計算機基礎(二) 程式執行

2021-08-01 12:45:38 字數 1952 閱讀 8936

1、源程式如.c/.cpp

2、經過預處理器,得到被修改後的源程式.i:

預處理器可以刪除注釋、包含其他檔案以及執行巨集(巨集macro是一段重複文字的簡短描寫)替代。

3、經過編譯器,得到彙編文字.s

4、經過彙編器,得到可重定位目標程式,二進位制檔案.o

5、經過鏈結器,如printf.o加入,得到可執行目標程式

6、程式存放在磁碟中或載入到記憶體中執行

乙個典型的elf可執行檔案中各類資訊:

elf頭部描述了檔案格式,包括程式的入口點等;

elf可執行檔案載入到記憶體;載入—execve函式呼叫載入器—將檔案**+資料從磁碟拷到記憶體;然後跳轉到程式入口點。

如何利用虛擬儲存器將磁碟上**+資料對映到記憶體中?

載入是一次全部載入進去還是一部分一部分載入進去?請看linux檔案系統。

程式有自己的儲存器映像,而32位linux上**段總是從0x08048000開始;資料段在4kb對齊位址上;執行時堆在讀/寫段之後接下來的第乙個4kb對齊位址處,並呼叫malloc而增長;而使用者棧自頂向下生長,是使用者程序空間中的一塊區域,用於儲存使用者程序的子程式間相互呼叫的引數、返回值、返回點以及子程式(函式)的區域性變數。

核心在建立乙個程序時首先要將其段暫存器都設定好。

具體即:cs:index=4, ti=0(使用gdt), rpl=3(使用者特權);ds-es-ss: index=5, ti=0(使用gdt), rpl=3(使用者特權);切換到核心態,則cs: index=2,ti=0, rpl=0; ds-es-ss: index=3, ti=0, rpl=0。

通過此暫存器得到gdt表(所有程序共用)的2,3,4,5項,其基位址均為0,上限4g,不同在於dpl表示特權等級,s表示型別,type表示屬性。dpl與段的rpl進行核對,cs不能訪問資料段進行核對。其實這核對意義不大,頁式對映時也要比對,無非是mmu要求而走流程。

注意:程式計數器pc即指令指標暫存器ip,或者又作為段偏移位址暫存器,它們都是儲存下一條執行指令的位址。x86上一般叫ip,arm上叫pc/r15。在x86上不能直接給ip賦值,可以通過jmp來改變它的值;在arm上可以通過ldr直接對pc賦值。

乙個程序在執行時,cpu的所有暫存器中的值、程序的狀態以及堆疊中的內容被稱為該程序的上下文。

乙個程序的上下文可以分為三個部分:使用者級上下文、暫存器上下文以及系統級上下文。

使用者級上下文: 正文、資料、使用者堆疊以及共享儲存區;

暫存器上下文: 通用暫存器、程式暫存器(ip)、處理器狀態暫存器(eflags)、棧指標(esp);

系統級上下文: 程序控制塊task_struct、記憶體管理資訊(mm_struct、vm_area_struct、pgd、pte)、核心棧

當核心需要切換到另乙個程序時,它需要儲存當前程序的所有狀態,即儲存當前程序的上下文,以便在再次執行該程序時,能夠必得到切換時的狀態執行下去。

在linux中,當前程序上下文均儲存在程序的任務資料結構中。在發生中斷時,核心就在被中斷程序的上下文中,在核心態下執行中斷服務例程。但同時會保留所有需要用到的資源,以便中繼服務結束時能恢復被中斷程序的執行。

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