系統程式ch5:Linker/Loader

簡介

• 連結器：將許多目的檔連結成一個執行檔的程式。
• 載入器：將可執行檔載入到記憶體當中執行的程式。
• 目的檔：一種由程式機器碼與資料碼所組成的格式化檔案結構，組譯時若有外部標記（extern）則必須保留這些標記以待連結時進行處理。這種保留外部標記的機器碼檔，就稱為目的檔。在目的檔中，會盡可能儲存記錄代號，而非字串。
• 最簡單的目的檔：PIC (Position Independent Code) 目的碼，相對於 PC 的定址法，因此不管目的檔被載入到記憶體的哪個位址，都可以直接執行，而不需要進行任何修正。
• 執行檔：目的檔連結完成後，就會輸出可執行檔。Windows:xxx.exe Linux:xxx.out、xxx.o<<目的檔或可執行。

windows	Linux
PE (Portable Executable)	ELF (Executable Linkable Format)

具交互引用的C範例

StackMain.c

extern void push(int x);
extern int pop();

int main() {
​ int x;
​ push(3);
​ x= pop();
​ return 0;
}

StackFunc.c

extern int stack[];
extern int top;

void push(int x) {
  stack[top++] = x;
}
int pop() {
  return stack[--top];
}

StackType.c

int stack[128];
int top = 0;

pc相對於程式計數器定址。

• 分段.bss .text .data…通常目的檔中也會分成這些段落。
• 標記.global(全域標記, 可以供外部的程式引用)、.extern(外部標記, 引用其他程式的標記時使用)。

連結器

• 將許多目的檔連結成一個檔案。輸出:
  1.一個可執行檔
  2.函式庫 (Library)
  3.動態函式庫 (DLL)
• 更新符號表與修改記錄。
• 進行區段合併的動作：內文段 (.text)、資料段 (.data) 與 BSS (.bss) 段合併。
• 組譯後(目的碼)沒定義的外部引用，進行重定位。

動態連結、靜態連結

• Windows(.dll)、Linux(.so)提供動態連結器。
• 靜態連結：連結器必須將所有使用到的函式庫連結到執行檔中。
• 動態連結：函式庫可以先不需要被連結進來，而是在執行到某函數時，才透過動態連結器尋找並連 結函式庫可以不用載入全部的函式庫, 以節省記憶體。
• 特性：通常是與位置無關的程式碼 ：PIC(Position Independent Code)。
• 優點
  1.節省記憶體
  2.節省連結時間
  3.可以抽換函式庫
• 缺點
  1.可能造成『動態連結地獄』(DLL hell) 的困境
  2.假如新的函式庫有錯, 或者與舊的程式不相容, 那麼, 原本執行正常的程式會突然出現錯誤, 甚至無法使用。

載入器

• 若不是使用PIC定址，載入器需要幫忙修改。
• 載入器步驟
  1.將各分段載入到記憶體。
  2.利用修正記錄修改記憶體內容。
  3.設定程式計數器，開始執行。

動態載入

• 動態載入技術, 允許程式在執行時期, 再決定要載入哪個函式庫的技術。

GUN

• 拿以上三支程式為範例：先編譯後連結 -c 單獨目的檔。
  
  
  最後連結的__TEXT比較大是因為call __alloca分配stack、heap大小。
  

靜態函式庫