程序的调用机制及目标文件有什么

电玩女神 2022-09-28 11:40 27阅读 0赞

1、一个程序的成功执行，需要经过层层的调用才能让计算机相应的硬件执行相应的功能，让cpu执行计算，让内存存储信息等等，软件是依赖与硬件，硬件没有了软件的控制也就没有了灵魂，那么一个应用程序的运行底层到底是怎样调用的呢？它划分了一层层的次序，每层提供相应的接口，通过接口层层调用，从而完成相应的功能，层次如下：  
![这里写图片描述][SouthEast]  
所以当我们的程序运行的时候，我们使用了一些库函数就是api接口的调用，运行库再调用系统留的接口，调用操作系统的想用功能，操作系统中的驱动程序驱动相应的硬件完成我们所需要的任务，而这些层层的调用对用户是透明的，根本感知不到这些细节的调用。  
1.1、运行时库：就是程序运行起来之后需要调用的一些函数等信息。  
1.2、操作系统及驱动程序：为了使程序的速度越来越快，支持多个任务同时执行，从多道程序到分时系统再到现在的多任务系统，分时系统即使每个进程执行一段时间片，然后就换其他进程执行，每个进程有独立的空间，记录自己进程的执行记录，多任务系统就是有多个进程分别执行一小段时间，然后由操作系统抢占式为每个进程分配cpu，每个进程分为执行、就绪、等待三种状态，就绪进程会根据其优先级的高低为其分配cpu。  
1.3、硬件设备：为了满足多任务高速的需求，cpu由单核到多核，达到了真正的进程并行能力，但是其他硬件比如内存就只有一个，于是就有了虚拟地址空间，操作系统为每个进程虚拟了一个同样大小的地址空间，用户就不能直接操作物理空间了，当实际执行的时候，由mmu内存管理单元映射到相应的物理内存，物理内存有限，多个应用程序全部映射时物理内存也会导致不够用的情况，所以有了分段和分页的内存管理模式，虚拟地址空间和物理内存都分成相同大小的段页，一般都是每4k分成一个页，这样当内存不够用的时候，一个程序或者一个进程就不需要全部加载到物理内存中，根据程序的局部性原理，将暂时不需要的部分调出内存到磁盘，就可以更大限度的实现多任务，多核的cpu可是实现真正的并行，即使是一个程序在运行，只有一个进程在运行，但是进程也可以有多个线程用于完成不同的功能提高效率，线程依赖于进程，是主进程的另一个执行顺序，这些线程有自己的线程栈和寄存器，其他的全局变量、数据段、文件描述符、信号、代码段都是共享的，有了线程有了线程安全一说，不同线程对一个共享的数据操作时就有了原子操作，可重入函数等概念。  
2、一个源程序到可执行文件的过程：  
![这里写图片描述][SouthEast 1]  
2.1、预处理阶段：负责将所有除了\#program的替换掉，删除注释，添加行号和文件名等信息。  
2.2、编译阶段：分为扫描、语法分析、语义分析、源代码优化，目标代码生成、目标代码优化六个过程，扫描负责将代码生成记号表，语法分析负责生成语法树，语义分析负责类型的匹配，为全局的变量分配相对于基地址的偏移量，局部变量相对于活动记录的偏移量，源代码优化负责简单的计算优化，生成目标代码负责根据具体的机器字长，数据类型的长度，寄存器生成目标机器代码，目标代码优化负责高级的优化，例如移位代替乘法等。  
2.3、汇编根据对照表生成目标文件。  
2.3.1、目标文件中有文件头（包含文件属性，段表所在偏移量，段表字符串表的在段表的下标等）、text段、data段、rodata段、rel.text重定位表、字符串表、段表字符串表、符号表等。  
2.4、链接：根据符号将多个文件和静态库链接生成可执行文件。

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