"该资源是哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院的一份大作业,主题为‘hello的一生’,由学生赵新宇完成,指导教师郑贵滨。作业详细阐述了一个简单的C语言程序‘hello.c’从编写到执行的全过程,包括预处理、编译、汇编、链接以及进程管理和存储管理等关键步骤。通过这份作业,读者可以深入理解计算机如何运行程序,并掌握相关技术概念。"
在计算机科学领域,程序的生命周期通常包括几个重要的阶段。这篇作业详细探讨了这些阶段,首先是预处理阶段,这是C语言编程中必不可少的步骤。预处理器(cpp)会处理源代码中的宏定义、条件编译指令以及包含文件,将原始的C源代码转化为更适合编译器处理的形式。在Ubuntu系统中,预处理可以通过`cpp hello.c -E`命令实现,其结果通常是扩展后的.i文件。
接着是编译阶段,编译器(gcc)将预处理后的代码转换成汇编语言。这个阶段的任务是将高级语言转换为机器语言的等价形式,编译器还会进行语法和类型检查。在Ubuntu下,可以使用`gcc -S hello.i`命令将.i文件转化为汇编代码,生成的文件名为.s。
然后是汇编阶段,汇编器(as)将汇编代码转化为机器语言,即二进制代码。汇编器根据汇编指令生成可重定位的目标文件(.o文件),在Ubuntu中,可以用`as -o hello.o hello.s`完成此步骤。目标文件包含了机器可以直接执行的指令,但还需要链接器来处理依赖关系。
链接阶段是程序生命周期的关键环节,链接器(ld)将所有必要的目标文件和库文件合并成一个可执行文件。在Ubuntu下,`gcc -o hello hello.o`会生成可执行的hello程序。链接器不仅处理函数和全局变量的引用,还负责解决地址,生成最终的虚拟地址空间布局。
在程序运行时,操作系统会进行进程管理。作业中提到了shell(bash)的作用,它是用户与系统交互的接口,负责解释和执行命令。hello程序通过fork()创建子进程,然后用execve()加载并执行程序。同时,作业还讨论了进程执行、异常处理和信号处理。
最后,存储管理部分涵盖了地址空间的划分,如逻辑地址、线性地址和物理地址的转换,涉及到段式和页式管理,以及TLB(Translation Lookaside Buffer)和四级页表在虚拟内存中的应用,这些都是现代计算机系统中确保高效内存访问的关键机制。
通过这篇作业,读者能够全面了解一个简单的C程序从诞生到运行的整个生命周期,对计算机系统的运作有更深入的理解。