链接器与加载器详解

"LOADER AND LINKER" 本文档详细介绍了加载器和链接器在程序执行过程中的关键作用。加载器和链接器是软件开发中的两个重要组件，它们负责将编译后的代码转化为可在操作系统中执行的形式。 链接器的主要任务是将多个编译后的对象文件或库合并成一个单一的可执行文件。这个过程中涉及到地址绑定，即确定每个函数和变量在内存中的确切位置。历史上，链接器的工作分为两次，一次是在编译时进行静态链接，另一次是在运行时进行动态链接。静态链接使得程序在运行前就拥有完整的地址信息，而动态链接则允许程序在运行时才加载所需的库，从而节省内存并便于更新。 目标代码库是链接器处理的对象，其中包含未解析的符号引用，这些引用在链接过程中会被解析为实际的内存地址。重定位和代码修改是链接的关键步骤，它们确保了代码能够在内存中正确执行。编译器驱动程序通常负责调用链接器，并且链接器可以接受特定的命令语言来控制其行为。 链接器的实际工作通过一个例子得以展示，这个例子演示了如何将多个源文件链接成一个可执行文件，并解释了在链接过程中发生的一系列事件。 体系结构问题在第二章中被深入讨论，特别是应用程序二进制接口（ABI）和不同架构的特性。ABI定义了程序如何与操作系统交互，包括内存地址、字节顺序、指令格式和过程调用约定。例如，IBM370、SPARC、SPARCV8和V9、Intel x86以及嵌入式架构等各自有不同的特点。分页和虚拟内存的概念也在此提及，它们是现代操作系统管理程序地址空间的基础。 第三章详细介绍了目标文件的格式，如Unix的a.out、ELF以及IBM360、Microsoft的PE和OMF格式。每个格式都有其独特的结构，用于存储代码、数据、符号信息和重定位记录。例如，ELF文件不仅包含可重定位和可执行信息，还支持共享库和位置无关代码，以适应动态链接和内存地址的灵活性。 第四章探讨了存储空间的分配，包括段的概念、地址计算、段与页面对齐以及公共块的管理。段是内存分配的基本单位，不同的段类型服务于不同的目的，如代码、数据和堆栈。在多段系统中，确保段与硬件的页面大小对齐至关重要，这有助于提高内存访问效率。 这份文档为理解加载器和链接器的工作原理提供了深入的见解，涵盖了从早期的历史背景到现代计算机系统的各种实现，包括不同体系结构的特性、目标文件格式和内存管理策略。对于想要深入理解软件生命周期的读者来说，这是一个宝贵的资源。