Linux环境下，在不停止程序的情况下，更换动态链接库

短命女 2022-08-21 01:24 123阅读 0赞

> 设计软件架构时，为了以后升级考虑和层次间的解耦，会将一些功能封装到动态链接库中。当需要对方法升级时，只要保证动态链接库的API定义不变，就可以对局部功能进行升级。
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>    但是由于有些服务要求在更新时也不能停止服务，例如线上查询功能等，如果此时为了更新动态链接库而暂停服务，会影响用户的使用。下面的文章介绍了一种在Linux环境下，在不停止程序的情况下，更换动态链接库的方法。

在替换so文件时，如果在不停程序的情况下，直接用 cp new.so old.so 的方式替换程序使用的动态库文件会导致正在运行中的程序崩溃。解决的办法是采用“rm＋cp” 或“mv＋cp” 来替代直接“cp” 的操作方法。linux系统的动态库有两种使用方法：运行时动态链接库，动态加载库并在程序控制之下使用。

1、为什么在不停程序的情况下，直接用 cp 命令替换程序使用的 so 文件，会使程序崩溃？   
很多同学在工作中遇到过这样一个问题，在替换 so 文件时，如果在不停程序的情况下，直接用cp new.so old.so的方式替换程序使用的动态库文件会导致正在运行中的程序崩溃，退出。这与 cp 命令的实现有关，cp 并不改变目标文件的 inode，cp 的目标文件会继承被覆盖文件的属性而非源文件。实际上它是这样实现的：

strace cp libnew.so libold.so 2>&1 |grep open.lib..so

open("libnew.so", O\_RDONLY|O\_LARGEFILE) = 3

open("libold.so", O\_WRONLY|O\_TRUNC|O\_LARGEFILE) = 4

在 cp 使用“O\_WRONLY|O\_TRUNC” 打开目标文件时，原 so 文件的镜像被意外的破坏了。这样动态链接器 ld.so 不能访问到 so 文件中的函数入口。从而导致 Segmentation fault，程序崩溃。ld.so 加载 so 文件及“再定位”的机制比较复杂，详情可参见参考文献2。

2、怎样在不停止程序的情况下替换so文件，并且保证程序不会崩溃？

答案是采用“rm＋cp” 或“mv＋cp” 来替代直接“cp” 的操作方法。

在用新的so文件 libnew.so 替换旧的so文件 libold.so 时，如果采用如下方法：

rm libold.so

cp libnew.so libold.so

采用这种方法，目标文件 libold.so 的 inode 其实已经改变了，原来的 libold.so 文件虽然不能用　”ls”查看到，但其 inode 并没有被真正删除，直到内核释放对它的引用。同理，mv只是改变了文件名，其 inode 不变，新文件使用了新的 inode。这样动态链接器 ld.so 仍然使用原来文件的 inode 访问旧的 so 文件。因而程序依然能正常运行。   
到这里，我们回想在上线操作中在替换可执行程序时，为什么直接使用“cp new old”这样的命令时，系统会禁止这样的操作，并且给出这样的提示“cp: cannot create regular file \`old': Text file busy”。这时，我们采用的办法仍然是用“rm+cp”或者“mv+cp”来替代直接“cp”，这跟以上提到的so文件的替换有同样的道理。   
但是，为什么系统会阻止 cp 覆盖可执行程序，而不阻止覆盖 so 文件呢？这是因为 Linux 有个 Demand Paging 机制，所谓“Demand Paging”，简单的说，就是系统为了节约物理内存开销，并不会程序运行时就将所有页（page）都加载到内存中，而只有在系统有访问需求时才将其加载。   
“Demand Paging”要求正在运行中的程序镜像（注意，并非文件本身）不被意外修改，因此内核在启动程序后会锁定这个程序镜像的 inode。对于 so 文件，它是靠 ld.so 加载的，而ld.so毕竟也是用户态程序，没有权利去锁定inode，也不应与内核的文件系统底层实现耦合。