《深入理解计算机系统》第七章学习笔记
5109 高艺桐
一、关于链接
1.连接：将各种代码和数据部分收集起来并组合成为一个单一文件的过程。这个文件可被加载或拷贝到存储器并执行。
2.连接可以执行于编译时，也就是在源代码被翻译成机器代码。也可以执行于加载时，也就是程序被加载器加载到存储器并执行时执行于运行时，有应用程序来执行。
3.连接是由链接器的程序自动执行的。
4.连接使分离编译成为可能。二、编译器驱动程序
1.大部分编译系统提供编译驱动程序：代表用户在需要时调用语言预处理器、编译器、汇编器和链接器。
（1）C预处理器：源程序main.c->ASCII码中间文件main.i（2）C编译器：main.i->ASCII码汇编语言文件main.s（3）C汇编器：main.s->可重定位目标文件2.运行链接器程序ld，将各种.o文件以及必要的系统目标文件组合起来，创建可执行文件3.运行可执行文件：./可执行文件名字4.外壳调用操作系统中加载器函数，拷贝可执行文件中的代码和数据到存储器，将控制转移到这个程序的开头
三、静态链接
1.以一组可重定位目标文件和命令行参数作为输入，生成一个完全链接的可以加载和运行的可执行目标文件作为输出。
2.输入的可重定位的目标文件由各种不同的代码和数据节组成。
3.指令在一个节中，初始化的全局变量在另一个节中，而未初始化的变量又在另外一个节中。
-符号解析
目标文件定义和引用符号。符号解析的目的是将每个符号引用刚好和一个符号定义联系起来。
-重定位
编译器和汇编器生成从地址0开始的饿代码和数据节。链接器通过把每个符号定义与一个存储器位置联系起来，然后修改所有对这些符号的引用，使得它们指向这个存储器位置，从而重定位这些节。
四、目标文件
目标文件的三种形式
可重定位目标文件（编译器和汇编器可生成）可执行目标文件（链接器可生成）共享目标文件（编译器和汇编器可生成）
五、可重定位目标文件
.text：已编译程序的机器代码。.rodata：只读数据，比如printf语句中的格式串和开关语句的跳转表。.data：已初始化的全局C变量。.bss：未初始化的全局C变量。在目标文件中这个节不占据实际的空间，它仅仅是一个占位符。.symtab：一个符号表，它存放在程序中定义和引用的函数和全局变量的信息。.rel.text：一个.text节中位置的列表，当链接器把这个目标文件和其他文件结合时，需要修改这些位置。.rel.data：被模块引用或定义的任何全局变量的重定位信息。.debug：一个调试符号表，其条目是程序中定义的局部变量和类型定义，程序中定义和引用的全局变量，以及原始的C源文件。只有以-g选项调用编译驱动程序时才会得到这张表。.line：原始C源程序中的行号和.text节中机器指令之间的映射。.strtab：一个字符串表，其内容包括：.symtab和.debug节中的符号表，以及节头部中的节名字。字符串表就是以null结尾的字符串序列。
六、符号和符号表
每个可重定位目标模块m都有一个符号表，包含m所定义和引用的符号的信息。
在链接器的上下文中，三种不同的符号：
1.有m定义并能被其他模块引用的全局符号。全局链接器对应于非静态的C函数以及被定义为Cstatic 属性的全局变量。2.有其他模块定义并被模块m以引用的全局符号——外部符号，对应于定义在其他模块中的C函数和变量3.只被模块m定义和引用的本地符号。七、符号解析 根据强弱符号的定义，Unix链接器使用下面的规则来处理多重定义的符号： 规则1：不允许有多个强符号。规则2：如果有一个强符号和多个弱符号，那么选择强符号。规则3：如果有多个弱符号，那么从这些弱符号中任意选择一个。在符号解析的阶段，链接器从左到右按照它们在编译器驱动程序命令行上出现的相同顺序来扫描可重定位目标文件和存档文件。在这次扫描中，链接器维持一个可重定位目标文件的集合E（这个集合中的文件会被合并起来形成可执行文件），一个未解析的符号（即引用了但是尚未定义的符号）集合U，以及一个在前面输入文件中已定义的符号集合D。初始时，E、U和D都是空的。
八、重定位
重定位有两步组成：1.重定位节和符号定义。在这一步中，链接器将所有相同类型的节合并为同一类型的新的聚合节。然后，链接器将运行时存储器地址赋给新的聚合节，赋给输入模块定义的每个节，以及赋给输入模块定义的每个符号。当这一步完成时，程序中的每个指令和全局变量都有唯一的运行时存储器地址了。2.重定位节中的符号引用。在这一步中，链接器修改代码节和数据节中对每个符号的引用，使得它们指向正确的运行时地址。为了执行这一步，链接器依赖于称为重定位条目的可重定位目标模块中的数据结构。
九、可执行目标文件
十、加载可执行目标文件
加载器将可执行目标文件中的执行代码和数据从磁盘拷贝到存储器中，然后通过跳转到程序的第一条指令或入口点来运行该程序。这个将程序拷贝到存储器并运行的过程叫做加载。
在32位Linux系统中，代码段总是从地址0x08048000处开始。数据段是在接下来的下一个4KB对齐的地址处。运行时堆在读/写段之后接下来的第一个4KB对齐的地址处，并通过调用malloc库往上增长。有一个段是为共享库保留的。用户栈总是最大的合法用户地址开始，向下增长的(向低存储器地址方向增长)。从栈的上部开始的段是为操作系统驻留存储器的部分(也就是内核)的代码和数据保留的。
十一、动态链接共享库
1、静态库的缺点：
静态库在更新时，使用该库的程序需要与更新的库进行重新链接。由于使用静态库的程序在链接时都会拷贝静态库里被应用程序引用的目标模块，像printf和scanf这样的函数的代码在运行时都会被复制到每个运行进程的文本段中，这造成了冗余，浪费了稀缺的存储器资源。
2、共享库
共享库是一个目标模块，在运行时，可以加载到任意的存储器地址，并和一个在存储器中的程序链接起来。这个过程称为动态链接，是由一个叫做动态链接器的程序来执行的。共享库也称为共享目标，在Unix系统中通常用.so后缀来表示。微软的操作系统大量地利用了共享库，它们称为DLL(动态链接库)。共享库是以两种不同的方式来“共享”的(在Windows中分别称为“隐式链接”和“显示链接”)。
十二、处理目标文件的工具
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