从程序到进程：谈谈可执行文件是如何与进程相对应并最终被CPU执行的。

背景知识1：虚拟内存空间

从实模式到保护模式，从实际物理地址的访问到虚拟地址空间的访问。这一转变也导致了可执行文件的载入内存方式的转变，即：从简单的一次性装入（基本上就是一个拷贝、粘贴的过程），演变成由操作系统负责调度和装入内存。

而演变后的载入过程更多的是一种概念和逻辑，这体现在以下几个方面：

1：OS采用了分页的机制，程序的载入是分批进行的，即只有当程序运行到所需的代码或数据时，OS才从硬盘（交换区或磁盘文件中）上以页为单位将需要的内容真正加载到内存中。

2：当程序最初初始化并加载时，实际上主要的工作是加载一些初始化参数，包含程序信息的数据结构）到物理内存，而其他大部分数据和代码的“加载” 其实只是初始化了那些表示程序各段（代码段、数据段、BSS，堆，栈，常量区）信息的数据结构。

3：每个程序都会对应一个4GB的进程地址空间，更严格来说，是对应4GB中的一部分：即如下表所示的：用户方式的区域（略小于2GB）。从逻辑上来说，程序文件中的各段都会对应并载入到该 用户区。

虚拟地址空间如何分区（转载）

每个进程的虚拟地址空间都要划分成各个分区。地址空间的分区是根据操作系统的基本实现方法来进行的。不同的Wi n d o w s内核，其分区也略有不同。表 1显示了每种平台是如何对进程的地址空间进行分区的。

表1 进程的地址空间如何分区

分区	32位Windows 2000(x86和Alpha处理器)	32位Windows 2000(x86w/3GB用户方式)	64位Windows 2000(Alpha和IA-64处理器)	Windows 98
N U L L指针分配的分区	0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 ——0x 0 0 0 0 F FF F	0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 00 0 F F F F	0x00000000 00000000 0x00000000 0000FFFF	0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 0F F F
DOS/16位Windows应用程序兼容分区	无	无	无	0 x 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 x 0 0 3 FF F F F
用户方式	0 x 0 0 0 1 0 0 0 0—— 0 x 7 F F E F F F F<将近2G>	0 x 0 0 0 1 0 0 0 0 0 x B F F E F F F F F	0x00000000 00010000 0x000003FF FFFEFFFF	0 x 0 0 4 0 0 0 0 0 0 x 7 F F F FF F F
64-KB禁止进入分区	0 x 7 F F F 0 0 0 0——0x7FFF FFFF	0 x B F F F 0 0 0 0——0 x B F F F F F F F	0 x 0 0 0 0 0 3 F F F F F F 0 0 00——0 x 0 0 0 0 0 3 F F F F F FF F F F	无
共享内存映射	无	无	无	0 x 8 0 0 0 0 0 0 0
文件(MMF)内核方式	0 x 8 0 0 0 0 0 0 0 —— 0 x F F F F F FF F<共2G>	0 x C 0 0 0 0 0 0 0 0 x F FF F F F F F	0x00000400 00000000 0xFFFFFFFFF FFFFFFF	0 x B F F F F F F F 0 x C 0 0 0 00 0 0 0 x F F F F F F F F

背景知识2：可执行文件的格式

可参考这篇文章，很详细：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-excutff/

背景知识3：进程的调度

现代的操作系统都是多任务的，所以，当前程序要被执行到，也必须等到OS将相应的时间片分配给当前程序所对应的进程。但是，这个过程对当前进程来说是透明的：它认为自己是至始至终都在独占CPU。

进入主题：

通过以上两个的说明，如果我们可以不考虑虚拟地址空间、按需加载以及地址重定向、多进程调度等细节（因为这部分完成是由OS负责，从程序本身来看，它看到的就是属于自己的一个连续的内存），在这块内存上，可执行文件的加载过程，其实质就是：根据文件格式中的描述信息，将每个段拷贝到相应的地址上，设置各种寄存器的初始化值，然后程序就可以开始执行了！

而这一过程就是实模式下的工作方式！

结语：

兜了一大圈仿佛又回到了最初，当然这其中蕴含了很多的相关技术和OS方面的知识。这些知识对于程序设计本身可能并没有直接的帮助，但是，这些背景知识却能为实现一个优秀的软件提供可靠的基础。了解了这些以后，我们才可以真正专注于软件开发本身，尤其是程序设计中的算法与数据结构方面的设计。