://ccccx159.github.io/2024/05/13/dlopen动态加载共享库出现符号未定义错误/

作者

Xu@n Ch3n

发布于

2024年5月13日

更新于

2024年5月13日

许可协议

Emby Notifier 项目说明下一篇

dlopen动态加载共享库出现符号未定义错误

dlopen动态加载共享库出现符号未定义错误

问题描述

问题分析

根因分析

解决方案

1、 使用 LD_PRELOAD 强制预加载

2. -Wl,–no-as-needed 选项

3. 构建 libfunc.so 时指定依赖

总结

1、使用 LD_PRELOAD 强制预加载