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CMake库搜索函数居然不搜索LD_LIBRARY_PATH

2022-07-30 14:31:00 【InfoQ】

本文分享自华为云社区《

CMake库搜索函数居然不搜索LD_LIBRARY_PATH？由编译工具使用体验而引发的思考

》，作者：蜉蝣与海。

最近产品要使用JNI技术，CMake编译C++代码时需要对外链接 libjvm.so 库。代码编译倒是正常，系统中也有 libjvm.so，然而使用时却报了如下异常：

error while loading shared libraries: libjvm.so: cannot open shared object file: No such file or directory

这个报错表示，操作系统并没有找到 libjvm.so，我们的操作系统是从LD_LIBRARY_PATH中搜索这些动态链接库，很显然目前 libjvm.so 并不在这个目录下。

问题的解决倒是简单，直接在LD_LIBRARY_PATH里加入 libjvm.so 的库即可。但是这却引发了我的思考：

为什么构建时可以找到 libjvm.so，运行时却找不到呢？

这个问题的回答，既可以有简明扼要版解释，又可以刨根问底深挖。

先来看简明扼要版解释：

代码的CMakeList中使用了下列语句，在编译过程中寻找并链接 libjvm.so，这个搜索方式和操作系统的搜索方式不同：

find_package(JNI)
get_filename_component(JVM_LIB_PATH ${JAVA_JVM_LIBRARY} DIRECTORY)
get_filename_component(JAVA_LIB_PATH ${JVM_LIB_PATH} DIRECTORY)
link_directories(${JVM_LIB_PATH} ${JAVA_LIB_PATH})
set_target_properties(${NAME} PROPERTIES LINK_FLAGS &quot;-ljvm&quot;)

其中find_package（JNI）会搜索 libjvm.so 可能存在的路径，通过get_filename_component来获得 libjvm.so 的文件夹，并把这个文件夹设为默认搜索库路径。而后set_target_properties会进行链接工作。这个答案只能告诉我们"是什么"，但是作为一只程序猿，还要了解"为什么"，这里引申几个问题讨论：

1、find_package（JNI）的工作过程是怎样的？为什么LD_LIBRARY_PATH里没找到的依赖库，cmake可以找到

2、cmake的库搜索函数find_library会搜索LD_LIBRARY_PATH吗，如果不会，可以通过设置来搜索LD_LIBRARY_PATH吗？

问题一：find_package（JNI）的工作过程是怎样的

为了方便开发者引用外部包，cmake官方预定义了许多寻找依赖包的Module，他们存储在cmake的/share/-cmake-<version>/Modules目录下。每个以Find<LibraryName>.cmake命名的文件都可以帮我们找到一个包[1]。在本地计算机执行以下指令，即可找到find_package（JNI）使用的脚本文件。

find / -name FindJNI.cmake

打开自己的cmake对应的FindJNI文件，可以看到密密麻麻的注释和脚本，通过阅读这些脚本，我们得以得知FindJNI是如何工作的。

分析问题前，先看问题带来的结果，文件最上方注释有如下说明：

This module sets the following result variables:
``JNI_INCLUDE_DIRS``
 the include dirs to use
``JNI_LIBRARIES``
 the libraries to use (JAWT and JVM)
``JNI_FOUND``
 TRUE if JNI headers and libraries were found.
Cache Variables
^^^^^^^^^^^^^^^
The following cache variables are also available to set or use:
``JAVA_AWT_LIBRARY``
 the path to the Java AWT Native Interface (JAWT) library
``JAVA_JVM_LIBRARY``
 the path to the Java Virtual Machine (JVM) library
``JAVA_INCLUDE_PATH``
 the include path to jni.h
``JAVA_INCLUDE_PATH2``
 the include path to jni_md.h and jniport.h
``JAVA_AWT_INCLUDE_PATH``
 the include path to jawt.h

这段代码表明，执行find_package（JNI）之后，会有一系列变量被设置，其中包括表示JNI是否被找到的变量JNI_FOUND，以及表示 libjvm.so 的变量JAVA_JVM_LIBRARY。这些变量在设定之后，通过FindPackageHandleStandardArgs导出，返回调用处，FindPackageHandleStandardArgs是cmake专门用来导出变量的宏[2]：

include(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/FindPackageHandleStandardArgs.cmake)
FIND_PACKAGE_HANDLE_STANDARD_ARGS(JNI DEFAULT_MSG JAVA_AWT_LIBRARY
 JAVA_JVM_LIBRARY
 JAVA_INCLUDE_PATH
 JAVA_INCLUDE_PATH2
 JAVA_AWT_INCLUDE_PATH)

在文件中定位JAVA_JVM_LIBRARY，可以追踪到下述代码片段：

foreach(search ${_JNI_SEARCHES})
 find_library(JAVA_JVM_LIBRARY ${_JNI_${search}_JVM})
 find_library(JAVA_AWT_LIBRARY ${_JNI_${search}_JAWT})
 if(JAVA_JVM_LIBRARY)
 break()
 endif()
endforeach()

由此可知，JAVA_JVM_LIBRARY这个变量，是通过逐个搜索${_JNI_${search}_JVM}里的文件夹进而确定JAVA_JVM_LIBRARY的。而${_JNI_${search}_JVM}相关的定义语句如图：

set(_JNI_FRAMEWORK_JVM NAMES JavaVM)
set(_JNI_NORMAL_JVM
 NAMES jvm
 PATHS ${JAVA_JVM_LIBRARY_DIRECTORIES}
 )

其中JAVA_JVM_LIBRARY_DIRECTORIES中涉及了大量可能的 libjvm.so 存在的路径。

set(JAVA_JVM_LIBRARY_DIRECTORIES)
foreach(dir ${JAVA_AWT_LIBRARY_DIRECTORIES})
 list(APPEND JAVA_JVM_LIBRARY_DIRECTORIES
 &quot;${dir}&quot;
 &quot;${dir}/client&quot;
 &quot;${dir}/server&quot;
 # IBM SDK, Java Technology Edition, specific paths
 &quot;${dir}/j9vm&quot;
 &quot;${dir}/default&quot;
 )
endforeach()
set(JAVA_AWT_LIBRARY_DIRECTORIES)
if(_JAVA_HOME)
 JAVA_APPEND_LIBRARY_DIRECTORIES(JAVA_AWT_LIBRARY_DIRECTORIES
 ${_JAVA_HOME}/jre/lib/{libarch}
 ${_JAVA_HOME}/jre/lib
 ${_JAVA_HOME}/lib/{libarch}
 ${_JAVA_HOME}/lib
 ${_JAVA_HOME}
 )
endif()
JAVA_APPEND_LIBRARY_DIRECTORIES(JAVA_AWT_LIBRARY_DIRECTORIES
 ${_JNI_JAVA_AWT_LIBRARY_TRIES}
 )
foreach(_java_dir IN LISTS _JNI_JAVA_DIRECTORIES_BASE)
 list(APPEND _JNI_JAVA_AWT_LIBRARY_TRIES
 ${_java_dir}/jre/lib/{libarch}
 ${_java_dir}/jre/lib
 ${_java_dir}/lib/{libarch}
 ${_java_dir}/lib
 ${_java_dir}
 )
 list(APPEND _JNI_JAVA_INCLUDE_TRIES
 ${_java_dir}/include
 )
endforeach()

如上图所示，变量依赖顺序如下：

JAVA_JVM_LIBRARY_DIRECTORIES => JAVA_AWT_LIBRARY_DIRECTORIES => _JNI_JAVA_AWT_LIBRARY_TRIES & _JAVA_HOME => _JNI_JAVA_DIRECTORIES_BASE

最终发现JAVA_JVM_LIBRARY_DIRECTORIES变量的值，是由JAVA_HOME变量的值和_JNI_JAVA_DIRECTORIES_BASE变量的值共同决定的。而JNI_JAVA_DIRECTORY_BASE预置了大量预定义路径：

set(_JNI_JAVA_DIRECTORIES_BASE
 /usr/lib/jvm/java
 /usr/lib/java
 /usr/lib/jvm
 /usr/local/lib/java
 /usr/local/share/java
 /usr/lib/j2sdk1.4-sun
 /usr/lib/j2sdk1.5-sun
 /opt/sun-jdk-1.5.0.04
 /usr/lib/jvm/java-6-sun
 /usr/lib/jvm/java-1.5.0-sun
 /usr/lib/jvm/java-6-sun-1.6.0.00 # can this one be removed according to #8821 ? Alex
 /usr/lib/jvm/java-6-openjdk
 /usr/lib/jvm/java-1.6.0-openjdk-1.6.0.0 # fedora
 # Debian specific paths for default JVM
 /usr/lib/jvm/default-java
 # Arch Linux specific paths for default JVM
 /usr/lib/jvm/default
 # Ubuntu specific paths for default JVM
 /usr/lib/jvm/java-11-openjdk-{libarch} # Ubuntu 18.04 LTS
 /usr/lib/jvm/java-8-openjdk-{libarch} # Ubuntu 15.10
 /usr/lib/jvm/java-7-openjdk-{libarch} # Ubuntu 15.10
 /usr/lib/jvm/java-6-openjdk-{libarch} # Ubuntu 15.10
 # OpenBSD specific paths for default JVM
 /usr/local/jdk-1.7.0
 /usr/local/jre-1.7.0
 /usr/local/jdk-1.6.0
 /usr/local/jre-1.6.0
 # SuSE specific paths for default JVM
 /usr/lib64/jvm/java
 /usr/lib64/jvm/jre
 )

通过以上分析可以看出，JAVA_JVM_LIBRARY的搜索，依赖JAVA_HOME和大量预定义路径。

问题二：cmake库搜索函数find_library会搜索LD_LIBRARY_PATH吗

通过阅读Does CMake's find_library search LD_LIBRARY_PATH可以知道，find_library默认不搜索LD_LIBRARY_PATH，并且网上也找不到让cmake搜索LD_LIBRARY_PATH的文章。

那cmake能搜索LD_LIBRARY_PATH吗？

答案是可以的，通过cmake获取LD_LIBRARY_PATH环境变量，并转为cmake可理解的list格式，而后注入find_library即可，代码如下：

string(REPLACE &quot;:&quot; &quot;;&quot; RUNTIME_PATH &quot;$ENV{LD_LIBRARY_PATH}&quot;)
find_library(JVM_API NAMES jvm HINTS ${RUNTIME_PATH})
if (JVM_API STREQUAL &quot;JVM_API-NOTFOUND&quot;)
 message(WARNING &quot;found libjvm.so only in ${JAVA_JVM_LIBRARY} but not in LD_LIBRARY_PATH. environment variable LD_LIBRARY_PATH must include its' directory.&quot;)
endif()

如果希望找不到这个库时编译失败，可以将warning改为fatal_error，代码如下：

string(REPLACE &quot;:&quot; &quot;;&quot; RUNTIME_PATH &quot;$ENV{LD_LIBRARY_PATH}&quot;)
find_library(JVM_API NAMES jvm HINTS ${RUNTIME_PATH})
if (JVM_API STREQUAL &quot;JVM_API-NOTFOUND&quot;)
 message(FATAL_ERROR &quot;found libjvm.so only in ${JAVA_JVM_LIBRARY} but not in LD_LIBRARY_PATH. environment variable LD_LIBRARY_PATH must include its' directory.&quot;)
endif()