OS_程序的装入与链接

news2024/9/26 1:29:00

2024.09.05：操作系统程序的装入与链接学习笔记

操作系统的第三章内存管理，在学习正式的管理策略之前，我们知道一个C语言的文件，它到底是如何被放入内存，然后去执行，这个过程中我们经历了什么样的步骤？

计组：一个程序想要装入到内存中去运行，它需要通过预处理，编译，汇编，链接，装入
操作系统：步骤简化成3部分，首先去编译，链接，装入

2.1 程序的装入

用户程序想要在系统中运行，首先需要把它装入到内存，然后再把它转变成一个可以执行的程序，通常会经历以下几个步骤

简单且古早的装入方式，一般都是面对仅能运行单道程序的系统。一个很小很小的计算机系统里面，我们可以提前知道这个程序会驻留在内存的什么位置，这种情况下，内存里面只会有一道程序，所以我们在编译之后就可以产生绝对地址，也就是物理地址
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因为你的程序想要加载到内存里面去运行，但是它内部其实是一个逻辑地址，我们加载到内存之后，要进行一个逻辑地址到物理地址的转换，这个过程就叫做重定位

可重定位装入方式，又叫做静态重定位，一般用于多道程序下，多道程序的编译程序是没有办法预知，因此我们需要根据内存的具体情况将装入模块放到一个合适的位置

经过编译和链接之后的装入模块，它的起始地址都是从0开始的。当你装入到内存之后，你需要对目标程序中的相对地址（逻辑地址）进行一个修改，这个过程就是我们刚才介绍的（重定位）

这个地址变换是在程序装入的时候完成的，所以我们把它叫做(静态重定位)。

现在这个静态体现得还不明显，我们后面讲过动态之后，我们就知道这个为什么叫静态

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注意：因为装入时就修改了地址，所以装入到内存后就不能再移动程序得位置

能不能离散地装入内存？不能！

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考虑到运行过程中程序和数据在内存中得位置可能经常要改变（对换功能可能把程序换入外存，换回来位置不一样），可重定位装入方式也不完美，于是又有了动态运行时装入方式

动态运行时的装入程序把装入模块装入内存后，不立即把装入模块中的逻辑地址换成物理地址，而是把地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。因此装入内存后所有的地址仍是逻辑地址

为使地址转换不影响指令的执行速度，这种方式需要一个（重定位寄存器）的支持

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为什么动态重定位需要这个寄存器，但是静态重定位不需要呢？

因为动态重定位是有可能移动的，重定位寄存器里面的起始值是他要执行的时候，装入模块的起始值。重定位寄存器里面的值是可能改变的，只有你要开始执行的时候，它最终确定的这个物理地址，起始地址才会写到重定位寄存器里面去。

而对于静态重定位，我们在装入的时候就已经敲定了它最终的物理地址就不可以再动了，所以装入程序就可以直接进行这样的转换，它就不需要这个重定位计算器了

动态重定位是否可以离散装入？可以！后面会学到分页。动态重定位并非是必须要使用这个重定位寄存器，后面学习到的分页也是用到了动态重定位这样一个思想，但是它做的这个地址映射靠的是什么？页表！页表和重定位寄存器的作用是完全一样的

对于动态重定位来说，它没有要求我们必须要放在一个连续的空间里，但是我们放在连续的空间里面的时候，需要这个重定位寄存器的支持，但是后面学习到的分页分段的时候，它可以放在不连续的内存里面，这个时候，我们使用的就不再是重定位寄存器，用的而是这个页表、段表等

程序运行之前，我们会把目标模块（编译生成的），还有它们需要的库函数，去链接成一个完整的装配模块（装入模块），以后不再拆开，称为静态链接

静态链接需要解决两个问题：

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装入时动态链接也就是我们编译之后得到这组目标模块，我们没有把它一次性变成一整个装入模块，而是让一个模块在装入内存的时候，边装入边去链接.

装入时动态链接将用户源程序编译后的得到的一组目标模块，装入内存时采用变装入边链接的方式，也就是在装入一个目标模块时，如果发现有外部模块的调用，就让装入程序去找对应的外部目标模块装入内存
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装入时动态链接有两大优点：

便于修改和更新：静态链接装配在一起的装入模块，如果修改或更新其中某个目标模块，就需要重新打开装入模块，动态链接方式的各目标模块是分开存放的，修改或者更新都是非常容易的事情
便于实现对目标模块的共享：静态链接时，每个应用模块都必须包含其目标模块，造成一定空间浪费的同时没法实现共享；都装入时动态链接方式时，操作系统可以很容易地将一个目标模块链接到几个应用模块上，实现多个应用程序对模块的共享