《深入理解计算机系统》第七章读书笔记

《深入理解计算机系统》第七章读书笔记

第七章：连接

连接

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。

7.1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

7.2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。

为了构造可执行文件，链接器的任务：符号解析，重定位

7.3目标文件

目标文件三种形式：可重定位目标文件，可执行目标文件，共享目标文件。
目标文件格式：Linux——可执行可连接（ELF格式）
Windows——可移植可执行格式（PE）

7.4可重定位目标文件

ＥＬＦ可重定位目标文件包含下面几个节：
．ｔｅｓｔ已编译程序的机器代码。
．ｒｏｄａｔａ只读数据
．ｄａｔａ已初始化的全局Ｃ变量
．ｂｓｓ未初始化的全局Ｃ变量。

.symtab:一个符号表，存放在程序中定义和引用的函数和全局变量的信息

7.5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。

7.6符号解析

链接器解析符号引用方法：每个引用与它输入的可重定位目标文件的符号表中的一个确定的符号定义联系起来。
编译器只允许每个模块每个本地符号只有一个定义。
编译器还确保静态本地变量，它们也会有本地链接器符号，拥有唯一的名字。

7.6.1链接器如何解析多重定义的全局符号

在编译时：编译器向汇编器输出每个全局符号，或者是强或弱，而汇编器把这个信息隐含地编码在可重定位目标文件的符号表里。
强符号：函数和已初始化的全局变量。
弱符号：未初始化的全局变量。
Unix链接器关于多重定义符号的规则：
1.不允许有多个强符号
2.如果有一个强符号和多个弱符号，选强符号
3.如有多个弱符号，则从弱符号中任意选择一个。

7.6.2与静态库的连接

静态库：将所有相关的目标模块打包成为一个单独的文件

7.7重定位

重定位两步：
1.重定位节和符号定义
2.重定位节中的符号引用。

8.可执行目标文件

9.加载可执行目标文件

加载：将程序拷贝到存储器并运行的过程
在32位Linux系统中代码段从地址0x08048000处开始。

10.动态链接共享库

共享库是一个目标，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，是由动态链接器的程序来执行的。
通常用.so后缀来表示，称为DLL(动态链接库)。　

1.在任何给定的文件系统中，对于一个库只有一个.so文件。所有引用该库的可执行目标文件共享这个.so文件中的代码和数据。
2.一种共享方式就是隐式链接，基本的思路：当创建可执行文件时，静态执行一些链接，然后在程序加载时，动态完成链接过程。
3.一种共享方式就是“显式链接”，应用程序被加载时，动态链接器加载和链接共享库的情景。应用程序还可能在它运行时要求动态链接器加载和链接任意共享库，而无需在编译时链接那些库到应用中。

11.从应用程序中加载和连接共享库

12.处理目标文件的工具

AR：创建静态库，插入、删除、列出和提取成员。
STRINGS：列出一个目标文件中所有可打印的字符串。
STRIP：从目标文件中删除符号的信息。