Menulis Program dengan Teknik Dynamic Loading  

1.Pendahuluan 
     Dalam pembuatan sebuah program, terkadang kita tidak ingin semua fungsi diimplementasikan langsung pada program utama, karena kita mungkin belum tahu fungsi apa saja yang harus disediakan. Atau kita menginginkan pemakai program ini harus mempunyai kemungkinan untuk menambahkan fungsi-fungsi yang belum ada pada program yang akan kita tulis. Tentu saja semua itu harus dapat dilakukan tanpa harus melakukan proses rekompilasi program utama dari awal. Teknik Dynamic Loading adalah solusi yang tepat untuk merealisasikan keinginan di atas. Yang harus kita kerjakan hanyalah menulis program pokok yang mempunyai kemampuan memuatkan (loading) fungsi tambahan dan menginterpretasikan fungsi ini dengan benar. Sebelum kita membahas lebih jauh, kita harus mengetahui terlebih dahulu bagaimana tahapan proses dari file source code menjadi file yang bisa dieksekusi. Kita akan memulai dengan menulis program yang sudah tidak asing lagi bagi para pemrogram bahasa C yaitu Hello World. 

#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv)
{
   printf("Hello World");
}
Untuk melakukan proses kompilasi dapat dipakai perintah: 

$ gcc -o hello hello.c
     Instruksi di atas akan melakukan proses berikut: 

1.Proses kompilasi 
Source code hello.c dikompilasi menghasilkan file objek hello.o. Karena fungsi printf() tidak diimplementasikan di file ini, maka kompiler akan memberi catatan di tabel file objek ini bahwa fungsi printf() belum mempunyai referensi. 
2.Proses linking 
Linker akan mencari di librari standard pengimplementasi fungsi yang tidak dapat ditemukan pada saat proses kompilasi, dalam hal ini pengimplementasi fungsi printf(). 
     Perintah di atas secara implisit memanggil linker dan menambahkan beberapa librari standar sebagai parameter. Di sini pengimplementasi fungsi dari printf() akan ditemukan di libc yang juga ditambahkan tanpa sepengetahuan sang pemrogram. Proses linking librari ke program utama dibedakan menjadi dua tergantung dari caranya: 
2.Proses linking statis (static linking). 
Di sini jika pengimplementasi fungsi printf() ditemukan, maka akan dikopikan ke dalam file objek hello. 
3.Proses linking dinamis (dynamic linking). 

$ gcc -fPIC -c simple_dl.c
akan dihasilkan file objek simple_dl.o. Untuk mendapatkan file shared library simple_dl.so dari file objek ini dapat digunakan instruksi: 

$ gcc -shared -o simple_dl.so simple_dl.o
     Untuk lebih yakin lagi, bahwa kedua simbol info_linux dan hello_world terdapat di file shared library simple_dl.o dapat digunakan program nm. Program ini adalah salah satu tools terdapat pada binutils yang dapat menampilkan simbol dari sebuah objek file. Instruksi 

$ nm -g --defined-only -n simple_dl.so
hanya akan menampilkan simbol global yang sudah terdefinisi. Daftar simbol akan ditampilkan secara berurutan menurut alamat relatif simbol, seperti yang terlihat di bawah ini: 

00000618 ? _init
000007a0 T hello_world
00000840 A _etext
00000840 ? _fini
00001880 D info_linux
00001898 A _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
000018cc A _DYNAMIC
00001964 A __bss_start
00001964 A _edata
0000197c A _end
     Kolom kedua di atas menunjukkan tipe dari simbol. Huruf T mempunyai arti bahwa posisi simbol yang bersangkutan berada di bagian kode atau text, seperti halnya pada simbol hello_world yang adalah pengimplementasi fungsi. Sedangkan huruf D seperti pada simbol info_linux menandakan bahwa posisi simbol yang bersangkutan berada di bagian data yang terinitialisasi. Sekarang kita akan beralih membahas kode di dalam file main.c. Di sini kita mendefinisikan beberapa variabel. Dua diantaranya adalah void (*pFuncSimbol)(); dan char** pVarSimbol; Yang pertama adalah variabel pointer dari fungsi yang tidak mempunyai parameter (void) dan tidak mempunyai nilai kembali(void). Sedangkan variabel kedua adalah pointer dari character string. Sekarang kita akan membahas fungsi-fungsi yang dipakai di sini satu persatu. 

handle = dlopen("./simple_dl.so", RTLD_NOW);
if (!handle) {
   printf("Failed: %s\n", dlerror());
   return 1;
}
     Pertama-tama fungsi dlopen() akan dipanggil untuk memuatkan objek file shared library simple_dl.so ke memori. Program akan berakhir jika file ini tidak ditemukan. Jika objek file ini dapat dimuatkan ke memori dengan sukses, maka variabel handle selanjutnya dapat dipakai sebagai parameter untuk memanggil fungsi lainnya. 

pFuncSimbol = (void (*)())dlsym(handle, "hello_world");
error = dlerror();
if (error) {
   printf("Failed(2): %s\n", error);
   return 1;
}
     Fungsi dlsym() di atas dipanggil untuk mendapatkan referensi dari simbol hello_world. Jika simbol ini tidak ditemukan maka program akan berakhir. Informasi ini didapatkan dengan cara memanggil fungsi dlerror() yang akan mengembalikan hasil bukan NULL(lihat di atas tentang dlsym()). Jika simbol ditemukan, maka variabel pFuncSimbol sekarang mempunyai referensi ke simbol hello_world dari shared library simple_dl.so. 

pFuncSimbol();
     Dengan instruksi di atas, maka fungsi yang direferensi oleh variabel pFuncSimbol yang tak lain adalah fungsi hello_world di simple_dl.so akan dipanggil. Hasilnya dapat dilihat di layar monitor, yaitu penampilan character string "Hello world!". 

pVarSimbol = (char**)dlsym(handle, "info_linux");
error = dlerror();
if (error) {
   printf("Failed(2): %s\n", error);
   return 1;
}
     Seperti sebelumnya, di sini fungsi dlsym() dipakai untuk mendapatkan referensi dari simbol info_linux. Jika simbol ditemukan, maka sekarang pVarSimbol mempunyai referensi ke simbol info_linux yang isinya tidak lain adalah character string "Info Linux!". 

printf("%s\n", *pVarSimbol);
     Di sini isi dari referensi pVarSimbol "Info Linux!" akan ditampilkan di layar monitor. 

dlclose(handle);
     Setelah kita tidak membutuhkan lagi, maka kita harus menutup handle yang telah kita buka sebelumnya. Untuk menghasilkan file program main yang dapat dieksekusi, dapat digunakan instruksi seperti berikut: 

$ gcc -o main main.c -ldl
     Dengan parameter -ldl maka pada proses linking shared library libdl.so yang mengimplementasi API Dynamic Loading akan ditambahkan. Setelah berhasil, jika program main dieksekusi maka di layar monitor akan ada tampilan sebagai berikut: 

$ ./main
Hello world!
Info Linux!
4.Memanggil Fungsi di Program Utama dari Objek shared library 
     Pada banyak kasus kita akan memerlukan fungsi yang sudah diimplementasikan di program utama untuk dipanggil dari objek shared library. Dari sisi objek shared library sendiri tidak ada masalah, selama fungsi ini sudah terimplementasi di program utama, karena pembuatan file shared library tidak membutuhkan proses linking. Yang menjadi kunci pokok di sini adalah, bahwa simbol fungsi di program utama harus ditambahan ke tabel simbol dinamik (dynamic symbol table). Tabel ini memuat semua simbol yang akan dapat diakses oleh semua objek shared library pada saat runtime. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan parameter -rdynamic pada proses pembuatan file program utama. Parameter ini akan menginstruksikan kompiler untuk melewatkan parameter -export-dynamic pada proses linking oleh ld. Jika parameter ini tidak ditambahkan, maka tabel simbol dinamik hanya akan berisi simbol yang direferensi oleh objek shared library saat proses linking pada pembuatan file program utama. Kita akan menambahkan beberapa baris pada file main.c dan simple_dl.c untuk menunjukkan hal di atas. Pada file main.c ditambahkan sebuah fungsi hello_main() yang akan dipanggil dari file simple_dl.c. 

/*==============================
 * Fungi tambahan di file main.c
 */

void hello_main(const char* txt)
{
  printf("%s\n", txt);
}
Fungsi hello_main() hanya akan menampilkan isi string txt yang dilewatkan melalui parameter. 

void hello_world(void)
{
  printf("Hello world!\n");

  /* ========================================
   * Memanggil fungsi yang ada di file main.c 
   */
  hello_main("Saya simple_dl");
}
Fungsi hello_main() di program utama akan dipanggil setelah fungsi helllo_world() ini dipanggil oleh program utama. Proses pembuatan objek shared library simple_dl.so sama seperti diterangkan sebelumnya. Pada pembuatan objek program utama, harus ditambahkan parameter -rdynamic seperti berikut: 

$ gcc -rdynamic -o main main.c -ldl
     Hasil dari pengeksekusian program main dapat dilihat pada tampilan monitor: 

$ ./main
Hello world!
Saya simple_dl
Info Linux!
5.Fungsi _init() dan _fini() 
     Fungsi _init() dan _fini() adalah dua fungsi khusus pada sebuah file shared library. Fungsi _init() akan dipanggil oleh librari dl setelah sebuah objek file shared library dimuatkan ke memori dengan instruksi dlopen(). Sedang sebelum shared library dihapuskan(unload) dari memori lewat instruksi dlclose(), librari dl akan memanggil fungsi _fini(). Kita dapat memanfaatkan kedua fungsi ini dengan cara mengimplementasikan kedua fungsi tersebut dalam shared library yang kita tulis. Pada umumnya fungsi _init() digunakan untuk menginitialisasi variabel ataupun mengalokasi memori. Fungsi _fini() sebaliknya dapat digunakan untuk menghapuskan memori yang dialokasi sebelumnya. Untuk menghindari pengimplementasian ganda, pada saat proses kompilasi pembuatan shared library harus ditambahkan parameter -nostartfiles, seperti contohnya:

$ gcc -shared -nostartfiles -o simple_dl.so simple_dl.o
6.Penggunaan C++ 
     Pada penggunaan bahasa C++ ada beberapa aspek yang perlu mendapat perhatian. Salah satu hal yang membedakan antara C++ dan C adalah, bahwa di C++ kita dapat mempunyai beberapa fungsi dengan nama yang sama tetapi parameter yang berbeda. Terminologi yang sering dipakai untuk ini pada bahasa yang mendukung object oriented adalah overloading. Lain dengan bahasa C, di sini nama fungsi saja tidak cukup untuk dijadikan sebagai identitas yang unik (unique identifier) di tabel simbol. Untuk mendapatkan identitas yang unik ini, akan dilakukan proses mangling terhadap nama fungsi di C++ yang menyertakan informasi parameternya. Misalnya saja dengan memakai gcc, simbol fungsi foobar dengan parameter tunggal int akan berubah menjadi foobar__Fi. Proses mangling ini bergantung kepada jenis kompiler, sehingga pada pemakaian kompiler yang berbeda akan dihasilkan identitas unik yang berbeda juga. Dengan menggunakan program c++filt yang juga terdapat dalam paket binutils, kita dapat melakukan proses demangling, yaitu proses kebalikan dari mangling. Contohnya dengan intruksi 

c++filt foobar__Fi
maka dari simbol foobar__Fi kita akan mendapatkan kembali nama fungsi dengan parameternya foobar(int). Hal di atas akan membuat masalah pada pembuatan program yang memakai bahasa C dan C++, karena simbol fungsi program yang ditulis dengan C juga akan dilakukan proses mangling. 
     Sebagai contoh kita ingin menulis program yang memakai librari dari pihak ketiga yang hanya memberikan file header dan file objek shared library yang ditulis dengan bahasa C. Sedangkan program yang kita tulis menggunakan bahasa C++ yang akan memanggil beberapa fungsi di librari ini. 
     Pada proses kompilasi, simbol fungsi di file header akan dilakukan proses mangling, sehingga pada proses linking akan mengakibatkan kesalahan, karena simbol tidak dapat ditemukan. Untuk mencegahnya, simbol fungsi pada file header tidak boleh dilakukan proses mangling oleh kompiler. Ini dapat dilakukan dengan menambahkan deklarasi extern "C" di file header yang akan membuat kompiler untuk memakai konvensi nama C (C name convention). Karena pada kompiler C++ biasanya didefinisikan makro __cplusplus maka penambahan header dapat dilakukan sbb: 

#ifdef __cpluplus
extern "C" {
#endif

......

#ifdef __cpluplus
}
#endif
     Jika librari dimuatkan menggunakan Dynamic Loading dan fungsi di librari dipanggil dengan memakai fungsi dlsym(), maka masalah di atas tidak akan terjadi, karena pada simbol fungsi di librari tidak dilakukan proses mangling. Masalah lain yang timbul sehubungan dengan pemakaian bahasa C++ adalah kita tidak dapat memakai fungsi dlsym() untuk memanggil fungsi di librari yang ditulis memakai bahasa C++. Hal ini diakibatkan karena pada semua simbol akan dilakukan proses mangling, sehingga kita tidak akan tahu nama simbol dari fungsi yang kita inginkan. 
7.Penutup 
     Penerapan teknik Dynamic Loading akan memudahkan pengembangan suatu aplikasi besar yang dilakukan oleh sekelompok pemrogram seperti halnya aplikasi web server Apache. Program utamanya hanya mengimplementasi fungsi pokok saja, sedang fungsi-fungsi lainnya ditambahkan dalam bentuk modul secara fleksibel bergantung dari keperluan. Salah satu faktor yang tidak menguntungkan adalah lamanya waktu proses pemuatan file shared library ke memori dan proses pereferensian dari simbol. Jika modul-modul dimuatkan hanya pada saat awal saja, maka faktor di atas tidak terlalu penting. Aplikasi bot irc eggdrop memakai teknik lain untuk menghindari faktor di atas. Pengaksesan ke simbol dilakukan dengan melalui tabel yang berisikan pointer statis dari simbol. Akhir kata, semoga artikel ini bermanfaat dan dapat menambah wacana teknik pemrograman bagi pembaca. 

Eko Bono Suprijadi