从共享库调用 ALSA 时出现意外结果

Question

ALSA 库包含两个 API 版本，通过定义 ALSA_PCM_OLD_HW_PARAMS_API 来访问旧版本启用。它采用了一些高级技巧（使用 .symver 汇编指令）来使单个 C 库能够包含不同的函数，具有相同的名称但不同的参数（对于新旧 API）。这一切都很好，但在某些情况下会引起麻烦。

例如，让我们创建两个源文件。第一个是main.cpp：

#include <alsa/asoundlib.h>

void lib_func();

void local_func()
{
    int err;
    unsigned int rate = 22050;
    snd_pcm_t *handle;
    snd_pcm_hw_params_t *params;
    snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
    assert(snd_pcm_open(&handle, "default", snd_pcm_stream_t(0), 0) >= 0);
    assert(snd_pcm_hw_params_any(handle, params) >= 0);
    err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &rate, 0);
    printf("err out of lib: %d\n", err);
    snd_pcm_close(handle);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    local_func();
    lib_func();
}

第二个是mylib.cpp：

#include <alsa/asoundlib.h>

void lib_func()
{
    int err;
    unsigned int rate = 22050;
    snd_pcm_t *handle;
    snd_pcm_hw_params_t *params;
    snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
    assert(snd_pcm_open(&handle, "default", snd_pcm_stream_t(0), 0) >= 0);
    assert(snd_pcm_hw_params_any(handle, params) >= 0);
    err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &rate, 0);
    printf("err in lib: %d\n", err);
    snd_pcm_close(handle);
}

请注意，local_func() 和 lib_func() 的内容除了打印的消息外是相同的。

在 Linux 机器上（我们测试了 Ubuntu 12/gcc 4.6.3 和 Ubuntu 14/gcc 4.8.4）构建和运行：

g++ -shared -fPIC -o libmylib.so mylib.cpp && g++ main.cpp -lasound -L . -lmylib
LD_LIBRARY_PATH=. ./a.out

我们运行时得到的结果是：

err out of lib: 0
err in lib: 192000

这意味着snd_pcm_hw_params_set_rate_near 在两个代码模块之间的行为不同。在共享库中，它错误地调用了旧版本的函数，它期望unsigned int val作为采样率而不是新版本期望unsigned int *val，并返回一个采样率（192000，因为它不接受我们的输入）而不是错误代码。

我们找到了解决此问题的方法：在创建共享库时将-lasound 参数添加到链接器。但是，这仍然是一个错误，其中一些用户（例如，我们认为有这个确切问题的用户：http://www.linuxquestions.org/questions/programming-9/snd_pcm_hw_params_set_rate_near-returns-huge-value-900199/）可能会遇到程序编译和链接没有错误或警告但发生错误行为的情况。

谁能解释这里发生了什么，也许这个问题可以被确认为一个错误并修复？

Answer 1

这是设计使然。如果在链接libmylib.so 时不添加-lasound，则链接器无法看到符号版本，因此它会添加对未定义符号的非版本化引用。当运行时链接器绑定非版本符号时，它会尝试使用最早的版本。

---

ALSA 对snd_pcm_hw_params_set_rate_near 有以下定义：

$ readelf -Ws /usr/lib64/libasound.so.2 | grep set_rate_near
   255: 0000000000062640    72 FUNC    GLOBAL DEFAULT   12 snd_pcm_hw_params_set_rate_near@ALSA_0.9
   256: 000000000005d140    61 FUNC    GLOBAL DEFAULT   12 snd_pcm_hw_params_set_rate_near@@ALSA_0.9.0rc4
  1115: 000000000005d140    61 FUNC    GLOBAL DEFAULT   12 __snd_pcm_hw_params_set_rate_near@@ALSA_0.9

有一个较旧的ALSA_0.9 版本和一个较新的ALSA_0.9.0rc4，后者标记为默认（@@），将在静态链接器（ld）链接到-lasound 时使用。

当ld 链接libmylib.so 而没有-lasound 时，libmylib.so 最终会有一个未定义且非版本化 对snd_pcm_hw_params_set_rate_near 的引用：

$ readelf -Ws libmylib.so | grep set_rate_near
     3: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND snd_pcm_hw_params_set_rate_near
    31: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND snd_pcm_hw_params_set_rate_near

虽然与-lasound 链接的a.out 包含对默认版本的引用：

$ readelf -Ws a.out | grep set_rate_near
    15: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND snd_pcm_hw_params_set_rate_near@ALSA_0.9.0rc4 (5)
    56: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND snd_pcm_hw_params_set_rate_near@@ALSA_0.9.0rc4

然后，当运行时链接器 (ld.so) 使用此信息时，它最终会为 libmylib.so 和 a.out 绑定不同版本的 snd_pcm_hw_params_set_rate_near：

$ LD_DEBUG=bindings LD_LIBRARY_PATH=. ./a.out 2>&1 | grep set_rate_near
     11364:     binding file ./libmylib.so [0] to /usr/lib64/libasound.so.2 [0]: normal symbol `snd_pcm_hw_params_set_rate_near'
     11364:     binding file /usr/lib64/libasound.so.2 [0] to /usr/lib64/libasound.so.2 [0]: normal symbol `__snd_pcm_hw_params_set_rate_near' [ALSA_0.9]
     11364:     binding file ./a.out [0] to /usr/lib64/libasound.so.2 [0]: normal symbol `snd_pcm_hw_params_set_rate_near' [ALSA_0.9.0rc4]

---

此行为已记录在案。来自 Ulrich Drepper 的 DSO howto §3.8：

所有依赖于符号版本控制的方法都有一个要求 common：DSO 的用户绝对有必要始终 链接。

[...]

问题在于，除非使用包含定义的 DSO 在链接时，链接器无法将版本名称添加到未定义的 参考。遵循符号版本控制规则 [4] 这意味着 使用运行时可用的最早版本，通常不是 预期的版本。

在“符号查找”中引用的document，然后继续解释当尝试将非版本化引用绑定到版本化定义时，它会尝试以下操作：

• 它尝试BASE 版本，位于 ELF 文件中版本定义表中的索引 1。
• 它在索引 2 处尝试基线版本，即文件开始时使用的第一个版本使用符号版本。
• 否则，如果符号仅针对某个版本定义，则使用该版本的符号。

版本定义表如下所示：

$ readelf -a /usr/lib64/libasound.so.2 | awk '/Version.*.gnu.version_d/,/^$/'
Version definition section '.gnu.version_d' contains 8 entries:
  Addr: 0x000000000001b470  Offset: 0x01b470  Link: 4 (.dynstr)
  000000: Rev: 1  Flags: BASE   Index: 1  Cnt: 1  Name: libasound.so.2
  0x001c: Rev: 1  Flags: none  Index: 2  Cnt: 1  Name: ALSA_0.9
  0x0038: Rev: 1  Flags: none  Index: 3  Cnt: 2  Name: ALSA_0.9.0rc4
  0x0054: Parent 1: ALSA_0.9
  [...]

---

链接器标志-z,defs|--no-undefined 可用于在链接时禁止未解析的符号：

$ g++ -Wl,-z,defs -shared -fPIC -o libmylib.so mylib.cpp 
/tmp/ccfJdVDG.o: In function `lib_func()':
mylib.cpp:(.text+0x20): undefined reference to `snd_pcm_hw_params_sizeof'
mylib.cpp:(.text+0x4b): undefined reference to `snd_pcm_hw_params_sizeof'
mylib.cpp:(.text+0x7c): undefined reference to `snd_pcm_open'
mylib.cpp:(.text+0xb2): undefined reference to `snd_pcm_hw_params_any'
mylib.cpp:(.text+0xf1): undefined reference to `snd_pcm_hw_params_set_rate_near'
mylib.cpp:(.text+0x116): undefined reference to `snd_pcm_close'
collect2: ld returned 1 exit status