一、链接过程
假设我们有两个C源文件:main.c和helper.c。其中,main.c是主程序,它调用helper.c中定义的函数helper_function。
1、编译:首先,使用编译器将这两个源文件分别编译成目标文件(.o文件)。例如,使用gcc编译器:
gcc -c main.c -o main.o
gcc -c helper.c -o helper.o
2、链接:然后,使用链接器将这两个目标文件以及所需的库函数链接成一个可执行文件。例如:
gcc main.o helper.o -o my_program
在这个例子中,链接器负责将main.o和helper.o中的代码和数据片段整合成一个完整的可执行文件my_program。链接器还负责解析符号(例如,main.o中调用的helper_function符号在helper.o中定义),并将相对地址转换为绝对地址(在静态链接中,这通常是在链接时完成的)。
二、装入过程
假设我们已经生成了可执行文件my_program,现在需要将其装入内存以便执行。
1、分配内存:操作系统为my_program分配一块连续的内存空间,这通常包括代码段、数据段、栈段和堆段等。
2、加载程序:操作系统将my_program的内容从磁盘加载到分配的内存空间中。这通常涉及读取可执行文件的头部信息,以确定各个段的大小和位置,然后将相应的数据复制到内存中的对应位置。
3、重定位:如果my_program是使用动态重定位方式装入的,那么在装入时并不会立即将逻辑地址转换为物理地址。相反,这个转换过程会推迟到程序真正执行时才进行。这意味着,在程序执行过程中,当需要访问某个内存地址时,操作系统会动态地将逻辑地址转换为物理地址。
为了更具体地说明这个过程,我们可以考虑一个简单的例子:
假设my_program的代码段从内存地址0x1000开始,数据段从内存地址0x2000开始。当my_program执行到某条指令需要访问数据段中的一个变量时,该指令中的地址可能是一个逻辑地址(例如,相对于数据段起始地址的偏移量)。在动态重定位的情况下,操作系统会在这个时刻将这个逻辑地址转换为物理地址(例如,0x2000加上偏移量)。
另外,如果my_program在运行时需要加载一个动态库(例如,一个包含数学函数的库),那么操作系统会在程序请求该库时动态地将其装入内存,并链接到程序中。这通常涉及解析动态库中的符号表,并将程序中的符号引用解析为动态库中的实际地址。
综上所述,链接与装入过程是操作系统中确保程序能够正确执行的关键步骤。链接过程将程序的各个部分连接起来并形成一个完整的可执行文件,而装入过程则将该可执行文件加载到内存中以便执行。这两个过程共同协作,使得程序能够在操作系统中顺利运行。