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程序員的自我修養—精華(elf文件、虛擬內存)

qpwoeiru96 / 3600人閱讀

摘要:即注意,局部變量屬于的是指令而對于全局變量局部,這些都是數據即這些,在程序的運行,自始至終都是占著內存的其中,已經初始化的且不為的變量是在段,即段的大小是。

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程序

我們寫的程序,需要經過(編譯,鏈接)得到 最終的exe/elf(產生到 磁盤上)。

如果我們要運行他,必須要把他加載到 內存里! 因為cpu訪問內存的速度 要比訪問磁盤,速度快千萬倍

cpu的位數,是指: 他一次性能夠進行運算的 整數的寬度,因為cpu是在ALU里運算數據
所以, cpu的位數 其實是 ALU的寬度(即,數據總線的 條數)
但是, cpu的位數 不一定等于 地址總線的 條數,他等于的是 數據總線的條數


比如虛擬地址是4GB,(物理內存不一定是4GB?。。牟季指袷绞牵?/p>

  • [0 - 3GB]這個地址區域,稱為 用戶空間

    • [0 - 128MB] 是forbidden禁止的! 他是禁止訪問的,連訪問都不能,更不能寫!!

    • [128MB - 3GB],這是我們程序可以使用的 虛擬地址區域
      第一個區域,他劃分為有: [.text] [.data] [.bss]
      我們知道,一個程序無非是:(指令) + (數據)
      指令是在:.text段, 數據是在:.data段 和 .bss段

      緊接著 第二個區域: heap 堆空間

      第三個區域:用來放到dll共享庫的!
      比如,你用了很多scanf這種函數,他在頭文件里 只有聲明,并沒有定義。 但是,等到鏈接時,程序會自動的 鏈接一些系統的庫。

      第四個區域: [.stack]
      因為,我們程序的運行 就是從入口函數開始遞歸,這個段就是供我們函數運行的;比如,你的局部變量 就會在這個.stack段里。

      第五個區域: 放命令行參數、環境變量。main函數的參數 argv這些

  • [3 - 4GB]這個地址區域,稱為 內核空間,即OS運行的空間
    第一個區域是: ZONE_DMA DMA: direct memory access,加速 磁盤和內存 交換數據用的
    在沒有DMA技術前,磁盤和內存交換數據時: 磁盤數據 必須經過總線,流經 cpu的寄存器,最終才能到達內存
    這是對cpu的 極大浪費。
    有了DMA,比如加載一個文件 從磁盤 通過總線 到內存中時,不需要使用cpu的寄存器!?。?br /> cpu遇到這種情況,他就會空閑下來,來調度其他的進程??!

      第二區域: `ZONE_NORMAL`  第三區域: `ZONE_HIGHMEM`

int a = 1;int b = 0;int c;static int d = 1;static int e = 0;static int f;int main(){	int g = 1;	int h = 0;	int i;		static int j = 1;	static int k = 0;	static int l;	return 0;}

這個程序中,屬于 指令的是: int main(){ int g = 1; int h = 0; int i; return 0; },即他們是在 .text段。
因為這些,要么是函數,要么是局部變量,可以多次調用 是屬于指令。 即注意,局部變量 屬于的是 指令!

而對于: 全局變量 + 局部static,這些都是 數據(即這些,在程序的運行,自始至終 都是占著內存的)
其中,已經初始化的 且不為0 的變量 a,d,j 是在 .data段,即.data段的大小 是12。

常量(比如"hello"),他是在 .rodata段

沒有初始的 或 初始為0的,是在.bss段。
關于.bss段,有幾個信息:

  • 在.obj文件里, [elf header] [.text] [.data] [.bss] [.comment] [section table]
    但其實你會發現,.comment段 和 .bss段 在文件里的地址,其實是一樣的??!
    而這兩個段 大小都不是0,為什么是一樣的呢?
    其實,.bss段 他在obj文件里 其實是不占空間的?。。?其實就沒有這個段,.data后面就是.comment
    .bss段 只會占的是: 虛擬空間里的內存!! 而不占.obj文件里的空間

    而,這個.bss段 在.obj文件 是不存在的,那他怎么知道 這個段里的那些全局/static變量呢?
    通過讀section table段表,他里面會記錄 每個段的詳細信息,bss的信息 可以通過他來獲取

    .bss段,沒必要在文件中存儲。這是因為: .data段里存的 都是初始值,即程序一運行 這些值就必須初始化為(用戶指定的值)
    但是,.bss段里的 他的值 都是0,就不用在文件里存儲他了,這樣減少文件的大小

  • 按理說,該有6個變量 是在.bss段。 但是,為什么1不是在.bss段呢?

    main.c	short x = 10; short y = 10;	extern void func();	int main(){		func();	}test.c	int x;	void func(){ x = 20; }

    這個項目,在c++里 肯定是錯誤的。因為有2個x,c++里 所有的符號變量/函數,都不能重名。
    而在c里,他存在 強符號(初始化了的) 和 弱符號(未初始化的)的區別,這里:short x是強符號,int x是弱符號
    (強符號:只能有1個,即初始化的 只能有1個)(弱符號:可以有多個,即未初始的 可以有多個,不管是什么類型)
    (在鏈接后,優先使用強符號; 沒有強符號,則優先使用內存最大的弱符號)

    即,在項目進行鏈接完后,func()函數里 所使用的x,其實是:short x這個
    func函數里 他的匯編是: 往x 寫4個字節的內存,這是在多帶帶編譯test.c 就確定下來的匯編指令。
    而最終鏈接后,這個匯編指令 肯定是不變的,但這個x 并不是int,而是short
    所以,20的4字節是: 14 00 00 00,前面的14 00 給short x,后面的00 00 給short y,所以,最終:x = 20, y = 0 {x是指的short這個}

    int c;這個全局變量,他是不在.bss段的。
    因為: int b = 0;初始了,他是強符號 雖然c++沒有強弱符號,但這個程序 也可能是c的??!
    int c;未初始,弱符號。 他會在另外一個COM段,不是在bss段。因為他可能被其他obj里的強符號所頂替
    其他的,都是static。static,是本文件可見?。。∷菑娭菩缘模?!即,即使是一個static的弱符號,在本文件里 也不會被其他強符號替代!
    static還有個名字,是local,即本地的 本文件的。其他文件,也看不到這個文件里的static變量。


os會 運行很多的進程,這些進程 所使用的虛擬空間,其中他們的內核區域[3 - 4GB]區域 都是共享的,因為只有1個操作系統
但用戶空間,他是 獨立的,每個進程的 用戶空間,肯定都是不同的。


當程序要運行時,即變成進程,要進行下面幾個步驟:

  • 虛擬地址物理內存映射,創建 頁目錄 和 頁表
  • 加載 .text段 和 .data段
  • 把該exe的入口地址,寫到 pc寄存器里。
    ELF header里,有個entry point address。到時候這個進程運行時,這個地址 就會放到cpu的 pc寄存器里,即為該程序的入口地址

== 2:00 https://www.bilibili.com/video/BV1xf4y127AJ ==

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