dynamic-linking

動的リンク

目的

Linux の動的リンクについてエージェントをガイドします。共有ライブラリの作成、RPATH/RUNPATH の設定、soname のバージョニング、dlopen/dlsym を使ったプラグインのパターン、LD_PRELOAD によるインターポジション、シンボルの可視性制御を扱います。

トリガー

• 「Cannot open shared object file: No such file or directory」
• 「バイナリから共有ライブラリを見つけられるように RPATH を設定するには？」
• 「プラグインシステムで dlopen/dlsym を使うには？」
• 「RPATH と RUNPATH の違いは？」
• 「関数をインターセプトするために LD_PRELOAD を使うには？」
• 「soname を使って共有ライブラリをバージョニングするには？」

ワークフロー

1. 共有ライブラリの作成

# Compile with -fPIC (position-independent code)
gcc -fPIC -c src/mylib.c -o mylib.o

# Link shared library with soname
gcc -shared -Wl,-soname,libmylib.so.1 \
    mylib.o -o libmylib.so.1.2.3

# Create symlinks (standard convention)
ln -s libmylib.so.1.2.3 libmylib.so.1   # soname link (used by ldconfig)
ln -s libmylib.so.1     libmylib.so      # link link (used at compile time)

# Register with ldconfig (system-wide)
sudo cp libmylib.so.1.2.3 /usr/local/lib/
sudo ldconfig

2. Soname のバージョニング規約

libfoo.so.MAJOR.MINOR.PATCH
         │
         └── soname = libfoo.so.MAJOR

バージョンの変更	タイミング
PATCH	バグ修正、ABI に変更なし
MINOR	新しいシンボルの追加、後方互換性あり
MAJOR	ABI の破壊的変更 — 既存のバイナリは動作しなくなります

soname を確認します。

readelf -d libmylib.so.1.2.3 | grep SONAME
objdump -p libmylib.so.1.2.3 | grep SONAME

3. RPATH と RUNPATH

Both embed a library search path in the binary.

RPATH  → searched BEFORE LD_LIBRARY_PATH
RUNPATH → searched AFTER LD_LIBRARY_PATH (controllable at runtime)

Recommendation: prefer RUNPATH (-Wl,--enable-new-dtags)
                for deployment flexibility.

# Embed RPATH (old default)
gcc main.c -L./lib -lmylib \
    -Wl,-rpath,'$ORIGIN/../lib' -o myapp

# Embed RUNPATH (new default with --enable-new-dtags)
gcc main.c -L./lib -lmylib \
    -Wl,-rpath,'$ORIGIN/../lib' \
    -Wl,--enable-new-dtags -o myapp

# Inspect
readelf -d myapp | grep -E 'RPATH|RUNPATH'
chrpath -l myapp        # show
chrpath -r '/new/path' myapp  # modify existing

$ORIGIN は実行時にバイナリのディレクトリとして解決されます。移動可能なインストールで使用してください。

4. ライブラリの検索順序

1. DT_RPATH (if no DT_RUNPATH present)
2. LD_LIBRARY_PATH (env var, ignored for suid binaries)
3. DT_RUNPATH
4. /etc/ld.so.cache  (populated by ldconfig from /etc/ld.so.conf)
5. /lib, /usr/lib

次のコマンドでデバッグします。

LD_DEBUG=libs ./myapp      # trace library loading decisions
ldd myapp                  # show resolved libraries
ldd -v myapp               # verbose with version requirements

5. dlopen / dlsym を使ったプラグインのパターン

#include <dlfcn.h>

typedef int (*plugin_fn_t)(const char *input);

void load_plugin(const char *path) {
    // RTLD_NOW: resolve all symbols immediately (fail fast)
    // RTLD_LAZY: resolve on first call (default)
    // RTLD_LOCAL: symbols not visible to other loaded libs
    // RTLD_GLOBAL: symbols visible globally
    void *handle = dlopen(path, RTLD_NOW | RTLD_LOCAL);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "dlopen: %s\n", dlerror());
        return;
    }

    // Clear previous errors
    dlerror();

    plugin_fn_t fn = (plugin_fn_t)dlsym(handle, "plugin_run");
    const char *err = dlerror();
    if (err) {
        fprintf(stderr, "dlsym: %s\n", err);
        dlclose(handle);
        return;
    }

    fn("hello");
    dlclose(handle);
}

-ldl を指定してリンクします。

gcc main.c -ldl -o myapp

6. LD_PRELOAD によるインターポジション

LD_PRELOAD はほかのすべてのライブラリより先にライブラリを読み込むため、そのシンボルがアプリケーションのシンボルをオーバーライドします。

// myinterpose.c — intercept malloc
#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>

void *malloc(size_t size) {
    static void *(*real_malloc)(size_t) = NULL;
    if (!real_malloc)
        real_malloc = dlsym(RTLD_NEXT, "malloc");  // find next malloc in chain

    void *ptr = real_malloc(size);
    fprintf(stderr, "malloc(%zu) = %p\n", size, ptr);
    return ptr;
}

gcc -shared -fPIC -o myinterpose.so myinterpose.c -ldl

# Apply to any binary
LD_PRELOAD=./myinterpose.so ./myapp
LD_PRELOAD=/path/to/libfaketime.so ./myapp  # time manipulation

7. シンボルの可視性制御

エクスポートするシンボルを制限して、バイナリサイズを小さくし、衝突を避けます。

// Mark default: visible to linker
__attribute__((visibility("default")))
int public_api(void) { return 42; }

// Hidden: internal, not exported
__attribute__((visibility("hidden")))
static int internal_helper(void) { return 0; }

または、リンカーバージョンスクリプトを使用します。

# mylib.map
MYLIB_1.0 {
    global:
        mylib_init;
        mylib_process;
    local:
        *;          # hide everything else
};

gcc -shared -fPIC -Wl,--version-script=mylib.map \
    -o libmylib.so mylib.c

# Check exported symbols
nm -D --defined-only libmylib.so
objdump -T libmylib.so

デフォルトで -fvisibility=hidden を指定してビルドし、公開 API を明示的に指定します。

gcc -shared -fPIC -fvisibility=hidden \
    mylib.c -o libmylib.so

8. よくあるエラー

エラー	原因	解決方法
cannot open shared object file	ライブラリが検索パスにありません	RPATH、LD_LIBRARY_PATH を設定するか、ldconfig を実行します
symbol lookup error: undefined symbol	ライブラリが不足しているか、バージョンが違います	ldd を確認し、-l フラグを追加するか、リンク順序を修正します
FATAL: kernel too old	バージョン要件が一致していません	古い glibc に対して再ビルドします
relocation R_X86_64_32 against .rodata	共有ライブラリ内のコードが PIC ではありません	コンパイルに -fPIC を追加します
version 'GLIBC_2.29' not found	新しい glibc 上でバイナリがビルドされています	古いシステム上で再ビルドするか、-static を使用します

RPATH、soname、ld.so の設定の詳細については、references/ld-rpath-soname.md を参照してください。

関連スキル

• 共有ライブラリのセクションとシンボルの確認には skills/binaries/elf-inspection を使用します
• リンカーフラグとシンボル解決には skills/binaries/linkers-lto を使用します
• 共有ライブラリで nm、objdump、strip を使用するには skills/binaries/binutils を使用します
• -fPIC、-shared および関連するコンパイラフラグには skills/compilers/gcc を使用します