1. 溫故而知新

虛擬內(nèi)存可以解決地址連續(xù)帶來的不安全吱肌，分頁解決了內(nèi)存使用率（換入換出的消耗）問題。

線程數(shù)據(jù)

當(dāng)機(jī)器的處理器數(shù)量大于線程數(shù)仰禽，那么就是真正的并發(fā)氮墨；如果線程數(shù)大于CPU數(shù)，那么必然有至少一個處理器是運行多個線程的吐葵，這個時候就需要線程調(diào)度规揪，讓他們看起來在并行。

線程調(diào)度的方法們主要都帶著優(yōu)先級 + 輪轉(zhuǎn)的影子温峭，IO密集的比CPU密集的更容易提高優(yōu)先級猛铅，因為IO密集的用CPU時間少。

提高優(yōu)先級的方式

可重入的函數(shù)必須滿足以下三個條件：可以在執(zhí)行的過程中可以被打斷诚镰；被打斷之后奕坟，在該函數(shù)一次調(diào)用執(zhí)行完之前，可以再次被調(diào)用（或進(jìn)入清笨，reentered)月杉；再次調(diào)用執(zhí)行完之后，被打斷的上次調(diào)用可以繼續(xù)恢復(fù)執(zhí)行抠艾，并正確執(zhí)行苛萎。

重入發(fā)生的情況有兩種，一是多線程，二是函數(shù)自己調(diào)用自己腌歉⊥芾遥可重入的函數(shù)有以下特點：（其實就是沒有副作用）

可重入函數(shù)

鎖也不是絕對安全，編譯優(yōu)化可能會延遲寄存器寫入 or 調(diào)整不相干的指令執(zhí)行順序翘盖，導(dǎo)致意料之外的結(jié)果桂塞，volatile 可以阻止寄存器寫入延遲。

barrier

原來linux也有柵欄馍驯，防止在構(gòu)建對象的時候阁危，內(nèi)存地址返回先于對象構(gòu)建：

栗子

2. 靜態(tài)鏈接

Build = Compile + Link；一般是四個步驟：預(yù)處理 + 編譯 + 匯編 + 鏈接

構(gòu)建流程

預(yù)編譯做什么

編譯就是語法分析之類的汰瘫，生成語法樹以及優(yōu)化生成匯編代碼狂打；而匯編那一步是將匯編代碼轉(zhuǎn)為機(jī)器碼，輸出目標(biāo)文件混弥。（關(guān)于編譯歡迎看之前的編譯原理讀書筆記趴乡，這里不詳述啦）

比如array[index] = (index + 4) * (2 + 6)經(jīng)過各種分析會變成下面醬紫的：

t2 = index + 4
t2 = t2 * 8
array[index] = t2

這個時候就面臨一個問題了，array和index的地址還米有確定蝗拿。如果他們定義在其他編譯單元呢晾捏？

為什么有鏈接

鏈接主要分為：地址和空間分配、符號決議和重定位

例如兩個模塊main.c和func.c蛹磺，main.c中要使用func.c中的函數(shù)foo(),在main.c模塊中每一處調(diào)用foo的時候都要知道foo這個符號的地址粟瞬，但是模塊單獨編譯，編譯main.c的時候不知道foo的地址萤捆，編譯器暫時擱置裙品，到鏈接時再去確定。連接器在鏈接的時候會根據(jù)所引用的符號foo俗或，自動去相應(yīng)的func.o模塊中查找foo的地址市怎，然后將main.o模塊中所有引用到foo的指令重新修正，是得獲取真正的foo函數(shù)的地址辛慰。

如果沒有鏈接器区匠，每次func模塊重新編譯，都要手動修改main里面的foo的地址帅腌，這就非常難受了驰弄。

如全局變量var 在目標(biāo)文件A中，我們在目標(biāo)文件B 中需要訪問var速客，則編譯目標(biāo)文件B時由于不知道變量var 的目標(biāo)地址將其暫時設(shè)置為0戚篙，等鏈接器將目標(biāo)文件A和B 鏈接起來的時候再將var 的地址進(jìn)行修正，地址修正也叫重定位溺职，被修改的地方叫重定位入口岔擂。

地址修正

3. 目標(biāo)文件里有什么

編譯及匯編之后生成的文件叫目標(biāo)文件位喂，只是沒有經(jīng)過link。

可執(zhí)行文件 & 目標(biāo)文件

我們大概能猜到乱灵，目標(biāo)文件中的內(nèi)容至少有編譯后的機(jī)器指令代碼塑崖、數(shù)據(jù)。沒錯痛倚，除了這些內(nèi)容以外规婆，目標(biāo)文件中還包括了鏈接時所須要的一些信息，比如符號表状原、調(diào)試信息聋呢、字符串等苗踪。一般目標(biāo)文件將這些信息按不同的屬性颠区，以“節(jié)”的形式存儲，有時候也叫“段”通铲，在一般情況下毕莱，它們都表示一個一定長度的區(qū)域，基本上不加以區(qū)別颅夺，唯一的區(qū)別是在ELF的鏈接視圖和裝載視圖的時候朋截，后面會專門提到。在本書中吧黄，默認(rèn)情況下統(tǒng)一將它們稱為“段”部服。

image

假設(shè)上圖可執(zhí)行文件(目標(biāo)文件)的格式是ELF，ELF文件的開頭是一個“文件頭”拗慨，它描述了整個文件的文件屬性廓八，包括文件是否可執(zhí)行、是靜態(tài)鏈接還是動態(tài)鏈接及入口地址(如果是可執(zhí)行文件)赵抢、目標(biāo)硬件剧蹂、目標(biāo)操作系統(tǒng) 等信息，文件頭還包括一個段表(Section Table )烦却，段表其實是一個描述文件中各個段的數(shù)組宠叼。段表描述了文件中各個段在文件中的偏移位置及段的屬性等，從段表里面可以得到每個段的所有信息其爵。文件頭后面就是各個段的內(nèi)容冒冬，比如代碼段保存的就是程序的指令，數(shù)據(jù)段保存的就是程序的靜態(tài)變量等摩渺。

未初始化的數(shù)據(jù)其實也可以放到.data简烤，然后存?zhèn)€初始值0，但是這樣就很浪費证逻。所以.bss（Block Started by Symbol）段只是為未初始化的全局變量和局部靜態(tài)變量預(yù)留位置而已乐埠，它并沒有內(nèi)容抗斤，所以它在文件中也不占據(jù)空間。

很多人可能會有疑問：為什么要那么麻煩丈咐，把程序的指令和數(shù)據(jù)的存放分開?混雜地放在一個段里面不是更加簡單?其實數(shù)據(jù)和指令分段的好處有很多瑞眼。主要有如下幾個方面。

• 一方面是當(dāng)程序被裝載后棵逊，數(shù)據(jù)和指令分別被映射到兩個虛存區(qū)域 伤疙。 由于數(shù)據(jù)區(qū)域?qū)τ谶M(jìn)程 來說是可讀寫的，而指令區(qū)域?qū)τ谶M(jìn)程來說是只讀的辆影，所以這兩個虛存區(qū)域的權(quán)限可以被分別設(shè)置成可讀寫和只讀徒像。這樣可以防止程序的指令被有意或無意地改寫。

• 另外一方面是對于現(xiàn)代的CPU來說蛙讥，它們有著極為強(qiáng)大的緩存(Cache )體系锯蛀。 由于緩存在現(xiàn)代的計算機(jī)中地位非常重要，所以程序必須盡量提高緩存的命中率次慢。指令區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的分離有利于提高程序的局部性∨缘樱現(xiàn)代CPU的緩存一般都被設(shè)計成數(shù)據(jù)緩存和指令緩存分離，所以程序的指令和數(shù)據(jù)被分開存放對CPU的緩存命中率提高有好處迫像。

• 第三個原因劈愚，其實也是最重要的原因，就是當(dāng)系統(tǒng)中運行著多個該程序的副本時闻妓，它們的指令都是一樣的菌羽，所以內(nèi)存中只須要保存一份改程序的指令部分。 對 于指令這種只讀的區(qū)域來說是這樣由缆，對于其他的只讀數(shù)據(jù)也一樣注祖，比如很多程序里面帶有的圖標(biāo)、圖片犁功、文本等資源也是屬于可以共享的氓轰。當(dāng)然每個副本進(jìn)程的數(shù)據(jù)區(qū)域是不一樣的，它們是進(jìn)程私有的浸卦。

一些段

ELF文件中用到了很多字符串署鸡，比如段名、變量名等限嫌。因為字符串的長度往往是不定的靴庆，所以用固定的結(jié)構(gòu)來表示比較困難，一種常見的做法是把字符串集中起來存放到一個表怒医，然后使用字符串在表中的偏移來引用字符串炉抒。

字符串表

鏈接過程的本質(zhì)就是要把多個不同的目標(biāo)文件之間相互“粘”到一起。為了使不同目標(biāo)文件之間能夠相互粘合稚叹，這些目標(biāo)文件之間必須有固定的規(guī)則才行焰薄。在鏈接中拿诸，目標(biāo)文件之間相互拼合實際上是目標(biāo)文件之間對地址的引用，即對函數(shù)和變量的地址的引用塞茅。

比如目標(biāo)文件B要用到了目標(biāo)文件A中的函數(shù)“foo”亩码，那么我們就稱目標(biāo)文件A定義(Define)了函數(shù)“foo”，稱目標(biāo)文件B引用(Reference)了目標(biāo)文件A中的函數(shù)“foo”野瘦。這兩個概念也同樣適用于變量描沟。每個函數(shù)或變量都有自己獨特的名字，才能避免鏈接過程中不同變量和函數(shù)之間的混淆鞭光。在鏈接中吏廉，我們將函數(shù)和變量統(tǒng)稱為符號(Symbol)，函數(shù)名或變量名就是符號名(Symbol Name)惰许。

我們可以將符號看作是鏈接中的粘合劑席覆，整個鏈接過程正是基于符號才能夠正確完成。鏈接過程中很關(guān)鍵的一部分就是符號的管理啡省，每一個目標(biāo)文件都會有一個相應(yīng)的符號表(Symbol Table)娜睛，這個表里面記錄了目標(biāo)文件中所用到的所有符號。每個定義的符號有一個對應(yīng)的值卦睹，叫做符號值(Symbol Value)，對于變量和函數(shù)來說方库，符號值就是它們的地址结序。

符號表

符號表的name由于避免重復(fù)以及函數(shù)重載之類的纵潦，會有很多生成規(guī)則徐鹤，和函數(shù)簽名很像需要唯一，不同編譯器生成的規(guī)則也不一樣邀层，所以不同編譯器生成的目標(biāo)文件之間的 link 是無法鏈接的返敬。

這里就解釋了為啥有的時候你build會報錯重復(fù)符號~ （這里是因為是強(qiáng)符號哦，強(qiáng)符號不能重復(fù)定義寥院，多個弱符號是木有問題的）

編譯里面的弱引用和iOS的弱引用其實不太一樣劲赠，編譯的弱引用是如果找不到這個符號不會報錯，但是強(qiáng)引用找不到會編譯不過秸谢，但弱引用運行時可能會crash凛澎，but它給外部提供了自定義的機(jī)會。（內(nèi)部僅聲明估蹄，外部去實現(xiàn)）

4. 靜態(tài)鏈接

當(dāng)我們有多個目標(biāo)文件時塑煎，如何將它們鏈接起來形成一個可執(zhí)行文件呢？這就是鏈接的核心內(nèi)容：靜態(tài)鏈接臭蚁。

舉個例子

鏈接就是把幾個目標(biāo)文件合成一個可執(zhí)行文件最铁，那么要怎么合并呢讯赏？如何合并各個段呢？

方法1：直接疊加

方法1的問題主要是段太零散了冷尉，很多內(nèi)存碎片待逞，畢竟各段還要內(nèi)存對齊啥的属划。

方法2：相似段合并

在鏈接階段孽惰，鏈接器會為會為所有的目標(biāo)文件分配地址空間。
這里的地址空間需要區(qū)分兩種含義：

• 可執(zhí)行文件自身的空間：用于磁盤上靜態(tài)存儲可執(zhí)行文件的內(nèi)容
• 進(jìn)程虛擬地址空間：由程序運行時猴贰，系統(tǒng)加載可執(zhí)行文件的內(nèi)容而動態(tài)建立

鏈接器為可執(zhí)行文件中符號確定的地址即是最后程序運行時所使用的地址震束，在可執(zhí)行文件被裝載時會被一一映射到進(jìn)程的虛擬地址空間怜庸。典型的裝載數(shù)據(jù)包括代碼段和數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)，一些特殊的段垢村，如.bss段在可執(zhí)行文件中不占用空間割疾，但是在可執(zhí)行文件裝載后的進(jìn)程虛擬地址空間中需要進(jìn)行空間分配。嘉栓。

現(xiàn)在的鏈接器空間分配策略基本上采用上述方式中的第二種宏榕，使用這種方法的鏈接器一般都采用一種叫兩步鏈接的方法。也就是整個鏈接過程分兩步侵佃。

• 空間與地址分配
  掃描所有的輸入目標(biāo)文件麻昼，并且獲得它們各個段的長度、屬性和位置馋辈，并且將輸入目標(biāo)文件中的符號表中的所有符號定義和符號引用收集起來抚芦，統(tǒng)一放到一個全局符號表。這一步迈螟，鏈接器能夠獲得所有輸入目標(biāo)段長度叉抡，并且將它們合并，計算出輸出文件中的各個段合并后的長度與位置答毫，并建立映射關(guān)系

• 符號解析與重定位
  使用上面一步收集到的所有信息褥民，讀取輸入段的數(shù)據(jù)、重定位信息洗搂，并且進(jìn)行符號解析與重定位消返、調(diào)整代碼中的地址。事實上蚕脏，第二步是鏈接的核心侦副，特別是重定位的過程。

舉例我們把 a b 兩個文件合成可執(zhí)行文件ab：

連接方式

在目標(biāo)文件里面的函數(shù)地址都是不固定的驼鞭，所以會用0x00之類的替代秦驯，再合成為可執(zhí)行文件以后，會修改這個地址為真實地址挣棕，這就是重定位译隘。

地址修正

鏈接器怎么知道哪些指令是需要被調(diào)整的呢亲桥？這些指令哪些部分要被調(diào)整？怎么調(diào)整固耘？這些都需要重定位表來提供信息题篷。事實上在ELF文件中，有一個叫重定位表( Relocation Table)的結(jié)構(gòu)專門用來保存這些與重定位相關(guān)的信息厅目，我們在前面介紹ELF文件結(jié)構(gòu)時已經(jīng)提到過了重定位表番枚，它在ELF文件中往往是個或多個段。

比如代碼段 "text" 如有要被重定位的地方,那么會有一個相對應(yīng)叫 "rel.text"的段保存了代碼段的重定位表;如果代碼段 "data" 有要被重定位的地方,就會有一個相對應(yīng)叫 "rel.data" 的段保存了數(shù)據(jù)段的重定位表损敷。

重定位表

重定位的過程中葫笼，每個重定位的入口都是對一個符號的引用，那么當(dāng)鏈接器須要對某個符號的引用進(jìn)行重定位時拗馒，它就要確定這個符號的目標(biāo)地址路星。這時候鏈接器就會去查找由所有輸入目標(biāo)文件的符號表組成的全局符號表，找到相應(yīng)的符號后進(jìn)行重定位诱桂。

visual C++提供了一個編譯選項叫函數(shù)級別鏈接洋丐，這個選項的作用就是讓所有的函數(shù)像前面的模板一樣，單獨保存在一個段里面挥等。當(dāng)鏈接器需要用到某個函數(shù)時友绝，它就將它合并到輸出文件中，對于那些滅有用到的函數(shù)則將他們拋棄触菜。這種做法很大程序上減小了輸出文件的長度九榔，減少了空間浪費。但是這個選項會減慢編譯和鏈接的過程涡相。

其實就是把段單位改小，然后用的時候就合并剩蟀，不用就不合并催蝗，這樣就可以減少最后生成的可執(zhí)行文件。因為如果你都混到一個段里面育特，是不好拆出來哪里不要哪里要的丙号，以 segment 為單位就比較容易。但目標(biāo)文件里面的段數(shù)會增加很多缰冤。

全局對象的構(gòu)造會在 main 之前執(zhí)行犬缨，以及它的析構(gòu)會在 main 之后執(zhí)行，他們分別處于單獨的段 .init 和 .fini 棉浸。

目標(biāo)文件格式怀薛、符號修飾標(biāo)準(zhǔn)、變量內(nèi)存分布方式迷郑、函數(shù)調(diào)用方式等這些跟二進(jìn)制可執(zhí)行代碼兼容性相關(guān)的內(nèi)容稱為ABI（Application Binary Interface）枝恋。和API的差別還挺大的创倔，API說的是源代碼級別的接口，ABI是二進(jìn)制層面的焚碌。

這其實也說明了畦攘，為啥很多jar包會區(qū)分系統(tǒng)，也就是我們用的很多庫都會提供很多版本十电，讓你根據(jù)自己的系統(tǒng)下載知押。

靜態(tài)庫可以簡單看成一組目標(biāo)文件的集合。用壓縮程序?qū)⑦@些目標(biāo)文件壓縮到一起鹃骂，并進(jìn)行編號和索引台盯。如linux的usr/lib/libc.a

我們知道在一個 C 語言的運行庫，包含了很多跟系統(tǒng)功能相關(guān)的代碼偎漫，比如輸入輸出爷恳、文件操作、時間日期象踊、內(nèi)存管理等温亲。 glibe 本身是用 C 語言開發(fā)的，它由成百上千個 C 語言源代碼文件組成杯矩，也就是說栈虚，編譯完成以后有相同數(shù)量的目標(biāo)文件，比如輸入輸出有 pri ntf.o , scanf.o; 文件操作有 fread.o , fwrite.o等史隆。

把這些目標(biāo)文件零散的提供給庫的使用者魂务，很大程度上會造成文件傳輸、管理和組織方面的不便泌射，于是通常人們使用"ar"將這些目標(biāo)文件壓縮到一起粘姜，并且對其進(jìn)行編號和索引，以便于查找和檢索熔酷，這就形成了libc.a 這個靜態(tài)庫文件孤紧。

靜態(tài)庫文件內(nèi)容

如果我想找一個符號在那個.o文件里可以醬紫：

查找符號

很多靜態(tài)庫都是一個文件只放一個函數(shù)，這個其實也是為了避免鏈接不需要的文件拒秘，這樣的話就可以當(dāng)你用到那個函數(shù)就link哪個文件啦号显。

如何從.c到可執(zhí)行文件

你可以去修改鏈接的腳本，去除不需要的段躺酒，以得到最小的可執(zhí)行文件押蚤。

碎碎念：最近發(fā)現(xiàn)可能自己并沒有自己想象的那么喜歡編程，也許我并不適合羹应，所以三個月的停更想了也蠻多的揽碘，最近很想去英國留學(xué)，等疫情過了再申請試試吧，現(xiàn)在這種無法感受到成長的日子實在是有點難熬钾菊。但還是會先堅持噠~ MBA和做XX博主也在考慮范圍內(nèi)帅矗，但以我的資質(zhì)吧，感覺難以維持生命吖~