一、What is Prelink?
1.1 Prelink 简介
Prelink 是 Red Hat 开发者 Jakub Jelinek 所设计的工具。正如其名字所示,Prelink 利用事先链接代替运行时链接的方法来加速共享库的加载。它不仅可以加快起动速度,还可以减少部分内存开销,是各种 Linux 架构上用于减少程序加载时间、缩短系统启动时间和加快应用程序启动的很受欢迎的一个工具。
Linux 系统运行时的动态链接尤其是重定位 (Relocation) 的开销,对于大型系统来说是很大的。相比之下,早期 UNIX 下的 a.out 格式的老式链接方法在速度和占用内存方面有明显的优势(但不如ELF格式更灵活,能方便的构建动态共享库)。Prelink 工具是试图在保持一部分灵活性的基础上,借鉴 a.out 格式在速度和占用内存方面的优点,对 ELF 文件进行一些改进。
Prelink 工具的原理主要基于这样一个事实:动态链接和加载的过程开销很大,并且在大多数的系统上,函数库并不会常常被更动,每次程序被执行时所进行的链接动作都是完全相同的,对于嵌入式系统来说尤其如此。因此,这一过程可以改在运行时之前就可以预先处理好,即花一些时间利用 Prelink 工具对动态共享库和可执行文件进行处理,修改这些二进制文件并加入相应的重定位等信息,节约了本来在程序启动时的比较耗时的查询函数地址等工作,这样可以减少程序启动的时间,同时也减少了内存的耗用。
Prelink 的这种做法当然也有代价:每次更新动态共享库时,相关的可执行文件都需要重新执行一遍 Prelink 才能保证有效,因为新的共享库中的符号信息、地址等很可能与原来的已经不同了。这种代价对于嵌入式系统的开发者来说可能稍微带来一些复杂度,不过好在对用户来说几乎是可以忽略的。
很多 Linux 发行版上已经预装了或者已经使用了 Prelink 工具,不过我们需要适用于嵌入式平台,比如 ARM 的版本,这样我们需要到下载 Prelink 的源代码并重新编译。
1.2 Prelink 机理
从我们最熟悉的 hello world 程序开始分析:
#include 《stdio.h》
int main(int argc, const char* argv[]) {
printf(“Hello, World!\n”);
return 0;
}
我们知道,printf 是在 c语言运行库 libc 中定义的。如果不使用动态库,也就是使用glibc 的静态库版本,链接到 a.out 中的话,那么 printf 函数的地址在运行之前就是已知的,很简单的一句地址转移就可以完成了。
可是使用动态库的话,在程序编译阶段,我们是无法得知 printf 的函数地址,因为动态库的加载的内存地址是随机的。那么对于动态库的情况,针对 printf 是如何寻址的呢?
在程序启动时,当调用 printf 的时候,程序会将处理权交给 loader,由其负责在进程以及其链接的动态库中查找 printf 的函数地址。由于 loader 不知道 printf 是在哪个动态库,所以它将在整个进程和动态库的范围内查找。更糟糕的是在 C++ 程序中,符号的命名是类名+函数名,这导致在做字符串比较时,往往直到字符串的结尾才能获得结果。
这就导致了,在进程启动过程中,符号查找往往占据了大部分时间。据统计,在 Linux 的 KDE 进程中启动过程中,符号查找表竟占据了进程启动 80% 的时间。有没有办法来改进呢?
如果进程在运行前,就能获知动态库的加载地址,那么函数调用的地址就应该是已知的,我们就可以通过修改执行程序,来避免符号的查找。从而节省进程启动的时间。
实际上 Prelink 正是这么做的。Prelink 最早是在 Redhat 中引用的,用来加速 KDE 的启动速度。那时侯 Prelink 作为系统的一个进程,不定期的启动,对系统中的进程和动态库进行优化,这在系统中进程和动态库不怎么变化的情况下非常有用。
在做 Prelink 时,需要为其指定需要做 Prelink 的进程和动态库的目录。Prelink 需要做以下几件事情:
分析所有的进程和动态库,为每个动态库指定一块唯一的(虚拟)内存地址;
分析进程和动态库中,所有需要重定位的函数、全局变量等,用 loader 进行符号查找,对齐地址进行解析;
修改进程中和动态库的二进制文件;
众所周知,在 32 位 Linux 操作系统上有 4G 的地址空间,3G 以上为操作系统使用,0000000~4000000 归进程的代码段、数据段和堆段使用,从 3G 往下归栈段使用。基本上我们可以认为从 1G~3G 的地址空间可以用来指定动态库的加载地址,地址空间还是很丰富的。
凡事总有万一,如果地址空间不够怎么办呢?Prelink 关于这个问题,做了两个约定:
总是一同出现的动态库,其动态库的加载地址一定不能重叠;
总是不同时间段出现的动态库,其动态库的加载地址可以重叠;
有了这两个约定之后,基本上就可以保证,为每个动态库指定加载地址,从而在运行前就能获知函数和全局变量等符号的地址。
-
Linux
+关注
关注
87文章
11296浏览量
209366 -
Ha-VIS preLink
+关注
关注
0文章
2浏览量
1573 -
权重定位
+关注
关注
0文章
2浏览量
1284
发布评论请先 登录
相关推荐
评论