Существует набор базовых действий, которые практически любая программа выполняет одинаково – открытие файла, чтение и запись данных и тому подобное. Разделяемые библиотеки предназначены для того, чтобы предоставить прикладным программам готовые интерфейсы функций для выполнения каких-либо более-менее стандартных действий. Разделяемая библиотека, как понятно из названия, может использоваться множеством программ. В настоящий момент стандартным форматом для разделяемых библиотек в Linux является ELF (Executable Linked Format).

Каждый файл ELF имеет заголовок, в котором описывается, какие секции содержит этот файл. Секции объединяют однотипные данные, и их детальное описание можно прочитать в справочном руководстве (man elf). Мы же выделим следующую информацию: каждая библиотека содержит список имен переменных и функций, которые она содержит и предоставляет другим (экспортирует) и список переменных и функций, которые необходимо взять в других библиотеках, а также секции инициализации и деинициализации. Экспортируемые и импортируемые объекты (переменные и функции) называют символами библиотеки.

Большинство исполняемых файлов программ также имеют формат ELF, и на самом деле отличаются от библиотек в основном тем, что не имеют экспортируемых функций. Загрузчик ELF (он же dl, dynamic linker и dynamic loader) умеет загружать в память код ELF-файла, анализировать его структуру для определения списков экспортируемых и импортируемых символов и загружать необходимые для работы программы библиотеки.

Когда пользователь пытается запустить какую–либо программу, первым начинает работу загрузчик ELF. Он загружает в память процесса бинарный файл и выделяет, какие символы и из каких библиотек необходимо догрузить в память. После дозагрузки каждой библиотеки загрузчик связывает символы (проставляет реальные адреса) из загруженной библиотеки и повторяет цикл анализа на предмет того, какую библиотеку нужно загрузить. Когда все нужные библиотеки загружены, загрузчик передает управление коду инициализации каждой из загруженных библиотек в порядке, обратном загрузке, после чего передает управление коду программы. По завершении программы загрузчик снова “проходится” по всем библиотекам и вызывает их функции деинициализации. Если на этапе загрузки какой – либо библиотеке возникает ошибка, загрузчик сообщит об этом пользователю. Наиболее типичные ошибки dl – это не найденный файл библиотеки или неразрешимый символ (символ не был найден в библиотеке, в которой ожидался).

Вполне естественно, что загрузчик ищет библиотеки не по всей файловой системе, а только в определенных каталогах. Это каталоги /lib, /usr/lib и те, которые были перечислены системным администратором в файле /etc/ld.so.conf. Уточним, что этот файл на самом деле используется только системной утилитой ldconfig, сам же загрузчик использует кэш-файл /etc/ld.so.cache. Обновить этот кэш-файл можно путем простого запуска ldconfig без параметров. Следствием этого является то, что если вы установили в систему новые библиотеки, не мешает вызвать ldconfig.

В некоторых дистрибутивах есть возможность включать в ld.so.conf дополнительные файлы без его изменения. Для этого в ld.so.conf включается специальная строка вида:

include ld.so.conf.d/*.conf

Это приводит к тому, что каталоги, перечисленные в файлах с расширением conf, расположенных  в каталоге /etc/ld.so.conf.d будут использованы для поиска разделяемых библиотек:

$ cat /etc/ld.so.conf
include ld.so.conf.d/*.conf
/usr/lib/mysql
/usr/X11R6/lib
/usr/lib/qt-3.3/lib
$ ls /etc/ld.so.conf.d/
oracle
$ cat /etc/ld.so.conf.d/oracle
/opt/oracle/9i/lib

Нередко возникает ситуация, когда пользователю необходимо запустить какую-либо программу, которая не находится в каталогах, описанных в /etc/ld.so.conf. В таких ситуациях можно воспользоваться специальным “люком”, оставленным разработчиками dl специально для таких случаев: дело в том, что кроме загрузки библиотек с использованием данных из ld.so.cache загрузчик проверяет факт наличия библиотеки с указанным именем в каталогах, перечисленных в переменной среды LD_LIBRARY_PATH.

Разработчики часто используют еще одну возможность ld: если файл некоторой разделяемой библиотеки указан в переменной LD_PRELOAD, эта библиотека принудительно загружается и ее символы считаются более “приоритетными” и перекрывают одноименные символы, если таковые существуют в других библиотеках, загружаемых ld при запуске на выполнение бинарного файла ELF.

Попробуем рассмотреть примеры использования указанных возможностей dl: пусть есть некоторый программный продукт, в состав которого кроме собственно исполняемых программ входят разделяемые библиотеки (например, таковы практически все продукты, разработанные с помощью Borland Kylix). Если мы установим такой пакет, например, в /opt/program, его исполняемые файлы в /opt/program/bin а разделяемые библиотеки в /opt/program/lib, то программа, скорее всего, не будет запускаться, поскольку не сможет загрузить необходимых библиотек. Для того, чтобы программы пакета начали запускаться, мы должны “объяснить” ld где именно искать библиотеки. Рассмотрим возможные способы, которыми мы можем воздействовать на ld чтобы добиться нужного нам результата.

Первый способ – указать каталог с библиотеками перед запуском программы и уже затем запустить программу (ld воспользуется значением переменной для того, чтобы попытаться найти библиотеки по указанному пути):

$ export LD_LIBRARY_PATH=/opt/program/lib
$ /opt/program/bin/filename

Второй способ – добавить каталог /opt/program/lib в файл /etc/ld.so.conf и запустить ldconfig, решив проблему с невозможностью нахождения этих библиотек для всех программ сразу:

$ su -
# echo /opt/program/lib >>/etc/ld.so.conf
# ldconfig
# exit
$ /opr/program/bin/filename

Можно также воспользоваться возможностью принудительной загрузки тех библиотек, которые необходимы программе для запуска:

$ export LD_PRELOAD=/opt/program/lib/*$ /opr/program/bin/filename

Большая часть кода разделяемых библиотек находится в кэше и становится доступна процессам через отображение файла в память. Это отображение делается с правами доступа “только чтение”, что защищает код библиотек от переписывания его неправильно работающими или просто злонамеренными программами.