本文主要是介绍OS_程序的装入与链接,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
2024.09.05:操作系统程序的装入与链接学习笔记
第12节 程序的装入与链接
- 2.1 程序的装入
- 2.1.1 绝对装入方式
- 2.1.2 可重定位装入方式(静态重定位)
- 2.1.3 动态运行时装入方式(动态重定位)
- 2.2 程序的链接
- 2.2.1 静态链接方式
- 2.2.2 装入时动态链接
- 2.2.3 运行时动态链接
操作系统的第三章内存管理,在学习正式的管理策略之前,我们知道一个C语言的文件,它到底是如何被放入内存,然后去执行,这个过程中我们经历了什么样的步骤?
- 计组:一个程序想要装入到内存中去运行,它需要通过预处理,编译,汇编,链接,装入
- 操作系统:步骤简化成3部分,首先去编译,链接,装入
2.1 程序的装入
用户程序想要在系统中运行,首先需要把它装入到内存,然后再把它转变成一个可以执行的程序,通常会经历以下几个步骤
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编译:由编译程序对用户源程序进行编译,形成几个目标模块,目标模块的地址其实就已经是逻辑地址或者说相对地址
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链接(对目标模块进行链接):将编译后形成的一组目标模块以及它们所需要的库函数链接在一起,形成一个完整的装入模块
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装入:由装入程序将装入模块装入内存
2.1.1 绝对装入方式
简单且古早的装入方式,一般都是面对仅能运行单道程序的系统。一个很小很小的计算机系统里面,我们可以提前知道这个程序会驻留在内存的什么位置,这种情况下,内存里面只会有一道程序,所以我们在编译之后就可以产生绝对地址,也就是物理地址
2.1.2 可重定位装入方式(静态重定位)
因为你的程序想要加载到内存里面去运行,但是它内部其实是一个逻辑地址,我们加载到内存之后,要进行一个逻辑地址到物理地址的转换,这个过程就叫做重定位
可重定位装入方式,又叫做静态重定位,一般用于多道程序下,多道程序的编译程序是没有办法预知,因此我们需要根据内存的具体情况将装入模块放到一个合适的位置
经过编译和链接之后的装入模块,它的起始地址都是从0开始的。当你装入到内存之后,你需要对目标程序中的相对地址(逻辑地址)进行一个修改,这个过程就是我们刚才介绍的(重定位)
这个地址变换是在程序装入的时候完成的,所以我们把它叫做(静态重定位)。
现在这个静态体现得还不明显,我们后面讲过动态之后,我们就知道这个为什么叫静态
注意:因为装入时就修改了地址,所以装入到内存后就不能再移动程序得位置
能不能离散地装入内存?不能!
2.1.3 动态运行时装入方式(动态重定位)
考虑到运行过程中程序和数据在内存中得位置可能经常要改变(对换功能可能把程序换入外存,换回来位置不一样),可重定位装入方式也不完美,于是又有了动态运行时装入方式
动态运行时的装入程序把装入模块装入内存后,不立即把装入模块中的逻辑地址换成物理地址,而是把地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。因此装入内存后所有 的地址仍是逻辑地址
为使地址转换不影响指令的执行速度,这种方式需要一个(重定位寄存器)的支持
为什么动态重定位需要这个寄存器,但是静态重定位不需要呢?
因为动态重定位是有可能移动的,重定位寄存器里面的起始值是他要执行的时候,装入模块的起始值。重定位寄存器里面的值是可能改变的,只有你要开始执行的时候,它最终确定的这个物理地址,起始地址才会写到重定位寄存器里面去。
而对于静态重定位,我们在装入的时候就已经敲定了它最终的物理地址就不可以再动了,所以装入程序就可以直接进行这样的转换,它就不需要这个重定位计算器了
动态重定位是否可以离散装入?可以!后面会学到分页。动态重定位并非是必须要使用这个重定位寄存器,后面学习到的分页也是用到了动态重定位这样一个思想,但是它做的这个地址映射靠的是什么?页表!页表和重定位寄存器的作用是完全一样的
对于动态重定位来说,它没有要求我们必须要放在一个连续的空间里,但是我们放在连续的空间里面的时候,需要这个重定位寄存器的支持,但是后面学习到的分页分段的时候,它可以放在不连续的内存里面,这个时候,我们使用的就不再是重定位寄存器,用的而是这个页表、段表等
2.2 程序的链接
2.2.1 静态链接方式
程序运行之前,我们会把目标模块(编译生成的),还有它们需要的库函数,去链接成一个完整的装配模块(装入模块),以后不再拆开,称为静态链接
静态链接需要解决两个问题:
- 对相对地址需要进行修改,由编译程序产生的所有目标模块中使用的都是相对地址,起始地址都是0;但是链接成立一个装入模块后,原来相互调用的指令就发生了变化
- 变换外部调用符号:每个模块所用的外部调用符号也都需要变换成相对地址
2.2.2 装入时动态链接
装入时动态链接也就是我们编译之后得到这组目标模块,我们没有把它一次性变成一整个装入模块,而是让一个模块在装入内存的时候,边装入边去链接.
装入时动态链接将用户源程序编译后的得到的一组目标模块,装入内存时采用变装入边链接的方式,也就是在装入一个目标模块时,如果发现有外部模块的调用,就让装入程序去找对应的外部目标模块装入内存
装入时动态链接有两大优点:
- 便于修改和更新:静态链接装配在一起的装入模块,如果修改或更新其中某个目标模块,就需要重新打开装入模块,动态链接方式的各目标模块是分开存放的,修改或者更新都是非常容易的事情
- 便于实现对目标模块的共享:静态链接时,每个应用模块都必须包含其目标模块,造成一定空间浪费的同时没法实现共享;都装入时动态链接方式时,操作系统可以很容易地将一个目标模块链接到几个应用模块上,实现多个应用程序对模块的共享
2.2.3 运行时动态链接
应用程序在运行的时候,实际上每次运行的模块可能都不相同,但是事先不知道会运行哪些模块,所以只能把所有可能用得上的模块全都装进内存,并且在装入时链接在一起。这样装入了可能用不上的模块可能造成浪费
于是引入了运行时动态链接方式,对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行。在执行过程中,当发现一个被调用模块还没装入内存时,让操作系统去找到该模块并且装入内存,链接到调用者模块上。执行过程中没用到都不会调入内存/链接到装入模块,节省了大量内存空间并且加快了程序的装入过程
DLL库动态链接库:系统中很多应用程序都会用到的一些公用的东西,它会作为一个目标模块,供所有的应用程序去调用,注意它用到的是调用或者说引用而不是去复制这个副本
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