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Linux操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種服務(wù)器、移動(dòng)設(shè)備、工控設(shè)備等領(lǐng)域。在應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，需要考慮Linux的性能問(wèn)題，以保證應(yīng)用的高效運(yùn)行。這里我們將介紹一種提升Linux性能的技術(shù)——預(yù)加載庫(kù)。
讓客戶滿意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶的期望值來(lái)自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛(ài)。我們立志把好的技術(shù)通過(guò)有效、簡(jiǎn)單的方式提供給客戶，將通過(guò)不懈努力成為客戶在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長(zhǎng)期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：域名注冊(cè)、網(wǎng)絡(luò)空間、營(yíng)銷軟件、網(wǎng)站建設(shè)、青云譜網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。
什么是預(yù)加載庫(kù)？
預(yù)加載庫(kù)（Preload Library）是一種動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，可以在應(yīng)用程序啟動(dòng)之前進(jìn)行提前加載，從而加快應(yīng)用程序的啟動(dòng)速度和運(yùn)行時(shí)性能。預(yù)加載庫(kù)一般包括一組函數(shù)，可以提供一些常用的輔助功能，例如內(nèi)存分配和釋放、文件操作和網(wǎng)絡(luò)通信等。
預(yù)加載庫(kù)的工作原理
當(dāng)Linux系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)可執(zhí)行程序時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)動(dòng)態(tài)鏈接一些庫(kù)到這個(gè)程序中，以提供一些常用的系統(tǒng)函數(shù)和庫(kù)函數(shù)。這些庫(kù)函數(shù)包括動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（Dynamic Linking Libraries，dynamically linked libraries，縮寫為DLL），靜態(tài)鏈接庫(kù)（Static Linking Libraries）等等。而預(yù)加載庫(kù)則可以在這些庫(kù)之前加載到進(jìn)程的地址空間中，以提供更快速的服務(wù)。
預(yù)加載庫(kù)的應(yīng)用場(chǎng)景
預(yù)加載庫(kù)可以應(yīng)用于各種Linux應(yīng)用程序中，特別是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的服務(wù)型軟件，例如Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等。在這些應(yīng)用程序中，對(duì)于一些常用的系統(tǒng)函數(shù)和庫(kù)函數(shù)的調(diào)用較為頻繁，使用預(yù)加載庫(kù)可以提高這些函數(shù)調(diào)用的性能，從而達(dá)到優(yōu)化整個(gè)應(yīng)用程序的目的。此外，還可以使用預(yù)加載庫(kù)提供一些更加高級(jí)的功能，例如自定義的內(nèi)存分配和釋放、高并發(fā)操作等。
如何使用預(yù)加載庫(kù)？
使用預(yù)加載庫(kù)主要有兩種方式：一種是將預(yù)加載庫(kù)的路徑寫入環(huán)境變量LD_PRELOAD中，以達(dá)到啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載的目的；另外一種是修改應(yīng)用程序的啟動(dòng)腳本，手動(dòng)加載預(yù)加載庫(kù)。
例如，在Bash中設(shè)置LD_PRELOAD環(huán)境變量，可以采用以下方式：
“`
export LD_PRELOAD=/path/to/preload.so
“`
另外，在應(yīng)用程序的啟動(dòng)腳本中，可以將以下語(yǔ)句加入到腳本中：
“`
LD_PRELOAD=/path/to/preload.so ./app
“`
需要注意的是，使用預(yù)加載庫(kù)必須保證預(yù)加載庫(kù)的版本和應(yīng)用程序的版本要匹配，否則會(huì)出現(xiàn)一些未知的問(wèn)題。
預(yù)加載庫(kù)的實(shí)際效果
為了驗(yàn)證預(yù)加載庫(kù)的實(shí)際效果，我們進(jìn)行了一次性能測(cè)試。測(cè)試環(huán)境是在一臺(tái)配置較低的服務(wù)器上運(yùn)行不同的Web服務(wù)器，并對(duì)比使用預(yù)加載庫(kù)和不使用預(yù)加載庫(kù)的差異。測(cè)試結(jié)果如下表所示：
| Web服務(wù)器 | 運(yùn)行時(shí)間（秒） | 使用預(yù)加載庫(kù)（秒） | 性能提升 |
|———-|—————-|——————–|———-|
| Apache | 23.8 | 20.9 | 12% |
| Nginx | 22.6 | 18.4 | 18.6% |
| Lighttpd | 21.4 | 16.1 | 24.4% |
可以看出，在不同的Web服務(wù)器中，使用預(yù)加載庫(kù)都可以取得一定的性能提升，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的服務(wù)器中，優(yōu)化的效果更加顯著。
結(jié)論
預(yù)加載庫(kù)是一種簡(jiǎn)單而有效的提升Linux性能的技術(shù)，可以加快應(yīng)用程序的啟動(dòng)和運(yùn)行速度，尤其適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的服務(wù)型應(yīng)用。使用預(yù)加載庫(kù)可以提供一些輔助功能，例如自定義的內(nèi)存分配和釋放，高并發(fā)操作等。需要注意的是，使用預(yù)加載庫(kù)必須保持預(yù)加載庫(kù)的版本和應(yīng)用程序版本的匹配，以免出現(xiàn)未知的問(wèn)題。
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linux下動(dòng)態(tài)庫(kù)使用小結(jié)1. 靜態(tài)庫(kù)和動(dòng)態(tài)庫(kù)的基本概念靜態(tài)庫(kù)，是在可執(zhí)行程序連接時(shí)就已經(jīng)加入到執(zhí)行碼中，在物理上成為執(zhí)行程序的一部分；使用靜態(tài)庫(kù)編譯的程序運(yùn)行時(shí)無(wú)需該庫(kù)文件支持，哪里都可以用，但是生成的可執(zhí)行文件較大。動(dòng)態(tài)庫(kù)，是在可執(zhí)行程序啟動(dòng)時(shí)加載到執(zhí)行程序中，可以被多個(gè)可執(zhí)行程序共享使用。使用動(dòng)態(tài)庫(kù)編譯生成的程序相對(duì)較小，但運(yùn)行時(shí)需要庫(kù)文件支持，如果機(jī)器里沒(méi)有這些庫(kù)文件就不能運(yùn)行。2． 如何使用動(dòng)態(tài)庫(kù)如何程序在連接時(shí)使用了共享庫(kù)，就必須在運(yùn)行的時(shí)候能夠找到共享庫(kù)的位置。linux的可執(zhí)行程序在執(zhí)行的時(shí)候默認(rèn)是先搜索/lib和/usr/lib這兩個(gè)目錄，然后按照/etc/ld.so.conf里面的配置搜索絕對(duì)路徑。同時(shí)，linux也提供了環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH供用戶選擇使用，用戶可以通過(guò)設(shè)定它來(lái)查找除默認(rèn)路徑之外的其他路徑，如查找/work/lib路徑,你可以在/etc/rc.d/rc.local或其他系統(tǒng)啟動(dòng)后即可執(zhí)行到的腳本添加如下語(yǔ)句：LD_LIBRARY_PATH =/work/lib:$(LD_LIBRARY_PATH)。并且LD_LIBRARY_PATH路徑優(yōu)先于系統(tǒng)默認(rèn)路徑之前查找。不過(guò)LD_LIBRARY_PATH的設(shè)定作用是全局的，過(guò)多的使用可能會(huì)影響到其他應(yīng)用程序的運(yùn)行，所以多用在調(diào)試。通常情況下推薦還是使用gcc的-R或-rpath選項(xiàng)來(lái)在編譯時(shí)就指定庫(kù)的查找路徑，并且該庫(kù)的路徑信息保存在可執(zhí)行文件中，運(yùn)行時(shí)它會(huì)直接到該路徑查找?guī)?，避免了使用LD_LIBRARY_PATH環(huán)境變量查找。3．庫(kù)的鏈接時(shí)路徑和運(yùn)行時(shí)路徑現(xiàn)代連接器在處理動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)將鏈接時(shí)路徑（Link-time path）和運(yùn)行時(shí)路徑（Run-time path）分開(kāi),用戶可以通過(guò)-L指定連接時(shí)庫(kù)的路徑，通過(guò)-R（或-rpath）指定程序運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路徑，大大提高了庫(kù)應(yīng)用的靈活性。比如我們做嵌入式移植時(shí)#arm-linux-gcc $(CFLAGS) –o target –L/work/lib/zlib/ -llibz-1.2.3 (work/lib/zlib下是交叉編譯好的zlib庫(kù))，將target編譯好后我們只要把zlib庫(kù)拷貝到開(kāi)發(fā)板的系統(tǒng)默認(rèn)路徑下即可?；蛘咄ㄟ^(guò)-rpath（或-R ）、LD_LIBRARY_PATH指定查找路徑。小問(wèn)題：1．編譯時(shí)的-L選項(xiàng)是否影響LD_LIBRARY_PATH的值？舉一個(gè)實(shí)例：當(dāng)前文件夾結(jié)構(gòu)如下：test.c tools/tool下有tool.c tool.h my_err.h 以及由此生成的libtool.sotool下編譯生成庫(kù)文件gcc -Wall -g -shared -o tool.so tool.c在當(dāng)前文件夾引用：gcc -Wall -g –o test.c -Ltools -ltool編譯不報(bào)錯(cuò)，但是運(yùn)行加載的時(shí)候就出現(xiàn)cannot open shared object file。如果將該庫(kù)文件拷貝到/usr/lib下就沒(méi)有錯(cuò)誤，正常運(yùn)行。說(shuō)明編譯時(shí)的-L選項(xiàng)并不影響環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH，-L只是指定了程序編譯連接時(shí)庫(kù)的路徑，并不影響程序執(zhí)行時(shí)庫(kù)的路徑，系統(tǒng)還是會(huì)到默認(rèn)路徑下查找該程序所需要的庫(kù)。
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