linkers and loaders-中文版.pdf

链接器和加载器是软件开发过程中的重要组成部分，它们通常在编译器完成源代码编译成机器可执行代码之后工作。链接器负责将一个或多个目标文件链接成单一的可执行文件，而加载器则将可执行文件加载到内存中运行。 链接器和加载器的工作可以分为几个核心步骤，其中包括地址绑定、重定位、符号管理、存储空间分配等。地址绑定是将程序中的地址引用绑定到实际的内存地址上去的过程。在链接过程中，链接器通过重定位表修正程序中的绝对地址引用，以适应加载器最终分配的内存地址。重定位的目的是解决不同模块之间的引用问题，确保程序能够正常运行。 在目标文件方面，不同的操作系统和编译器可能使用不同的格式，如Unix的a.out、ELF以及Microsoft的PE/COFF格式等。这些格式定义了目标文件的结构，包括代码区段、数据区段、符号表、重定位表等。 体系结构的问题涉及到内存地址、字节顺序、对齐、指令格式、过程调用和可寻址性等方面。不同的处理器架构有不同的内存管理和指令集，链接器和加载器必须能够支持这些差异，并且能够处理不同架构之间可能存在的兼容性问题。 存储空间分配是链接器处理的一个重要方面，它负责为程序中的段（segment）和库分配适当的内存空间。段是程序中用于组织数据和代码的逻辑单位，链接器需要确保这些段被正确地映射到进程的地址空间中。 符号管理处理的是如何解析程序中出现的符号引用，包括变量和函数名等。链接器需要在多个目标文件中查找和链接这些符号的定义和引用，以创建最终的可执行文件。这个过程也涉及到符号表的建立和维护，以及对于名称修饰（name mangling）的支持，特别是在C++这样的语言中。 在库的使用方面，链接器需要能够处理静态库和动态库（共享库）。静态库是在链接时被整个包含到最终可执行文件中的，而动态库则在运行时才被加载，以实现代码的复用。共享库的实现需要处理地址空间的分配、绑定时间的选择以及如何管理不同模块间的符号引用。 重定位是一个复杂的问题，链接器需要解决如何调整代码中的引用，以适应最终加载时的内存地址。这可能包括软件重定位和硬件重定位，其中软件重定位是由链接器完成的，而硬件重定位则是在程序运行时由CPU完成的。 加载和重叠涉及将程序加载到内存中，并处理程序的执行。基本加载涉及将程序的各个部分加载到内存中的正确位置。位置无关代码是一种特殊的技术，允许代码在内存中的任何位置都能正确执行，这对于共享库尤其重要。覆盖是一种内存管理技术，用于提高内存利用率，它通过共享程序中不常用的代码或数据部分来实现。 总结来说，链接器和加载器是系统开发不可或缺的工具，它们在程序执行前对代码进行一系列的处理，确保程序能够在目标平台上正确运行。对于软件开发者而言，理解和掌握链接器和加载器的工作原理对于软件的调试和优化有着重要的意义。在不同操作系统和硬件平台上，开发者需要根据具体的链接器和加载器文档来定制开发环境，确保程序的兼容性和效率。