参考
主要参考了：陈向群操作系统, 程序员的自我修养
Gcc 编译的背后
GCC编程四个过程:预处理-编译-汇编-链接
helloworld程序的运行过程
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#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
puts("hello world");
return 0;
}
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- 用户告诉操作系统执行helloworld程序
- 操作系统：找到helloworld程序的相关信息，检查其类型是否是
可执行文件；并通过程序首部信息，确定代码和数据在可执行文件中的位置并计算出对应的磁盘块地址
- 操作系统：创建一个新的进程，并将helloworld可执行文件映射到该进程结构，表示由该进程执行helloworld程序
- 操作系统：为helloworld程序设置CPU上下文环境，并跳到程序开始处
- 执行helloworld程序的第一条指令，发生缺页异常
- 操作系统：分配一页物理内存，并将代码从磁盘读入内存，然后继续执行helloworld程序
- helloworld程序执行puts函数（系统调用），在显示器上写一字符串
- 操作系统：找到要将字符串送往的显示设备，通常设备是由一个进程控制的，所以，操作系统将要写的字符串送给该进程
- 操作系统：控制设备的进程告诉设备的窗口系统它要显示字符串，窗口系统确定这是一个合法的操作，然后将字符串转换成像素，将像素写入设备的存储映像区
- 视频硬件将像素转换成显示器可接收的一组控制/数据信号
- 显示器解释信号，激发液晶屏
- OK！！！我们在屏幕上看到了“hello world”
操作系统的5大功能(从资源管理的角度)
1 进程/线程管理（CPU管理）
进程线程状态、控制、同步互斥、通信、调度、……
2 存储管理
分配/回收、地址转换、存储保护、内存扩充、……
3 文件管理
文件目录、文件操作、磁盘空间、文件存取控制、……
4 设备管理
设备驱动、分配回收、缓冲技术、……
5 用户接口
系统命令、编程接口
操作系统的主要特征
1 并发
2 共享
3 虚拟
4 随机/异常
linux内核组件
可执行文件的装载与进程
可执行文件:
[root@localhost bin]# file cgdb
cgdb: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs)
for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=0x7e94e0eb5975bd6a1eb4c7a8c0af6b77475f4362, not stripped
[root@localhost bin]# file ShadowsocksR-dotnet2.0.exe
ShadowsocksR-dotnet2.0.exe: PE32 executable (GUI) Intel 80386 Mono/.Net assembly,for MS Windows
进程的建立：
- 创建一个独立的虚拟地址空间(页目录)
虚拟空间和物理内存的映射关系
- 读取可执行文件头，并且建立虚拟空间与可执行文件的映射关系
虚拟空间和可执行文件的映射关系
- 将CPU的指令寄存器设置成可执行文件的入口地址，启动运行
可执行文件在装载时实际是被映射的虚拟空间，所以可执行文件很多时候又被叫做映像文件
gcc编译的四步
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#include "stdio.h"
int main()
{
puts("hello, it,s me!");
return 0;
}
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预处理阶段
头文件的包含，宏定义的扩展，条件编译的选择
gcc -E test.c -o test.i
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# 1 "test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<命令行>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<命令行>" 2
# 1 "test.c"
# 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4
# 27 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4
# 375 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/sys/cdefs.h" 1 3 4
# 392 "/usr/include/sys/cdefs.h" 3 4
# 1 "/usr/include/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 393 "/usr/include/sys/cdefs.h" 2 3 4
# 376 "/usr/include/features.h" 2 3 4
# 399 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/gnu/stubs.h" 1 3 4
# 10 "/usr/include/gnu/stubs.h" 3 4
# 1 "/usr/include/gnu/stubs-64.h" 1 3 4
# 11 "/usr/include/gnu/stubs.h" 2 3 4
# 400 "/usr/include/features.h" 2 3 4
# 28 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4
# 1 "/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/include/stddef.h" 1 3 4
# 212 "/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/include/stddef.h" 3 4
typedef long unsigned int size_t;
# 34 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4
# 1 "/usr/include/bits/types.h" 1 3 4
# 27 "/usr/include/bits/types.h" 3 4
# 1 "/usr/include/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 28 "/usr/include/bits/types.h" 2 3 4
typedef unsigned char __u_char;
typedef unsigned short int __u_short;
typedef unsigned int __u_int;
typedef unsigned long int __u_long;
typedef signed char __int8_t;
typedef unsigned char __uint8_t;
typedef signed short int __int16_t;
typedef unsigned short int __uint16_t;
typedef signed int __int32_t;
typedef unsigned int __uint32_t;
typedef signed long int __int64_t;
typedef unsigned long int __uint64_t;
---------------省略一大部分内容------------------------------
---------------省略一大部分内容------------------------------
# 2 "test.c" 2
int main()
{
puts("hello, it,s me!");
return 0;
}
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编译阶段
词法分析，语法分析，将源文件代码转为中间汇编代码
gcc -S test.i -o test.s
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.file "test.c"
.section .rodata
.LC0:
.string "hello, it,s me!"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl $.LC0, %edi
call puts
movl $0, %eax
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size main, .-main
.ident "GCC: (GNU) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-36)"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
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汇编阶段
将汇编代码翻译为目标代码(机器代码),即二进制文件
gcc -c test.s -o test.o
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链接阶段
重定位是将符号引用与符号定义进行链接的过程。因此链接是处理可重定位文件，把它们的各种符号引用和符号定义转换为可执行文件中的合适信息（一般是虚拟内存地址）的过程。
链接又分为静态链接和动态链接，前者是程序开发阶段程序员用 ld（gcc 实际上在后台调用了 ld）静态链接器手动链接的过程，而动态链接则是程序运行期间系统调用动态链接器（ld-linux.so）自动链接的过程。
gcc test.o -o test
[root@localhost test]# ldd test
linux-vdso.so.1 => (0x00007fff22f44000)
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f80760ec000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f80764c2000)
函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为”.a”。动态库与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为”.so”，如前面所述的libc.so.6就是动态库。gcc在编译时默认使用动态库。
ending
