linux系統學習筆記：執行程式
前面對linux系統的使用做了大體上的介紹。
從本篇開始，我們進入第二部分：linux系統中程式是如何執行的。
本篇先總體介紹一下相關的內容，接下來會詳細展開。
contents
在linux系統上，程式由編譯系統從原始檔轉化為可執行目標檔案。編譯系統包括四部分：預處理器、編譯器、彙編器和鏈結器。程式原始檔首先由預處理器（ cpp ）修改（輸出 .i 檔案），然後由編譯器（ cc1 ）翻譯成匯程式設計序（ .s 檔案），接下來彙編器（ as ）將它翻譯打包為可重定位目標程式（ .o 檔案），最後由鏈結器（ ld ）併入庫函式所在的預編譯目標檔案得到可執行檔案，後兩個檔案是二進位制的。
後面的討論基於gcc 4.4.5編譯環境。使用 gcc 的 -v
選項可以檢視程式編譯的整個過程。
在shell中執行可執行程式時，shell呼叫作業系統中的載入器函式，它複製可執行檔案中的**和資料到儲存器，然後將控制轉移到程式的開頭。
為了理解程式執行時計算機做了什麼，有必要了解一下計算機的硬體組成。下圖給出了計算機的乙個硬體組成抽象。
匯流排是貫穿整個系統的一組電子管道，它攜帶資訊位元組並負責在各部件之間傳遞，一般傳遞的資訊被設計成定長的位元組塊，稱為字（注意不是程式設計中的字的概念）。
i/o裝置是系統和外界聯絡的通道，圖上包括鍵盤、滑鼠、顯示器和磁碟。i/o裝置通過控制器（主機板上的晶元組）或介面卡（板卡）和i/o匯流排連線起來。
主儲存器在執行程式時用來存放程式和程式處理的資料，它是乙個臨時儲存裝置，由一組dram（動態隨機訪問儲存器）組成，物理上一般是記憶體。
處理器是解釋（執行）儲存在主存中指令的引擎。處理器的核心是程式計數器，它是個字長大小的儲存裝置。暫存器堆是個小儲存裝置，由一些字長大小的暫存器組成。alu計算新的資料和位址值。cpu執行的操作主要有：
執行程式時，典型地先從鍵盤輸入，到達暫存器堆，然後儲存在主存中；接下來利用dma技術（直接儲存器訪問技術）從磁碟將可執行檔案讀到主存中；最後主存中程式的輸出載入到暫存器，再傳送到顯示器上。
處理器和主存之間存在巨大的速度差距，為解決這一矛盾，在計算機中設計了快取記憶體儲存器l1和l2，它們是用一種sram（靜態隨機訪問儲存器）的技術實現的。暫存器是l1的快取記憶體，l1是l2的快取記憶體，l2是主存的快取記憶體，主存是磁碟的快取記憶體，磁碟可能還是一些網路儲存的快取記憶體。從暫存器到磁碟，儲存量更大、更便宜，但同時也更慢。
程式並不會直接訪問硬體，而依靠作業系統的服務。作業系統為應用程式提供了統一的介面，同時也防止了對硬體的濫用。
程序是作業系統對執行程式的一種抽象，作業系統儲存程序執行所需的狀態資訊，稱為上下文。系統上可以同時執行多個程序，稱為併發執行，實際上程序的指令是交錯執行的，即上下文切換。
現代系統中，程序由多個稱為執行緒的執行單元組成，執行緒執行在程序的上下文中，共享同樣的**和全域性資料。
虛擬儲存器是為每個程序提供的儲存的抽象，使每個程序看到的儲存器是一致的，稱為虛擬位址空間。基本思想是把程序的虛擬儲存器的內容儲存在磁碟上，然後用主存作為磁碟的快取記憶體。
檔案就是位元組序列，因此i/o裝置都可以看作檔案。檔案的概念使程式可以統一地對待系統中的各種i/o裝置。
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