【Android Linux內存及性能優化】四 進程內存的優化 - 動態庫
本文接着
《【Android Linux內存及性能優化】(一) 進程內存的優化 - 堆段》
《【Android Linux內存及性能優化】(二) 進程內存的優化 - 棧段 - 環境變量 - ELF》
《【Android Linux內存及性能優化】(三) 進程內存的優化 - 數據段 - 代碼段》
一、內存篇
1.3 進程內存優化
1.3.1 ELF執行文件
1.3.2 動態庫
動態庫技術是當前程序中經常採用的技術，其目的是減小程序的大小，節省空間，提高效率，具有很高的靈活性。
與靜態庫不同，動態庫裏面的函數不是執行程序本身的一部分，
而是根據執行需要按需載入，其執行代碼可以同時在多個程序中共享。
動態庫加載方式有兩種：
-
靜態加載
在程序編譯時，加上“ -l ”選項，指定其所依賴的動態庫，這個庫名字將記錄在 ELF 文件的 .dynamic 節。
在程序運行時，loader 會預先將程序所依賴的所有動態庫都加載在進程空間中。
優點： 動態庫的接口調用簡單，可以直接調用。
缺點： 動態庫的生存週期等於進程的生存週期，其加載時機不靈活。 -
動態加載
在程序中調用函數（dlopen、dlclose）來控制動態庫加載與卸載。
優點：動態庫加載的時機非常靈活，可以非常細緻地定義動態庫搞錯生存週期。
缺點：動態庫的接口調用起來比較麻煩，同時還要關注動態庫的生存週期。
前面介紹進程時，分別包括： 只讀的代碼段、可修改的數據段、堆段 和 棧段。
對於共享庫來說，分爲兩個段：只讀的代碼段 、 可修改的數據段。
如果你在共享庫的函數裏，動態分配一塊內存，這段內存將被算在調用該函數的進程的堆中。
對於共享庫的代碼段 和 數據段：
- 代碼段由於其是隻讀的，內容 不會改變，對每個進程都是一樣的，所以它在系統中是唯一的，系統只爲其分配一塊內存，多個進程之間共享。
- 數據段由於其內容在進程運行期間是變化的，每個進程都要對其進行改寫，所以在鏈接到進程空間後，系統會爲每個進程創建相應的數據段。也就是說如果一個共享庫，被 N 個進程鏈接，當這N 個進程同時運行時，同時共享一個代碼段，每個進程擁有一個數據段，系統中共有該動態鏈接庫的1 個代碼段 和 N 個數據段。
1.3.2.1 數據段
1.3.2.1.1 共享庫中的.bss 節
前面講過，在進程中的bss，如果數據段容不下，它將使用mmap 在堆段內存分配大內存。
那 共享庫中是怎麼分配的呢？
例：
a.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int bss[1024*128] = {0};
void a1(){
printf("bss: %p\n",bss);
return;
}
編譯成動態庫： gcc -shared -fPIC a.c -o liba.so
hello.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
extern int bss[1024*128];
int main(){
a1(); // 調用a1()
int pid = getpid();
printf("pid: %d\n",pid);
funca();
pause();
}
編譯成可執行文件： gcc -L./ -Ia hello.c -o hell
編譯執行後，使用 cat maps 和 cat memmap 可以看看出，
對於共享庫的 bss 節的數據，如果數據段不能容納的話，進程將會創建一內存段來容納bss 節的數據，
其中 bss 數組起始地址位於動態庫的數據段。
loader 在加載動態庫時會自動將數據段最後一個頁面剩餘的地址自動清零，留給 bss節的變量使用，故其數據段使用了一個物理頁而。
如果在進程中引用了共享庫的全局變量，進程將會擴展它的堆棧段，並將 bss 段的數據複製到堆棧段中來。
因此，不要在進程中通過extern 的方式，引用共享庫中的變量，一旦引用，不論其是否使用，都會將佔用物理內存。
同時還會增加系統啓動時內存複製的代價，會導致性能下降
1.3.2.1.2 共享庫中的.data 節
對於未賦值或初值爲0 的全局變量在共享庫中的聲明，
在進程中使用，則該變量被複制到進程的數據段，同時修改使用該變量的共享庫的指向。
當主程序鏈接了一個共享庫的全局變量時，它會爲該變量定義一個地址，但它不會影響數據段的大小，將該值複製到這個地址上。如果地址段不夠用，它將佔用堆段，系統將調用brk 來擴展堆段。
總之，可執行文件（動態庫）儘量不要直接去操作位於其他動態庫的全局變量，跨動態庫的直接訪問全局變量的代價很高，可以在動態庫中編寫接口函數來操作全局變量，並將這些接口導出，供其他進程（或動態庫）使用。
1.3.2.2 代碼段
動態庫的代碼段會被多個不同的進程所引用，所以動態庫的代碼段與執行文件的代碼段有所不同。
1.3.2.2.1 符號解析
前面講解過的ELF文件的主體結構，ELF 其中有兩個section：.rel.dyn 和 .rel.plt 。
主要負責共享庫的重定向工作，現在就來看看它們的內容 。
可以看到變量 b 在 .rel.dyn 中，而 hello中用到的外部函數 funca 、printf 在 .rel.plt 中。