python - 通过共享库连接 Python 和 Torch7(Lua)

Question

我正在尝试在 python 和 lua 之间传递数据(数组)，我想使用 Torch7 框架在 lua 中操作数据。我认为这最好通过 C 来完成，因为 python 和 lua 与 C 接口(interface)。另外一些优点是这种方式不需要数据复制(仅传递指针)并且速度很快。

我实现了两个程序，一个是 lua 嵌入到 c 中，另一个是 python 将数据传递给 c。它们在编译为可执行二进制文件时都可以工作。然而，当 c 到 lua 程序改为共享库时，事情就不起作用了。

详情:我使用的是 64 位 ubuntu 14.04 和 12.04。我正在使用 luajit 2.0.2，lua 5.1 安装在/usr/local/依赖库在/usr/local/lib 中， header 在/usr/local/include 中我正在使用 python 2.7

c转lua程序的代码是:

张量.lua

require 'torch'

function hi_tensor(t)
   print(‘Hi from lua')
   torch.setdefaulttensortype('torch.FloatTensor')
   print(t)
return t*2
end

cluaf.h

void multiply (float* array, int m, int n, float *result, int m1, int n1);

cluaf.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "lua.h"
#include "lauxlib.h"
#include "lualib.h"
#include "luaT.h"
#include "TH/TH.h"

void multiply (float* array, int m, int n, float *result, int m1, int n1)
{
    lua_State *L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs( L );

    // loading the lua file
    if (luaL_loadfile(L, "tensor.lua") || lua_pcall(L, 0, 0, 0))
    {
        printf("error: %s \n", lua_tostring(L, -1));
    }

    // convert the c array to Torch7 specific structure representing a tensor
    THFloatStorage* storage =  THFloatStorage_newWithData(array, m*n);
    THFloatTensor* tensor = THFloatTensor_newWithStorage2d(storage, 0, m, n, n, 1);
    luaT_newmetatable(L, "torch.FloatTensor", NULL, NULL, NULL, NULL);

    // load the lua function hi_tensor
    lua_getglobal(L, "hi_tensor");
    if(!lua_isfunction(L,-1))
    {
        lua_pop(L,1);
    }

    //this pushes data to the stack to be used as a parameter
    //to the hi_tensor function call
    luaT_pushudata(L, (void *)tensor, "torch.FloatTensor");

    // call the lua function hi_tensor
    if (lua_pcall(L, 1, 1, 0) != 0)
    {
        printf("error running function `hi_tensor': %s \n", lua_tostring(L, -1));
    }

    // get results returned from the lua function hi_tensor
    THFloatTensor* z = luaT_toudata(L, -1, "torch.FloatTensor");
    lua_pop(L, 1);
    THFloatStorage *storage_res =  z->storage;
    result = storage_res->data;

    return ;
}

然后我做测试:

luajit -b tensor.lua tensor.o

gcc -w -c -Wall -Wl,-E -fpic cluaf.c -lluajit -lluaT -lTH -lm -ldl -L /usr/local/lib

gcc -shared cluaf.o tensor.o -L/usr/local/lib -lluajit -lluaT -lTH -lm -ldl -Wl,-E -o libcluaf.so

gcc -L. -Wall -o test main.c -lcluaf

./test

输出:

Hi from lua
 1.0000  0.2000
 0.2000  5.3000
[torch.FloatTensor of dimension 2x2]

c result 2.000000 
c result 0.400000 
c result 0.400000 
c result 10.60000

到目前为止一切顺利。但是当我尝试在 python 中使用共享库时，它会中断。

测试.py

from ctypes import byref, cdll, c_int
import ctypes
import numpy as np
import cython

l = cdll.LoadLibrary(‘absolute_path_to_so/libcluaf.so')

a = np.arange(4, dtype=np.float64).reshape((2,2))
b = np.arange(4, dtype=np.float64).reshape((2,2))

l.multiply.argtypes = [ctypes.POINTER(ctypes.c_float), ctypes.c_int, ctypes.c_int,     ctypes.POINTER(ctypes.c_float), ctypes.c_int, ctypes.c_int]
a_list = []
b_list = []

for i in range(a.shape[0]):
    for j in range(a.shape[1]):
            a_list.append(a[i][j])

for i in range(b.shape[0]):
     for j in range(b.shape[1]):
        b_list.append(b[i][j])

arr_a = (ctypes.c_float * len(a_list))()
arr_b = (ctypes.c_float * len(b_list))()

l.multiply(arr_a, ctypes.c_int(2), ctypes.c_int(2), arr_b, ctypes.c_int(2), ctypes.c_int(2))

我跑:

python test.py

输出是:

error: error loading module 'libpaths' from file '/usr/local/lib/lua/5.1/libpaths.so':
    /usr/local/lib/lua/5.1/libpaths.so: undefined symbol: lua_gettop

我在这里和网络上的任何地方都搜索了这个错误，但他们要么建议 (1) 包含 -Wl、-E 以导出符号，要么 (2) 添加对我所做的链接的依赖项。(1) 我有 -Wl,-E 但它似乎什么也没做。(2) 我已经包含了依赖项 (-L/usr/local/lib -lluajit -lluaT -lTH -lm -ldl)

python 测试失败不是在导入共享库时失败，而是在调用 lua 中的“require torch”时失败。这也是本案例与我发现的其他案例的不同之处。

luajit.so 定义了符号 lua_gettop(nm/usr/local/lib/luajit.so 可以看到)lua.h 定义 LUA_API int (lua_gettop) (lua_State *L);

我想在将 c 编译为二进制时一切正常，因为它在 lua.h 中找到了所有符号但是使用共享库它不会从 luajit.so 中选择 lua_gettop(我不知道为什么)。

www.luajit.org/running.html 说:'在大多数基于 ELF 的系统(例如 Linux)上，您需要在链接应用程序时显式导出全局符号，例如与:-Wl，-Erequire() 尝试从导出的​​符号(在 Windows 上的 *.exe 或 lua51.dll 中)和 package.cpath 中的共享库加载嵌入式字节码数据。'

package.cpath 和 package.path 是:

./?.so;/usr/local/lib/lua/5.1/?.so;/usr/local/lib/lua/5.1/loadall.so

./?.lua;/usr/local/share/luajit-2.0.2/?.lua;/usr/local/share/lua/5.1/?.lua;/usr/local/share/lua/5.1/?/init.lua

这是 nm libcluaf.so 返回的内容:

00000000002020a0 B __bss_start
00000000002020a0 b completed.6972
                 w __cxa_finalize@@GLIBC_2.2.5
0000000000000a50 t deregister_tm_clones
0000000000000ac0 t __do_global_dtors_aux
0000000000201dd8 t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0000000000202098 d __dso_handle
0000000000201de8 d _DYNAMIC
00000000002020a0 D _edata
00000000002020a8 B _end
0000000000000d28 T _fini
0000000000000b00 t frame_dummy
0000000000201dd0 t __frame_dummy_init_array_entry
0000000000000ed0 r __FRAME_END__
0000000000202000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
                 w __gmon_start__
0000000000000918 T _init
                 w _ITM_deregisterTMCloneTable
                 w _ITM_registerTMCloneTable
0000000000201de0 d __JCR_END__
0000000000201de0 d __JCR_LIST__
                 w _Jv_RegisterClasses
                 U lua_getfield
0000000000000d99 R luaJIT_BC_tensor
                 U luaL_loadfile
                 U luaL_newstate
                 U luaL_openlibs
                 U lua_pcall
                 U lua_settop
                 U luaT_newmetatable
                 U lua_tolstring
                 U luaT_pushudata
                 U luaT_toudata
                 U lua_type
0000000000000b35 T multiply
                 U printf@@GLIBC_2.2.5
0000000000000a80 t register_tm_clones
                 U THFloatStorage_newWithData
                 U THFloatTensor_newWithStorage2d
00000000002020a0 d __TMC_END__

提前致谢

Answer 1

在 Linux 上，Lua 模块不直接链接到 Lua 库，而是期望找到已经加载的 Lua API 函数。这通常是通过使用 -Wl,-E 链接器标志从解释器导出它们来完成的。此标志仅适用于可执行文件 中的符号，不适用于共享库。对于共享库，存在类似的东西:dlopen 函数的 RTLD_GLOBAL 标志。默认情况下，编译器命令行上列出的所有共享库都使用 RTLD_LOCAL 加载，但幸运的是，Linux 会重用已经打开的库句柄。所以你可以:

使用 RTLD_GLOBAL 预加载 Lua(JIT) 库 before 它会自动加载(加载 libcluaf.so 时发生):

from ctypes import byref, cdll, c_int
import ctypes

lualib = ctypes.CDLL("libluajit-5.1.so", mode=ctypes.RTLD_GLOBAL)
l = cdll.LoadLibrary('absolute_path_to_so/libcluaf.so')
# ...

或者之后使用 dlopen 的 RTLD_NOLOAD 标志更改 Lua(JIT) 库句柄的标志。虽然这个标志不在 POSIX 中，您可能必须使用 C 来这样做。参见例如here .