成功心法（7）：如果提高自身的技术修养（1）

程序运行到main()函数之前，CPU做了那些事情？main()是程序运行的第一个函数吗？
你是否真的明白——编译、链接、重定位以及虚拟地址？

或许，你不需要知道和理解这些知识就能够编程，而且工资还很高，但这些都不是你不知道的理由。

在早期的计算机中，由于所有程序在运行时所访问的地址都是物理地址，所以各个程序所使用的地址空间不是互相隔离的，如果因为“Bug”不小心改写了其它程序的数据，那么对于实时系统来说，这是不能容忍的。因为用户非常希望做到，即使其中一个模块出现了问题，至少不要影响其它功能的正常运行。

由于缺乏有效的内存管理机制，监控程序必须将所有的程序装入内存（RAM）中才能开始运行，从而造成内存的使用效率极低。如果突然要运行一个程序A，由于内存空间不够，这时只好将其它程序的数据暂时保存到其它存储介质（磁盘）中，等到要用时再读回来。由于程序所需要的空间是连续的，有可能将程序B保存到存储介质中所释放出来的内存空间不够，那么只好将程序C再换到存储介质中，然后才将程序A读入内存开始运行。由于内存释放出来的地址的不确定性，有可能是0x3000，也有可能是0x5000，而程序转移的目标地址却是固定的，比如，0x2000，这就要涉及到程序的“重定位”问题。其实“重定位”就是给程序中的每个地址重新确定它在物理内存中的位置。

在程序编写的过程中，经常会涉及到主程序调用子程序的情况。编译程序将源程序翻译成二进制机器码时，事实上各个模块都是分开翻译（编译）的，因为在翻译主程序时并不知道子程序的地址，所以只好暂时将调用子程序的指令的目标地址搁置，等到合适的时候才将每个调用子程序的指令修正，然后再填入正确的转移地址参数（链接）。当程序装入内存时，这些位置又要重新计算，那么重新修改目标地址的过程就是重定位。

怎样把编译程序解放出来，使得其在编译时并不关心物理内存的地址，而按自己的意愿给程序编址？唯一的解决办法就是增加中间层，即使用一种间接的编址方式，也就是对程序中的指令连续的编址，这些地址不是真正的物理地址，而是一种“虚拟地址”（或称逻辑地址），然后通过某些映射方法，将这个虚拟地址转化为物理地址。通过前面的学习，大家已经知道，物理地址是实实在在存在的，80C51系列单片机有16条地址线，所以可以支持64KB的存储空间。而虚拟地址空间则是一种逻辑空间，就像我们给一个班的学生编学号一样，这些学号的集合就是一种虚拟（逻辑）空间，每个班的同学都有从学号1开始的独立地址空间，由此可以推知，每个运行的程序都有自己独立的虚拟空间，而且每个运行的程序只能访问自己的地址空间，这样就能做到程序在运行时的有效隔离，从而大大地提高了系统的安全性。

虚拟存储的实现需要依靠硬件的支持，比如，32位ARM9以上的CPU，用其内部集成的MMU（Memory Managemnet Unit）来进行页映射，在页映射下，CPU接收到的地址是虚拟地址，经过MMU转换以后就变成了物理地址。由于80C51系列单片机没有MMU，所以无法实现虚拟内存管理机制。