如何让软件支持扩展功能

作为程序员的我们，必须保证灵活的设计，才能够应付变化的需求。但是，当把二进制程序发布给用户以后，用户有了新的需求，如果只能由开发者对程序进行修改，无疑是低效率的。而且有的时候，某些用户的需求，应用并不广泛，开发者不可能为一个用户添加该功能。这时候，如果该程序可以支持用户自定义的扩展功能，无疑是对用户是一大福音。

那么，如何让我们的程序支持用户自定义的扩展功能呢？恩~~，还是从Linux的宝库里面寻找吧。今天选择两个学习对象：1. iptables；2. tc

iptables的扩展实现：为了实现新的扩展，需要在iptables的源代码目录下的extensions目录添加新的功能的代码。iptables的扩展功能框架非常清晰，只需要按照iptables的match结构xtables_match和target结构xtables_target的定义，实现相应的功能即可。具体的参见http://blog.chinaunix.net/uid-23069658-id-3230608.html这篇文章。（该文章的iptable版本较低，数据结构与最近版本的iptables完全不一致）话说，我之前对于iptable的扩展是一窍不通。后来通过该文章知道了如何扩展iptables。几天的时间，就实现了多个iptables的扩展功能——包括用户态和内核态的代码。由此可见，iptables的扩展架构多么友好。但是这里也有个小问题。这样的扩展方式，需要重新编译iptables的代码，生成新的iptable二进制文件。这与我们心目中理想的扩展还差了一小步，稍微有点难以接受。试想，现在的浏览器大都支持扩展插件，有哪个插件需要重新编译浏览器的？

我们C语言程序员也可以实现这样的功能！让我们学习一下tc的扩展吧。以tc中的filer为例。tc的用户（必须也是程序员呵），可以实现自己的filter的实现，并将生成的so库文件放置在tc的库目录下。那么该扩展功能既可以被tc支持。同时，还要编写一个tc的内核实现模块并加载。这样，新的功能，在不重新编译tc，不重启机器的情况下，就得以支持了。这样就很类似浏览器插件的功能了吧:)也是我们期待的结构。

下面看看tc是如何做到这点的，最直接的方法就是查看tc的代码。
查看函数tc_filter_modify的部分代码：

strncpy(k, *argv, sizeof(k)-1);

q = get_filter_kind(k);
argc--; argv++;
tc从命令行参数argv中得到filter的类型并存到k中。接下来通过函数get_filter_kinde得到该类型filter的所有操作函数，主要是parse函数。

接下来进入关键的get_filter_kind的函数：

struct filter_util *get_filter_kind(const char *str)
{
    void *dlh;
    char buf[256];
    struct filter_util *q;

     /* 这里去遍历已知的filter列表，通过名字查找对应的filter类型 */
    for (q = filter_list; q; q = q->next)
        if (strcmp(q->id, str) == 0)
            return q;

     /*
     这部分代码是tc支持自定义扩展的关键代码
     没有找到，那么就去tc目录下加载对应名字的动态库
     */
    snprintf(buf, sizeof(buf), "%s/f_%s.so", get_tc_lib(), str);
    dlh = dlopen(buf, RTLD_LAZY);
    if (dlh == NULL) {
        /*
        如果打开该动态库失败，那么就直接去主程序中寻找。
        这样的情况一般是对于tc自身已支持的filter类型。
        */
        dlh = BODY;
        if (dlh == NULL) {
            dlh = BODY = dlopen(NULL, RTLD_LAZY);
            if (dlh == NULL)
                goto noexist;
        }
    }

     /*
     打开动态库后，再根据filter的类型名找到对应的name_filter_util符号
     该符号实际上即为tc的扩展接口，其为一个结构体，定义了filter的操作函数。
     得到该符号后，tc的用户态部分就已经可以支持新的扩展功能了。
     */
    snprintf(buf, sizeof(buf), "%s_filter_util", str);
    q = dlsym(dlh, buf);
    if (q == NULL)
        goto noexist;

reg:
    q->next = filter_list;
    filter_list = q;
    return q;
noexist:
    q = malloc(sizeof(*q));
    if (q) {
        memset(q, 0, sizeof(*q));
        strncpy(q->id, str, 15);
        q->parse_fopt = parse_nofopt;
        q->print_fopt = print_nofopt;
        goto reg;
    }
    return q;
}
在上面的代码中，我已经通过注释的方式，解释了tc如何支持扩展的filter类型。

对比iptables和tc的支持扩展的形式，无疑tc更胜一筹，因为无需重新编译iptables就可以支持新的扩展。这都是依赖于dlopen和dlsym来实现的，在我们自己的项目中，也可以采取同样的方式来支持用户自定义的扩展功能。