Dynamic loading

Dynamic loading (dynamické načítání) je v informatice označení pro mechanismus, který načte knihovnu do paměťového prostoru za běhu procesu. Běžící proces tak získá možnost volat procedury a funkce, které se nacházejí v načtené knihovně. Knihovnu lze později z paměti uvolnit. Mechanismus umožňuje programátorovi v případě nedostupnosti knihovny provést náhradní činnost (použít alternativní knihovnu, zobrazit hlášení uživateli a podobně). Tím se odlišuje od klasického zavádění dynamických knihoven při spuštění programu, kdy musí být přítomny všechny potřebné knihovny.

Historie

Dynamické načítání bylo běžným mechanismem pro operační systém IBM/360 (začátek 60. let až do současné Z/Architektury) a to zejména pro obsluhu vstupně-výstupních rutin, COBOL a PL/1 běhových knihoven. Co se týče programování aplikací, nahrávání je do značné míry transparentní, protože je většinou vyřešené na úrovni operačního systému. IBM využívá dynamické načtení od 70. let 20. století u transakčního zpracování strategického systému CICS a to jak pro jádro operačního systému, tak i pro normální aplikační programy. Opravy pak mohou být uskutečněny za běhu systému nebo programu bez nutnosti jejich restartu.

Mezi hlavní výhody patří:

opravy subsystému opravují celý program bez nutnosti jeho nového linkování
knihovny mohou být chráněny před neautorizovanou úpravou

Použití

Dynamické načítání je nejčastěji používáno v implementaci softwarových pluginů (modulární struktura Apache HTTP Serveru). Nebo v programech, které nabízejí více podporovaných knihoven a uživatel si je jednotlivě může volit (rozšiřující knihovny pro PHP).

C/C++

Dynamické načítání nepodporují všechny systémy. Mac OS X, Linux a Solaris nabízí dynamické načítání prostřednictvím knihovních „dl“ funkcí v jazyce C. Operační systém Windows podporuje dynamické načítání pomocí volání Windows API.

Shrnutí

Název	Standard POSIX/UNIX API	Microsoft Windows API
Zařazení hlavičkového souboru	`#include <dlfcn.h>`	`#include <windows.h>`
Definice hlavičky	`dl` (`libdl.so`, `libdl.dylib`, závisí na operačním systému)	`Kernel32.dll`
Načtení knihovny	`dlopen`	`LoadLibrary` `LoadLibraryEx`
Extrahování obsahu	`dlsym`	`GetProcAddress`
Zavření knihovny	`dlclose`	`FreeLibrary`

Načtení knihovny

Načtení knihovny se provede prostřednictvím LoadLibrary nebo LoadLibraryEx na operačním systému Windows a pomocí dlopen na operačních systémech na bázi Linuxu. Následují příklady:

Linux, *BSD, Solaris, etc.

void* sdl_library = dlopen("libSDL.so", RTLD_LAZY);
if(sdl_library == NULL) {
   // oznámení chyby ...
} else {
   // výsledek zavoláním dlsym
}

Mac OS X

UNIX library:

void* sdl_library = dlopen("libsdl.dylib", RTLD_LAZY);
if(sdl_library == NULL) {
   // oznámení chyby ...
} else {
   //  výsledek zavoláním dlsym
}

OS X Framework:

void* sdl_library = dlopen("/Library/Frameworks/SDL.framework/SDL", RTLD_LAZY);
if(sdl_library == NULL) {
   // oznámení chyby ...
} else {
   // výsledek zavoláním dlsym
}

Windows

HMODULE sdl_library = LoadLibrary("SDL.dll");
if( sdl_library == NULL) {
   //oznámení chyby ...
} else {
   // výsledek zavoláním GetProcAddress
}

Extrahování obsahu knihovny

Extrahování obsahu dynamicky načítané knihovny je dosaženo pomocí příkazu GetProcAddress ve Windows a dlsym v Unix systému.

Linux, *BSD, Mac OS X, Solaris, etc.

void* initializer = dlsym(sdl_library,"SDL_Init");
if(initializer == NULL) {
   // oznámení chyby ...
} else {
   ...
}

Windows

FARPROC initializer = GetProcAddress(sdl_library,"SDL_Init");
if(initializer == NULL) {
   // report error ...
} else {
   ...
}

Převod extrahovaného obsahu knihovny

Vrácený výsledek prostřednictvím dlsym() nebo GetProcAddress() musí být převeden do požadované destinace předtím, než může být použit.

Windows

V případě systému Windows, konverze je jednoduchá, protože FARPROC je v podstatě již ukazatel funkce:

typedef INT_PTR (*FARPROC)(void);

Může nastat problém, pokud adresy objektu jsou vyvolány místo funkce. Nicméně, obvykle jeden chce získat funkce stejně, takže to není ve výsledku problém.

typedef void (*sdl_init_function_type)(void);
sdl_init_function_type init_func = (sdl_init_function_type) initializer;

UNIX (POSIX)

Dle specifikace POSIX je výsledkem provedení dlsym() prázdný ukazatel (pointer), což způsobuje problém. Je to způsobeno tím, že programovací jazyky C a C++ nedovolují provést konverzi mezi ukazateli na objekty a ukazateli funkcí (není vyžadováno aby měl ukazatel funkce stejnou velikost jako ukazatel na objekt). Je tedy striktně zakázáno provést konverzi mezi typem void* a ukazatelem na funkci. Na většině v současnosti používaných systémů jsou ukazatele na funkce s ukazateli na objekty mezi sebou již konvertibilní.

Následující fragment kódu ukazuje jeden ze způsobů řešení, který umožňuje provádět tuto konverzi v různých systémech:

typedef void (*sdl_init_function_type)(void);
sdl_init_function_type init_func = (sdl_init_function_type)initializer;

Výše uvedená část programového kódu může u některých kompilátorů vyvolat toto varovné hlášení: „Přejmenování ukazatele dereferenčního typu porušuje pravidla aliasingu“. Řešením je použití následujícího programového kódu:

typedef void (*sdl_init_function_type)(void);
union { sdl_init_function_type func; void * obj; } alias;
alias.obj = initializer;
sdl_init_function_type init_func = alias.func;