嵌入式系统中的模块动态加载技术(2)

2.2、模块的声明

模块首先要定义它的相关属性。这里使用模块声明文件来完成这个工作。模块声明文件中需要定义：模块名字、版本、对外提供的API接口。在系统编译模块程序后，会调用一系列的script代码。这些script会根据模块名字查找模块对应的模块声明文件，并根据该文件生成供模块调用者使用的调用库和与模块一起链接的附加库。

附加库包含系统后台通过调用script生成的接口函数地址表和模块注册函数。在每个模块的初始化函数中，会调用一个模块的注册函数(该函数主要工作是向系统注册模块的名字和接口函数地址表地址)。当模块被加载时，初始化函数会被系统调用，向系统注册模块信息，此后模块交由加载器统一管理。

2.3、调用库

每个模块在提供一个模块重定位表的同时，必须提供一个与之对应的模块调用库。别的目标程序必须并且只能通过调用库来使用这个模块提供的服务。每个调用库都有一个存储本模块重定位表的地址指针变量。该变量在模块被目标程序第一次使用时会被初始化为相应模块重定位表地址。

在模块第一次被目标程序使用即开始动态加载过程时，首先运行的是调用库的库初始化代码(Library initialcode)，它通过指定的系统调用来初始化库中的模块重定位表基地址指针。此后每次目标程序使用模块提供的函数接口时，都通过以下公式得到该接口的实际地址：模块接口实际地址=模块重定位表基地址+函数index×4。

在该公式中，函数index是指对应函数在模块重定位表中的数组下标值。因为根据模块声明文件生成的调用库中已经包含了每个函数的索引信息(index)，同时在32位系统中需要乘以4得到准确的偏移量，所以当调用库中重定位表地址被初始化后，可以通过这样一个简单计算得到指定接口实际地址，完成函数调用。

当一个目标程序使用了模块，并正确动态加载后，其关系如图2所示。目标程序中链接了调用库，包含了函数跳转表和指向模块重定位表基地址的指针(ModuleBase)；模块中则链接了附加库，包含了函数接口地址表(模块重定位表)。调用模块函数时，经过动态加载模块的过程以后，目标程序的模块重定位表基址指针指向了对应模块的函数接口表，然后函数调用就可以顺利进行了。

2.4、两级重定位表

在嵌入式领域，为了降低性能开销和增加确定性，目标机端加载器不会做程序重定位，而将相关工作在主机端完成，所以目标机端加载的所有程序都是绝对定位后的程序．为了实现系统动态扩展，必须使各个模块能够单独链接生成执行程序，并且运行时不用关心彼此的定位，这样即使一个模块被动态替换后也能同其他程序一起协调运行。这里通过两级重定位表机制来完成这个协调性的工作。

对于内核、操作系统组件模块或提供服务给其他目标程序使用的模块，要维护一张本模块提供的接口函数地址表(即模块重定位表，这里称之为二级重定位表)。为了保证本模块的向后兼容性，模块必须保证其接口函数在模块重定位表中的相对位置固定。即使今后不能提供这个接口函数，也需要将其保留，以保证同以前版本的二进制兼容性。

在模块的初始化代码中，模块通过系统调用向加载器注册这个模块重定位表的地址，注册时需提供模块名和模块重定位表的地址。加载器中管理着一个称为一级重定向表的表格。这个表的表项是“模块名”到“模块重定位表地址”的映射。因为这只是一个映射关系，所以各个模块对应的表项在一级表中的具体位置是可以改变的。

二级重定位表如图3所示。

使用两级重定位表的规则如下：

①模块可通过模块重定位表向其他目标程序提供接口函数；
②目标程序要使用别的模块提供的接口函数必须通过对应模块的调用库来实现；
③目标程序在使用别的模块提供的接口函数之前，必须通过加载器提供的系统调用服务获取对应模块重定位表来基地址初始化对方的调用库。

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