鸿蒙OpenHarmony【轻量系统内核扩展组件(动态加载)】子系统开发

news2024/9/23 5:50:40

基本概念

在硬件资源有限的小设备中，需要通过算法的动态部署能力来解决无法同时部署多种算法的问题。以开发者易用为主要考虑因素，同时考虑到多平台的通用性，LiteOS-M选择业界标准的ELF加载方案，方便拓展算法生态。LiteOS-M提供类似于dlopen、dlsym等接口，APP通过动态加载模块提供的接口可以加载、卸载相应算法库。如图1所示，APP需要通过三方算法库所需接口获取对应信息输出，三方算法库又依赖内核提供的基本接口，如malloc等。APP加载所需接口，并对相关的未定义符号完成重定位后，APP即可调用该接口完成功能调用。目前动态加载组件只支持arm架构。此外，待加载的共享库需要验签或者限制来源，确保系统的安全性。

图1 LiteOS-M内核动态加载架构图

运行机制

符号表导出

共享库调用内核接口需要内核主动暴露动态库所需的接口，如图2所示，该机制将符号信息编译到指定段中，调用SYM_EXPORT宏即可完成对指定符号的信息导出。符号信息通过结构体SymInfo描述，成员包括符号名和符号地址信息，宏SYM_EXPORT通过__attribute__编译属性将符号信息导入.sym.*段中。

typedef struct {
  CHAR    *name;
  UINTPTR addr;
} SymInfo;

#define SYM_EXPORT(func)                                            \
const SymInfo sym_##func __attribute__((section(".sym."#func))) = { \
    .name = #func,                                                  \
    .addr = (UINTPTR)func                                           \
};

图2 导出的符号表信息

ELF文件加载

加载过程中，根据ELF文件的句柄以及程序头表的段偏移可以得到需要加载到内存的LOAD段，一般有两个段，只读段及读写段，如下所示，可以用readelf -l查看ELF文件的LOAD段信息。如图3所示，根据相应的对齐属性申请物理内存，通过每个段的加载基址及偏移将代码段或数据段写入内存中。

$ readelf -l lib.so

Elf file type is DYN (Shared object file)
Entry point 0x5b4
There are 4 program headers, starting at offset 52

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  EXIDX          0x000760 0x00000760 0x00000760 0x00008 0x00008 R   0x4
  LOAD           0x000000 0x00000000 0x00000000 0x0076c 0x0076c R E 0x10000LOAD           0x00076c 0x0001076c 0x0001076c 0x0010c 0x00128 RW  0x10000
  DYNAMIC        0x000774 0x00010774 0x00010774 0x000c8 0x000c8 RW  0x4

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     .ARM.exidx
   01     .hash .dynsym .dynstr .rel.dyn .rel.plt .init .plt .text .fini .ARM.exidx .eh_frame
   02     .init_array .fini_array .dynamic .got .data .bss
   03     .dynamic

图3 ELF文件的加载过程