运行期加载时共享库路径搜索优先级实验
前言
《共享库链接和加载时的路径搜索优先级》中提到，共享库在运行期加载时的路径搜索优先级为：
RPATH>LD_LIBRARY_PATH>RUNPATH>/etc/ld.so.conf和/etc/ld.so.conf.d/*>默认库路径
本实验分两步验证上述结论
①单独测试每种方法指定的路径的可行性
②查看链接器输出的详细信息，验证上述优先级顺序
实验环境
操作系统：Ubuntu 20.04
编译器：g++-11.4.0
make：GNU Make 4.2.1
目录说明
项目的目录结构如下：
.
├── lib
├── obj
├── libhello.cpp
├── main.cpp
├── run_cmp_all.sh
├── run_default.sh
├── run_ld_library_path.sh
├── run_ld_so_cache.sh
├── run_none.sh
├── run_rpath.sh
├── run_runpath.sh
└── makefile
其中：
lib为存放共享库的文件夹obj为存放可重定位目标文件的文件夹libhello.cpp为共享库源码，它将被编译为libhello.so.1.1.0（soname为libhello.so.1）mian.cpp为主函数，其中调用了hello函数run_cmp_all.sh为对比测试上述路径优先级的脚本run_default.sh为单独测试默认路径可行性的脚本run_ld_library_path.sh为单独测试LD_LIBRARY_PATH可行性的脚本run_ld_so_cache.sh为单独测试ld.so.cache可行性的脚本run_none.sh为不配置任何路径的脚本，用于演示搜索不到动态库文件，程序无法运行的情况run_rpath.sh为单独测试RPATH可行性的脚本run_runpath.sh为单独测试RUNPATH可行性的脚本makefile为自动化构建脚本
本文主要讨论运行期的加载过程，因此不对编译期的过程做过多解释，内容详见makefile文件
在附录中，我将提供本次实验涉及到的代码。
单独测试
不配置路径
不做任何路径的配置并且不在默认路径下放置libhello.so.1文件，查看程序是否可以运行成功。
直接运行脚本即可完成上述操作：
sh ./run_none.sh
输出：
./hello: error while loading shared libraries: libhello.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory
可以看到由于我们没有配置任何额外的搜索路径，并且没有在默认搜索路径下放置libhello.so.1文件，动态链接器就找不到相应的共享库文件，就会导致加载失败，程序无法运行。
默认路径
①将libhello.so.1.1.0拷贝至默认搜索路径/usr/lib，并在/usr/lib下创建一个软链接（libhello.so.1）指向它
②运行可执行文件。
直接运行脚本即可完成上述操作：
sh ./run_default.sh
输出：
Hello from the 1.1.0 library!
没有报错。
ld.so.cache
①创建路径/opt/hellolib_runtime
②将libhello.so.1.1.0拷贝至/opt/hellolib_runtime，并在/opt/hellolib_runtime下创建一个软链接（libhello.so.1）指向它
③向/etc/ld.so.conf.d中新增一个配置文件libhello.conf，并向其中写入动态库文件所在的路径/opt/hellolib_runtime
④使用ldconfig命令更新ld.so.cache
⑤运行可执行文件
直接运行脚本即可完成上述操作：
sh ./run_ld_so_cache.sh
输出：
Hello from the 1.1.0 library!
没有报错。
RUNPATH
①在编译期添加-Wl,--enable-new-dtags,-rpath,/opt/hellolib_runtime指定RUNPATH
②将libhello.so.1.1.0拷贝至/opt/hellolib_runtime，并在/opt/hellolib_runtime下创建一个软链接（libhello.so.1）指向它
③运行可执行文件
直接运行脚本即可完成上述操作：
sh ./run_runpath.sh
输出：
Hello from the 1.1.0 library!
没有报错。
LD_LIBRARY_PATH
①创建路径/opt/hellolib_runtime
②将libhello.so.1.1.0拷贝至/opt/hellolib_runtime，并在/opt/hellolib_runtime下创建一个软链接（libhello.so.1）指向它
③向环境变量LD_LIBRARY_PATH中添加/opt/hellolib_runtime
④运行可执行文件
直接运行脚本即可完成上述操作：
sh ./run_ld_library_path.sh
输出：
Hello from the 1.1.0 library!
没有报错。
RPATH
①在编译期添加-Wl,--disable-new-dtags,-rpath,/opt/hellolib_runtime指定RPATH
②将libhello.so.1.1.0拷贝至/opt/hellolib_runtime，并在/opt/hellolib_runtime下创建一个软链接（libhello.so.1）指向它
③运行可执行文件
直接运行脚本即可完成上述操作：
sh ./run_rpath.sh
输出：
Hello from the 1.1.0 library!
没有报错。
优先级测试
在此模块我们要测试共享库在运行期加载时的路径搜索优先级（没有测RUNPATH，有兴趣的朋友可以自行测试一下），关键步骤如下：
①创建路径/opt/hellolib_runtime,/opt/hellolib_runtime1,/opt/hellolib_runtime2
②在编译期添加-Wl,--disable-new-dtags,-rpath,/opt/hellolib_runtime指定RPATH
③向环境变量LD_LIBRARY_PATH中添加/opt/hellolib_runtime1
④向/etc/ld.so.conf.d中新增一个配置文件libhello.conf，向其中写入路径/opt/hellolib_runtime2，并使用ldconfig命令更新ld.so.cache
⑤将libhello.so.1.1.0拷贝至默认搜索路径/usr/lib，并在/usr/lib下创建一个软链接（libhello.so.1）指向它
⑥运行可执行文件
直接运行脚本即可完成上述操作：
sh ./run_cmp_all.sh
在脚本中，我设置了环境变量LD_DEBUG=libs，启用了动态链接器的调试输出（针对库的加载过程），因此终端输出了以下信息（仅截取关键部分）：
460445: find library=libhello.so.1 [0]; searching
460445: search path=/opt/hellolib_runtime/tls/haswell/x86_64:/opt/hellolib_runtime/tls/haswell:/opt/hellolib_runtime/tls/x86_64:/opt/hellolib_runtime/tls:/opt/hellolib_runtime/haswell/x86_64:/opt/hellolib_runtime/haswell:/opt/hellolib_runtime/x86_64:/opt/hellolib_runtime (RPATH from file ./hello_rpath)
...
460445: trying file=/opt/hellolib_runtime/libhello.so.1
460445: search path=/opt/hellolib_runtime1/tls/haswell/x86_64:/opt/hellolib_runtime1/tls/haswell:/opt/hellolib_runtime1/tls/x86_64:/opt/hellolib_runtime1/tls:/opt/hellolib_runtime1/haswell/x86_64:/opt/hellolib_runtime1/haswell:/opt/hellolib_runtime1/x86_64:/opt/hellolib_runtime1:tls/haswell/x86_64:tls/haswell:tls/x86_64:tls:haswell/x86_64:haswell:x86_64: (LD_LIBRARY_PATH)
...
460445: trying file=/opt/hellolib_runtime1/libhello.so.1
...
460445: search cache=/etc/ld.so.cache
460445: search path=/lib/x86_64-linux-gnu/tls/haswell/x86_64:/lib/x86_64-linux-gnu/tls/haswell:/lib/x86_64-linux-gnu/tls/x86_64:/lib/x86_64-linux-gnu/tls:/lib/x86_64-linux-gnu/haswell/x86_64:/lib/x86_64-linux-gnu/haswell:/lib/x86_64-linux-gnu/x86_64:/lib/x86_64-linux-gnu:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/tls/haswell/x86_64:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/tls/haswell:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/tls/x86_64:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/tls:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/haswell/x86_64:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/haswell:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/x86_64:/usr/lib/x86_64-linux-gnu:/lib/tls/haswell/x86_64:/lib/tls/haswell:/lib/tls/x86_64:/lib/tls:/lib/haswell/x86_64:/lib/haswell:/lib/x86_64:/lib:/usr/lib/tls/haswell/x86_64:/usr/lib/tls/haswell:/usr/lib/tls/x86_64:/usr/lib/tls:/usr/lib/haswell/x86_64:/usr/lib/haswell:/usr/lib/x86_64:/usr/lib (system search path)
...
460445: trying file=/lib/libhello.so.1
可以看出动态链接器依次搜索了：RPATH指定的路径，LD_LIBRARY_PATH记录的路径，ld.so.cache中记录的路径，默认路径。
因此验证了上述的路径搜索优先级的顺序。
附录
库文件源码
//file: libhello.cpp
#include <iostream>
void hello()
{
std::cout << "Hello from the 1.1.0 library!" << std::endl;
}
主程序源码
//file: main.cpp
extern void hello();
int main()
{
hello();
return 0;
}
makefile
# file: makefile
CXX = g++
CXXFLAGS = -fPIC
LDFLAGS = -shared
DEBUG_MODE ?= 0
ifeq ($(DEBUG_MODE),1)
DEBUG_OPTS = -v -Wl,--verbose
endif
all: lib/libhello.so.1.1.0 obj/main.o
lib/libhello.so.1.1.0: libhello.cpp
$(CXX) $(CXXFLAGS) -o $@ $^ $(LDFLAGS) -Wl,-soname,libhello.so.1
obj/main.o: main.cpp
$(CXX) -c -o $@ $^
# 仅使用-L
hello: obj/main.o
mkdir -p /opt/hellolib_compile
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_compile
ln -sf /opt/hellolib_compile/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_compile/libhello.so
$(CXX) $(DEBUG_OPTS) -o $@ $^ -L/opt/hellolib_compile -lhello
hello_rpath: obj/main.o
mkdir -p /opt/hellolib_compile
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_compile
ln -sf /opt/hellolib_compile/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_compile/libhello.so
mkdir -p /opt/hellolib_runtime
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime
ln -sf /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1
$(CXX) $(DEBUG_OPTS) -o $@ $^ -Wl,--disable-new-dtags,-rpath,/opt/hellolib_runtime -L/opt/hellolib_compile -lhello
hello_runpath: obj/main.o
mkdir -p /opt/hellolib_compile
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_compile
ln -sf /opt/hellolib_compile/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_compile/libhello.so
mkdir -p /opt/hellolib_runtime
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime
ln -sf /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1
$(CXX) $(DEBUG_OPTS) -o $@ $^ -Wl,--enable-new-dtags,-rpath,/opt/hellolib_runtime -L/opt/hellolib_compile -lhello
clean:
rm -f ./lib/* ./obj/* ./hello*
rm -f /usr/lib/libhello*
rm -rf /opt/hellolib_compile*
rm -rf /opt/hellolib_runtime*
.PHONY: clean hello hello_rpath hello_runpath
脚本
run_none
#!/bin/bash
make
make hello
LD_DEBUG=libs ./hello
make clean
run_default
#!/bin/bash
make
make hello
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /usr/lib
ln -sf /usr/lib/libhello.so.1.1.0 /usr/lib/libhello.so.1
LD_DEBUG=libs ./hello
rm -f /usr/lib/libhello.so*
make clean
run_ld_so_cache
#!/bin/bash
make
make hello
mkdir -p /opt/hellolib_runtime
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime
ln -sf /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1
echo "/opt/hellolib_runtime" > /etc/ld.so.conf.d/libhello.conf
ldconfig
LD_DEBUG=libs ./hello
rm -rf /opt/hellolib_runtime*
rm -f /etc/ld.so.conf.d/libhello.conf
ldconfig
make clean
run_runpath
#!/bin/bash
make
make hello_runpath
LD_DEBUG=libs ./hello_runpath
make clean
run_ld_library_path
#!/bin/bash
make
make hello
mkdir -p /opt/hellolib_runtime
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime
ln -sf /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1.1.0 /opt/hellolib_runtime/libhello.so.1
export LD_LIBRARY_PATH=/opt/hellolib_runtime:$LD_LIBRARY_PATH
LD_DEBUG=libs ./hello
rm -rf /opt/hellolib_runtime*
make clean
run_rpath
#!/bin/bash
make
make hello_rpath
LD_DEBUG=libs ./hello_rpath
make clean
run_cmp_all
#!/bin/bash
make
make hello_rpath
rm -rf /opt/hellolib_runtime/*
mkdir -p /opt/hellolib_runtime1
export LD_LIBRARY_PATH=/opt/hellolib_runtime1:$LD_LIBRARY_PATH
mkdir -p /opt/hellolib_runtime2
echo "/opt/hellolib_runtime2" > /etc/ld.so.conf.d/libhello.conf
ldconfig
cp ./lib/libhello.so.1.1.0 /usr/lib
ln -sf /usr/lib/libhello.so.1.1.0 /usr/lib/libhello.so.1
LD_DEBUG=libs ./hello_rpath
rm -f /usr/lib/libhello.so*
rm -f /etc/ld.so.conf.d/libhello.conf
ldconfig
rm -rf /opt/hellolib_runtime*
make clean
