从Hello World看计算机系统：程序生命周期探索

"这篇大作业是关于计算机系统的学习报告，主要探讨了经典程序“Hello World”从源代码到执行的全过程，包括预处理、编译、汇编、链接以及进程管理和存储管理等环节。作者通过这个实例深入理解了计算机系统的工作流程和模式。" 在计算机系统中，程序的生命周期通常分为几个关键阶段。首先，【预处理】阶段，这是程序开发的第一步，主要处理宏定义、条件编译等，预处理器在Ubuntu下通常用`cpp`命令。预处理结果是处理过的源代码，便于编译器进一步处理。 接下来是【编译】阶段，编译器将预处理后的源代码转换成汇编语言，这一过程在Ubuntu下使用`gcc -E`命令。编译阶段将高级语言转化为机器可以理解的指令集，生成的对象文件（如`.o`文件）包含了可重定位的信息。 然后是【汇编】阶段，汇编器将编译后的汇编代码转换为机器码，形成可重定位目标文件（ELF格式）。这个阶段在Ubuntu下通过`as`命令完成，生成的文件如`Hello.o`，它包含了机器可以直接执行的二进制指令。 紧接着是【链接】阶段，链接器将多个目标文件合并，解决外部引用，生成可执行文件。在Ubuntu中，这通常通过`gcc`命令实现。链接过程中会进行重定位，确保程序在内存中的正确位置，并且如果程序依赖动态库，还会处理动态链接。 当程序被加载到内存，就进入了【进程管理】的范畴。在Linux系统中，程序通过`fork`创建子进程，然后用`execve`替换子进程的地址空间，使得子进程开始执行`Hello`程序。在运行过程中，进程可能会遇到异常和信号，系统会相应地进行处理。 最后，是【存储管理】，程序在内存中的布局包括堆、栈、数据段、文本段等。在Intel架构下，逻辑地址经过段选择符和偏移量计算得到线性地址，再通过页表转换得到物理地址，实现了地址的映射。 这篇大作业通过“Hello World”程序，详细剖析了计算机系统如何将源代码转化为实际运行的程序，涵盖了从源代码到运行时的全过程，对于理解计算机系统的内部运作具有很好的教育意义。