GO Plugin 编译问题

背景

我们做了一个框架（main），业务方可以基于该框架编写自己的业务逻辑代码生成plugin（.so），并通过golang的插件机制动态加载plugin至主程序中。

初始问题

现在用go mod和docker multi-stage生成的plugin在最终的应用程序（暂且命名为main）中加载的时候，会遇到plugin与main用到的共用package（如：github.com/pkg/errors）版本不一致导致plugin加载失败。

问题追踪

运行时

1. plugin.open(): https://golang.org/src/plugin/plugin_dlopen.go

func open(name string) (*Plugin, error) {
    // ...
    // 调用运行时方法
    pluginpath, syms, errstr := lastmoduleinit()
  if errstr != "" {
    plugins[filepath] = &Plugin{
      pluginpath: pluginpath,
      err:        errstr,
    }
    pluginsMu.Unlock()
    return nil, errors.New(`plugin.Open("` + name + `"): ` + errstr)
  }
    // ...
}

// lastmoduleinit is defined in package runtime
func lastmoduleinit() (pluginpath string, syms map[string]interface{}, errstr string)

2. lastmoduleinit(): https://golang.org/src/runtime/plugin.go

//go:linkname plugin_lastmoduleinit plugin.lastmoduleinit
func plugin_lastmoduleinit() (path string, syms map[string]interface{}, errstr string) {
    // ...
    for _, pkghash := range md.pkghashes {
        // 对比pkg链接与运行时的hash是否一致
       if pkghash.linktimehash != *pkghash.runtimehash {
          md.bad = true
          return "", nil, "plugin was built with a different version of package " + pkghash.modulename
       }
     }
     // ...
}

3. modulehash: https://golang.org/src/runtime/symtab.go
   a. cmd/internal/ld/symtab.go:symtab

// moduledata records information about the layout of the executable
// image. It is written by the linker. Any changes here must be
// matched changes to the code in cmd/internal/ld/symtab.go:symtab.
// moduledata is stored in statically allocated non-pointer memory;
// none of the pointers here are visible to the garbage collector.
type moduledata struct {
	// ...
	pkghashes  []modulehash
	// ...
}

// A modulehash is used to compare the ABI of a new module or a
// package in a new module with the loaded program.
//
// For each shared library a module links against, the linker creates an entry in the
// moduledata.modulehashes slice containing the name of the module, the abi hash seen
// at link time and a pointer to the runtime abi hash. These are checked in
// moduledataverify1 below.
//
// For each loaded plugin, the pkghashes slice has a modulehash of the
// newly loaded package that can be used to check the plugin's version of
// a package against any previously loaded version of the package.
// This is done in plugin.lastmoduleinit.
type modulehash struct {
	modulename   string
	linktimehash string
	runtimehash  *string
}

编译时

1. symtab(): https://golang.org/src/cmd/link/internal/ld/symtab.go

func (ctxt *Link) symtab() {
	// ...
    // Information about the layout of the executable image for the
	// runtime to use. Any changes here must be matched by changes to
	// the definition of moduledata in runtime/symtab.go.
	// This code uses several global variables that are set by pcln.go:pclntab.
	moduledata := ctxt.Moduledata
    // ...
    if ctxt.BuildMode == BuildModePlugin {
		// ...
		for i, l := range ctxt.Library {
			// pkghashes[i].name
			addgostring(ctxt, pkghashes, fmt.Sprintf("go.link.pkgname.%d", i), l.Pkg)
			// pkghashes[i].linktimehash
			addgostring(ctxt, pkghashes, fmt.Sprintf("go.link.pkglinkhash.%d", i), l.Hash)
			// pkghashes[i].runtimehash
			hash := ctxt.Syms.ROLookup("go.link.pkghash."+l.Pkg, 0)
			pkghashes.AddAddr(ctxt.Arch, hash)
		}
		// ...
	}
}

2. addlibpath(): https://golang.org/src/cmd/link/internal/ld/ld.go
   a. l.pkg: package import path, e.g. container/vector

/*
 * add library to library list, return added library.
 *	srcref: src file referring to package
 *	objref: object file referring to package
 *	file: object file, e.g., /home/rsc/go/pkg/container/vector.a
 *	pkg: package import path, e.g. container/vector
 *	shlib: path to shared library, or .shlibname file holding path
 */
func addlibpath(ctxt *Link, srcref string, objref string, file string, pkg string, shlib string) *sym.Library {
	if l := ctxt.LibraryByPkg[pkg]; l != nil {
		return l
	}

	if ctxt.Debugvlog > 1 {
		ctxt.Logf("%5.2f addlibpath: srcref: %s objref: %s file: %s pkg: %s shlib: %s\n", Cputime(), srcref, objref, file, pkg, shlib)
	}

	l := &sym.Library{}
	ctxt.LibraryByPkg[pkg] = l
	ctxt.Library = append(ctxt.Library, l)
	l.Objref = objref
	l.Srcref = srcref
	l.File = file
	l.Pkg = pkg
	// ...
	return l
}

3. loadlib():https://golang.org/src/cmd/link/internal/ld/lib.go
   a. l.hash: toolchain version and any GOEXPERIMENT flags

func (ctxt *Link) loadlib() {
	// ctxt.Library grows during the loop, so not a range loop.
	for i := 0; i < len(ctxt.Library); i++ {
		lib := ctxt.Library[i]
		if lib.Shlib == "" {
			if ctxt.Debugvlog > 1 {
				ctxt.Logf("%5.2f autolib: %s (from %s)\n", Cputime(), lib.File, lib.Objref)
			}
			loadobjfile(ctxt, lib)
		}
	}
    
    // ...
    
    // If package versioning is required, generate a hash of the
	// packages used in the link.
	if ctxt.BuildMode == BuildModeShared || ctxt.BuildMode == BuildModePlugin || ctxt.CanUsePlugins() {
		for _, lib := range ctxt.Library {
			if lib.Shlib == "" {
				genhash(ctxt, lib)
			}
		}
	}
}

func genhash(ctxt *Link, lib *sym.Library) {
	// ...
	h := sha1.New()

	// To compute the hash of a package, we hash the first line of
	// __.PKGDEF (which contains the toolchain version and any
	// GOEXPERIMENT flags) and the export data (which is between
	// the first two occurrences of "\n$$").
    lib.Hash = hex.EncodeToString(h.Sum(nil))
}

3. main(): https://golang.org/src/cmd/link/internal/ld/main.go

// Main is the main entry point for the linker code.
func Main(arch *sys.Arch, theArch Arch) {
	// ...
    switch ctxt.BuildMode {
	case BuildModePlugin:
		addlibpath(ctxt, "command line", "command line", flag.Arg(0), *flagPluginPath, "")
	default:
		addlibpath(ctxt, "command line", "command line", flag.Arg(0), "main", "")
	}
	ctxt.loadlib()
}

结论

main程序与plugin对【同一个第三方包】（即：import包名相同）的依赖，需要保证如下两点，才能让main程序成功加载plugin：

• Toolchain version & any GOEXPERIMENT flags（主要是GOPATH） 完全一致；
  • GOPATH的问题，等go 1.13加入-trimpath这个tag之后解决
• 第三方依赖包版本完全一致。

编译问题解决思路

Main程序与Plugin在相同环境编译

由于Main程序代码只能在框架开发方这边，而plugin的代码在用户侧，若想要编译环境一致：

• 用户拥有Main程序代码；
• Main程序所有引用的包go.mod全固定下来，不进行go mod的更新，并写到文档中，用户开发so前check文档，如果引用了平台引用过的包，必须手动更新为跟平台同样的版本。
• Main程序使用go.mod交给用户侧，用户基于我们的go.mod文件进行编译。

Main程序自定义import path

既然用户侧的plugin我们无法控制，可以尝试控制Main程序对于第三方包的依赖：

• 尽可能减少Main程序对于第三方包的依赖；
• 自定义第三方包的import路径，这样即使plugin引用相同的第三方包，但由于import路径不一样，它们不再是同一个包。

自定义import路径有两种方式：

1. 搭建Go-Get Proxy，参考：https://www.jianshu.com/p/449345975453
   • 只能更改直接依赖的第三方包的import path
2. 本地Fork第三方依赖
3. 通过go.mod的replace功能也能实现

修改GO源码编译

即将 https://golang.org/src/runtime/plugin.go中的检查注释后重新编译GO，可能引入新的问题，暂不采用。

编译可行性验证

Main程序与Plugin在相同环境下编译

步骤：

• 将Main程序依赖的某个第三方包改为老版本（plugin默认在go mod tidy时去获取新版本），编译获取新的Main程序以及go.mod文件；
• Plugin基于上面的go.mod编译；
• 结果：执行成功，预期一致

Main程序自定义import path

Main程序引用自定义第三方包，验证是否依然报错

步骤：

• Main程序与Plugin引用同一个第三方包的不同版本，import路径一致
• 结果：报错，与预期一致
• Main程序与Plugin引用同一个第三方包的不同版本，Main程序使用自定义路径，plugin使用原路径
• 结果：正确，与预期一致

Main程序引用自定义第三方包，验证是否确定被认为不同的包

步骤：

• Main程序与Plugin引用同一个第三方包的相同版本，import路径一致，同时在main和plugin中获取第三方包中的全局变量地址
• 结果：地址相同，与预期一致
• Main程序与Plugin引用同一个第三方包的不同版本，Main程序使用自定义路径，plugin使用原路径，同时在main和plugin中获取第三方包中的全局变量地址
• 结果：地址不同，与预期一致

Main程序间接引用，Plugin直接引用，验证是否会存在问题

步骤：

• Main程序间接引用第三方包，plugin直接引用第三方包，观察是否会加载失败
• 结果：成功加载，说明仅对直接依赖的包进行检测

编译最终解决方案

Main程序与Plugin在相同环境下编译

• 由于go.mod中有很多不是plugin需要的第三方包，go mod tidy虽然最后会将它们从go.mod中移除，但是还是会先去find，这个过程耗时有点久（这个问题通过加入GOPROXY=https://goproxy.io后得到有效改善）

Main程序自定义import路径

• 共性问题：这两个问题的解决最好的方式就是本地fork修改了
  a. 若第三方包强制指定了import路径，改为自定义import 路径，会失败（参考：https://jiajunhuang.com/articles/2018_09_07-go_custom_import_path.md.html）
  
  

  b. 部分程序需要修改，因为仅改变了第一层import path，可能会有函数参数类型不一致问题（主要是包不一致）
  

• Go Mod + Go-Get Proxy，

  • 问题：由于远端源码并不由我们控制，go.mod文件中的module无法更改，go mod tidy获取源码过程中做了检测，即改了本地go.mod中的module仍然无法import
    

• 本地Fork，下载到gitlab.alipay/workflow
  a. 问题：原本间接依赖的包会变成直接依赖，需要递归依次去改所有依赖包，成本很高。

• GOPATH + Go-Get Proxy
  a. 问题：无法明确使用的版本，若后续有变动，需要修改；需要RD通过go get下载，目前与goland集成有问题；

参考文档

https://github.com/golang/go/issues/26759
https://github.com/golang/go/issues/16860
https://www.atatech.org/articles/116635#modules
https://supereagle.github.io/2018/06/17/multiple-dep-versions/
http://www.cppblog.com/sunicdavy/archive/2017/07/06/215057.html
http://razil.cc/post/2018/08/go-plugin-package-version-error/
https://groups.google.com/forum/#!topic/golang-codereviews/_kALgmWInGQ