動的どうてき共有きょうゆうオブジェクト (DSO) サポート

実装じっそう

個々ここの Apache モジュールをロードするための DSO サポートは mod_so.c というモジュールの機能きのうに基もとづいています。 このモジュール は Apache のコアに静的せいてきに組くみ込こまれている必要ひつようがあります。 それは core.c 以外いがいでは DSO にできない唯一ゆいいつの モジュールです。事実じじつ上じょう、他たのすべての Apache のモジュールは、 インストールの文書ぶんしょで説明せつめいされているように、 configure の --enable-module=shared オプションでそれぞれを DSO ビルドにすることにより、DSO モジュールにすることができます。 mod_foo.so のような DSO にモジュールがコンパイルされれば、 httpd.conf ファイル中ちゅうで mod_so の LoadModule ディレクティブを使つかうことでサーバの起動きどうや再さい起動きどう時じにこのモジュールを ロードするようにできます。

Apache モジュール用ようの (特とくにサードパーティモジュールの) DSO ファイルの 作成さくせいを簡単かんたんにするために、apxs (APache eXtenSion) という新あたらしいサポートプログラムがあります。 Apache のソースツリーの外そとで DSO モジュールをビルドするために 使つかうことができます。発想はっそうは単純たんじゅんです: Apache のインストール時じの configure、make install のときに Apache の C ヘッダをインストールし、DSO ビルド用ようのプラットフォーム依存いぞんの コンパイラとリンカのフラグを apxs プログラムに追加ついかします。 これにより、ユーザが Apache の配布はいふソースツリーなしで、さらに DSO サポートのためのプラットフォーム依存いぞんのコンパイラやリンカの フラグをいじることなく Apache のモジュールのソースをコンパイル できるようになります。

使用しよう法ほうの概要がいよう

Apache 2.x の DSO 機能きのうの概略がいりゃくを知しることができるための、 短みじかく簡潔かんけつな概要がいようです:

1. 配布はいふされている Apache モジュール、仮かりに mod_foo.c として、それを DSO mod_foo.so にビルド、インストール:

   $ ./configure --prefix=/path/to/install --enable-foo=shared
$ make install

2. サードパーティ Apache モジュール、仮かりに mod_foo.c として、それを DSO mod_foo.so にビルド、インストール:

   $ ./configure --add-module=module_type:/path/to/3rdparty/mod_foo.c \
--enable-foo=shared
$ make install

3. 共有きょうゆうモジュールの 後々あとあとのインストール のために Apache を設定せってい:

   $ ./configure --enable-so
$ make install

4. サードパーティ Apache モジュール、仮かりに mod_foo.c として、それを apxs を使つかって Apache ソースツリーの外そとで DSO にビルド、インストール:

   $ cd /path/to/3rdparty
$ apxs -c mod_foo.c
$ apxs -i -a -n foo mod_foo.la

どの場合ばあいにおいても、共有きょうゆうモジュールをコンパイルした後のちで、 httpd.conf で LoadModule ディレクティブを使つかって Apache がモジュールを使用しようするように しなければなりません。

背景はいけい

最近さいきんの Unix 系けいの OS には 動的どうてき共有きょうゆうオブジェクト (DSO) の動的どうてきリンク/ロードという気きのきいた機構きこうが 存在そんざいします。これは、実行じっこう時じにプログラムのアドレス空間くうかんに ロードできるような特別とくべつな形式けいしきでプログラムをビルドすることを 可能かのうにします。

このロードは二ふたつの方法ほうほうで行おこなうことができます: 実行じっこうプログラムが 起動きどうされたときに ld.so というシステムプログラム により自動的じどうてきに行おこなわれる方法ほうほうと、実行じっこうプログラム中ちゅうから、システムコール dlopen()/dlsym() による Unix ローダへの プログラムシステムのインタフェースを使つかって手動しゅどうで行おこなう方法ほうほうとが あります。

最初さいしょの方法ほうほうでは DSO は普通ふつうは共有きょうゆうライブラリや DSO ライブラリ と呼よばれていて、DSO の名前なまえは libfoo.so や libfoo.so.1.2 のようになっています。 これらはシステムディレクトリ (通常つうじょう /usr/lib) に存在そんざいし、 実行じっこうプログラムへのリンクはビルド時じに -lfoo をリンカに 指定していすることで確立かくりつされます。これによりライブラリへの参照さんしょうが実行じっこうプログラムの ファイルに書かき込こまれて、起動きどう時じに Unix のローダが /usr/lib や、 リンカの -R のようなオプションによりハードコードされたパス、 環境かんきょう変数へんすう LD_LIBRARY_PATH により設定せっていされたパス、の中なかから libfoo.so の場所ばしょを見みつけることができます。それから、 実行じっこうプログラム中ちゅうの (まだ未み解決かいけつの) シンボルを DSO にあるシンボルで 解決かいけつします。

普通ふつうは実行じっこうプログラム中ちゅうのシンボルは DSO からは参照さんしょうされません (DSO は一般いっぱん的てきなコードによる再さい利用りよう可能かのうなライブラリですので)。 ですから、さらなるシンボルの解決かいけつは必要ひつようありません。 シンボルは Unix ローダにより完全かんぜんな解決かいけつが行おこなわれますので、実行じっこうファイル自身じしんは 何なにもする必要ひつようがありません。(実際じっさいのところ、静的せいてきでない方法ほうほうでリンクされている すべての実行じっこうプログラムに組くみ込こまれている開始かいし用ようのコードの一部いちぶに ld.so を起動きどうするコードが含ふくまれています)。よく使つかわれる ライブラリの動的どうてきロードの利点りてんは明あきらかです。ライブラリのコードは システムライブラリに libc.so のようにして一度いちど保存ほぞんするだけでよく、 プログラムのために必要ひつようなディスクの領域りょういきを節約せつやくすることができます。

二ふたつめの方法ほうほうでは DSO は普通ふつうは共有きょうゆうオブジェクトや DSO ファイルと呼よばれていて、任意にんいの拡張子かくちょうしを付つけることができます (ただし、標準ひょうじゅん的てきな名前なまえは foo.so です)。 これらのファイルは通常つうじょうはプログラム専用せんようのディレクトリに置おかれ、 これらを使つかう実行じっこうプログラムへのリンクは自動的じどうてきにはされません。 ですので、実行じっこうプログラムは dlopen() を使つかって 実行じっこう時じに手動しゅどうで DSO をプログラムのアドレス空間くうかんにロードする必要ひつようがあります。 この時点じてんでは実行じっこうプログラムに対たいして DSO のシンボルの解決かいけつは行おこなわれません。 しかし、その代かわりに Unix のローダが DSO の (まだ未み解決かいけつの) シンボルを 実行じっこうプログラムによりエクスポートされたシンボルと既すでにロードされた DSO ライブラリによりエクスポートされたシンボル (特とくに、どこにでもある libc.so のすべてのシンボル) で自動的じどうてきに解決かいけつします。 こうすることで、DSO は最初さいしょから静的せいてきにリンクされていたかのように、 実行じっこうプログラムのシンボルを知しることができます。

最後さいごに、DSO の API を利点りてんを生いかすために、プログラムは 後あとでディスパッチテーブルなどでシンボルを使つかうことができるように、 dlsym() を使つかっていくつかのシンボルを解決かいけつします。 すなわち: 実行じっこうプログラムは必要ひつようなすべてのシンボルを手動しゅどうで解決かいけつしなければ なりません。この機構きこうの利点りてんはプログラムのオプショナルな部分ぶぶんは 必要ひつようになるまでロードする必要ひつようがない (だからメモリも消費しょうひしない) ことです。必要ひつようならば、基本きほんプログラムの機能きのうを拡張かくちょうするために これらの部分ぶぶんを動的どうてきにロードすることができます。

この DSO 機構きこうは簡単かんたんなように見みえますが、少すくなくとも一ひとつ難むずかしい点てんが あります: プログラムを拡張かくちょうするために DSO を使つかっているときに、 DSO が実行じっこうプログラムからシンボルを解決かいけつする点てんです (二に番目ばんめの方法ほうほう)。 これはなぜでしょうか。それは、DSO のシンボルを実行じっこうプログラムの シンボルから「逆ぎゃく解決かいけつ」するというのはライブラリの設計せっけい (ライブラリはそれを使用しようするプログラムのことは何なにも 知しらない) に反はんしていて、この機能きのうはすべてのプラットフォームに あるわけではなく、標準ひょうじゅん化かもされていないからです。 実際じっさいには実行じっこうプログラムのグローバルなシンボルは再さいエクスポートされることは あまりなく、DSO から使つかうことができません。リンカにグローバルシンボルすべてを エクスポートするようにさせる方法ほうほうを見みつけることが、実行じっこう時じにプログラムを 拡張かくちょうするために DSO を使つかうときの一番いちばんの問題もんだいです。

共有きょうゆうライブラリのアプローチが普通ふつうの方法ほうほうです。DSO 機構きこうはそのために 設計せっけいされたものですから。したがって、その方法ほうほうはオペレーティングシステムが 提供ていきょうするほとんどすべての種類しゅるいのライブラリで使つかわれています。 一方いっぽう、プログラムの拡張かくちょうのために共有きょうゆうオブジェクトを使用しようする、という方ほうは あまり使つかわれていません。

1998 年ねんの時点じてんで、実行じっこう時じに実際じっさいに機能きのう拡張かくちょうのために DSO 機構きこうを使つかっている ソフトウェアパッケージは少すこしだけでした: Perl 5 (XS 機構きこうと DnaLoader モジュール によるもの)、Netscape サーバなどです。Apache はすでに モジュールの概念がいねんを使つかって機能きのう拡張かくちょうをしていて、内部ないぶ的てきにディスパッチリストに 基もとづいた外部がいぶモジュールの Apache コア機能きのうへのリンクを行おこなっていましたので、 バージョン 1.3 から、Apache も DSO 機構きこうを使つかう仲間なかまになりました。 Apache は実行じっこう時じに DSO を使つかってモジュールをロードするようにすでに 運命うんめい付つけられていたのです。

利点りてんと欠点けってん

上記じょうきの DSO に基もとづいた機能きのうは以下いかの利点りてんがあります:

• 実際じっさいのサーバプロセスを組くみ立たてるために、 ビルド時じに configure のオプションを使つかう代かわりに 実行じっこう時じに httpd.conf の設定せってい用ようコマンド LoadModule を使つかうことができますので、サーバパッケージの柔軟じゅうなん性せいが高たかまりました。 たとえば、一ひとつの Apache のインストールから 違ちがう構成こうせいのサーバ (標準ひょうじゅん版ばんと SSL 版ばん、最小さいしょう構成こうせいと拡張かくちょう版ばん [mod_perl, PHP3] など) を実行じっこうすることができます。
• インストールの後のちであっても、サーバのパッケージをサードパーティ モジュールで簡単かんたんに拡張かくちょうできるようになりました。これは、Apache コア パッケージと、PHP3, mod_perl, mod_fastcgi など の追加ついかの パッケージを作成さくせいできるので、少すくなくともベンダのパッケージ管理かんり者しゃにとって 大おおきな利点りてんがあります。
• Apache モジュールの開発かいはつが簡単かんたんになります。 これは DSO と apxs の組くみ合あわせにより、Apache ソースツリーの 外そとで作業さぎょうでき、開発かいはつ中ちゅうのモジュールの新あたらしいバージョンを 実行じっこう中ちゅうの Apache サーバに組くみ込こむために apxs -i と apachectl restart を行おこなうだけで良よくなるからです。

DSO には以下いかの欠点けってんがあります:

• すべてのオペレーティングシステムがプログラムのアドレス空間くうかんに コードを動的どうてきロードすることをサポートしているわではないので、 プラットフォームによっては DSO 機構きこうは使つかえません。
• Unix のローダがシンボルの解決かいけつをする必要ひつようができたので、 そのオーバヘッドによりサーバの起動きどう時間じかんが約やく 20% 遅おそくなっています。
• 位置いち非ひ依存いぞんコード (PIC) (訳注やくちゅう position independent code) は 相対そうたいアドレスのために複雑ふくざつなアセンブラのトリックが必要ひつようなことがあり、 それは必かならずしも絶対ぜったいアドレスと同おなじくらいの速度そくどがでるわけではありませんので、 プラットフォームによってはサーバの実行じっこう速度そくどが約やく 5% 遅おそくなります。
• DSO モジュールはすべてのプラットフォームで他たの DSO に基もとづいた ライブラリに対たいしてリンクできる (ld -lfoo) というわけではありませんので (たとえば、a.out のプラットフォームでは この機能きのうはありませんが、ELF のプラットフォームにはあります)、 すべての種類しゅるいのモジュールに DSO 機構きこうを使つかえるわけではありません。 い換いかえると、DSO ファイルとしてコンパイルされたモジュールの 使つかえるシンボルは、 Apache のコアのシンボル、C ライブラリ (libc) と Apache コアが使つかっている他ほかのすべての静的せいてきなライブラリと動的どうてきライブラリの シンボル、PIC による静的せいてきなライブラリ (libfoo.a) の シンボルのみに制限せいげんされます。その他たのコードを使つかう方法ほうほうは、 Apache コア自身じしんがすでにそのコードへの参照さんしょうがあるようにするか、 dlopen () を使つかってコードを自分じぶん自身じしんでロードするかの どちらかしかありません。