c++ - GCC:用于静态链接到 pthread 的 --whole-archive 配方在最近的 gcc 版本中停止工作
问题描述
针对 pthread 的静态链接在 Linux 上是一个困难的话题。它曾经可以包装-lpthread
为-Wl,--whole-archive -lpthread -Wl,--no-whole-archive
(详细信息可以在这个答案中找到)。
效果是符号(对于 pthread)是强的,而不是弱的。由于在 Ubuntu 18.04 左右(在 gcc 5.4.0 和 gcc 7.4.0 之间),这种行为似乎发生了变化,并且 pthread 符号现在总是以独立于--whole-archive
选项的弱符号结束。
正因为如此,-whole-archive
配方停止工作。我的问题的目的是了解工具链(编译器、链接器、标准库)中最近发生了什么变化,以及可以做些什么来恢复旧的行为。
例子:
#include <mutex>
int main(int argc, char **argv) {
std::mutex mutex;
mutex.lock();
mutex.unlock();
return 0;
}
在以下所有示例中,都使用了相同的编译命令:
g++ -std=c++11 -Wall -static simple.cpp -Wl,--whole-archive -lpthread -Wl,--no-whole-archive
以前,使用 编译时-static
,pthread 符号(例如pthread_mutex_lock
)是强符号(标记为T
)nm
,但现在它们是弱符号( W
):
Ubuntu 14.04:docker run --rm -it ubuntu:14.04 bash
$ apt-get update
$ apt-get install g++
$ g++ --version
g++ (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.4) 4.8.4
$ nm a.out | grep pthread_mutex_lock
0000000000408160 T __pthread_mutex_lock
00000000004003e0 t __pthread_mutex_lock_full
0000000000408160 T pthread_mutex_lock
Ubuntu 16.04:docker run --rm -it ubuntu:16.04 bash
$ g++ --version
g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12) 5.4.0 20160609
$ nm a.out | grep pthread_mutex_lock
00000000004077b0 T __pthread_mutex_lock
0000000000407170 t __pthread_mutex_lock_full
00000000004077b0 T pthread_mutex_lock
Ubuntu 18.04:docker run --rm -it ubuntu:18.04 bash
$ g++ --version
g++ (Ubuntu 7.4.0-1ubuntu1~18.04.1) 7.4.0
$ nm ./a.out | grep pthread_mutex_lock
0000000000407010 T __pthread_mutex_lock
00000000004069d0 t __pthread_mutex_lock_full
0000000000407010 W pthread_mutex_lock
把它们加起来:
- Ubuntu 14.04 & 16.04:(
T pthread_mutex_lock
强符号) - Ubuntu 18.04:(
W pthread_mutex_lock
弱符号)
在更复杂的示例中,这可能导致分段错误。例如,在这段代码中(未修改的文件可以在这里找到):
#include <pthread.h>
#include <thread>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>
std::mutex mutex;
void myfunc(int i) {
mutex.lock();
std::cout << i << " " << std::this_thread::get_id() << std::endl << std::flush;
mutex.unlock();
}
int main(int argc, char **argv) {
std::cout << "main " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
std::vector<std::thread> threads;
unsigned int nthreads;
if (argc > 1) {
nthreads = std::strtoll(argv[1], NULL, 0);
} else {
nthreads = 1;
}
for (unsigned int i = 0; i < nthreads; ++i) {
threads.push_back(std::thread(myfunc, i));
}
for (auto& thread : threads) {
thread.join();
}
}
尝试生成静态二进制文件失败,例如:
$ g++ thread_get_id.cpp -Wall -std=c++11 -O3 -static -pthread -Wl,--whole-archive -lpthread -Wl,--no-whole-archive
$ ./a.out
Segmentation fault (core dumped)
我试图 drop -O3
、switching to clang++
、切换到 Gold 链接器等。但它总是崩溃。据我了解,静态二进制文件崩溃的原因是基本函数(例如pthread_mutex_lock
)最终不会成为强符号。因此,它们在最终的二进制文件中丢失,导致运行时错误。
除了 Ubuntu 18.04,我还可以使用 gcc 10.0.0 在 Arch Linux 上重现相同的行为。但是,在 Ubuntu 14.04 和 16.04 上,可以创建和执行静态二进制文件而不会出现任何错误。
问题:
- 构建工具链(在 gcc 5.4.0 和 gcc 7.4.0 之间)发生了什么变化?(疯狂的猜测:我在那个时候看到了C11 的 pthread 清理。也许这就是原因?)
- 是回归,还是旧的解决方法不再正确。
- 如果不是回归,应该做些什么来允许静态链接到 pthread?
解决方案
新的解决方法:-Wl,--whole-archive -lrt -lpthread -Wl,--no-whole-archive
正如 Federico 所指出的,添加-lrt
可以防止崩溃。整个问题几乎肯定与实时扩展库 librt 有关。它的计时函数(例如 , clock_gettime
)clock_nanosleep
用于实现线程。
在 Ubuntu 16.04 和 18.04 之间,glibc 中也有与这些功能相关的变化。我无法弄清楚细节,但代码中有注释:
/* clock_nanosleep 在 2.17 版本中移至 libc;旧的二进制文件可能需要它在 librt 中的符号版本。*/
同样对于较新的提交消息:
提交 79a547b162657b3fa34d31917cc29f0e7af19e4c
作者:Adhemerval Zanella
日期:2019 年 11 月 5 日星期二 19:59:36 +0000nptl:将 nanosleep 实现移动到 libc
检查 x86_64-linux-gnu 和 powerpc64le-linux-gnu。我还检查了每个受影响的 ABI 的 libpthread.so .gnu.version_d 条目,它们都包含所需的版本(包括导出具有不同版本的 __nanosleep 的架构)。
总结一下,解决方法是添加-lrt
. 请注意,在某些示例中(不在此处),排序是相关的。从 gcc 中的测试和其他一些讨论中,我得到的印象是,首先链接 librt 导致的问题比在 pthread 之后链接要少。(在一个例子中,-lpthread -lrt -lpthread
似乎只是有效,但不清楚为什么。)
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