hello world是我們學習一門語言的第一個程序佩谣，一直很好奇這個程序底層到底是怎么執(zhí)行起來的呢盖灸？今天就讓我們一探究竟：
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("hellow world \n");
}
編譯鏈接： gcc hello.c均驶，生成了a.out文件郑口，
gcc hello.c
wusong@ubuntu:~/cTest/hellotest$ ls
a.out hello.c
查看a.out颓影， 使用objdump -h a.out
objdump -h a.out
a.out: file format elf64-x86-64
Sections:
Idx Name Size VMA LMA File off Algn
0 .interp 0000001c 0000000000400238 0000000000400238 00000238 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
1 .note.ABI-tag 00000020 0000000000400254 0000000000400254 00000254 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
2 .note.gnu.build-id 00000024 0000000000400274 0000000000400274 00000274 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
3 .gnu.hash 0000001c 0000000000400298 0000000000400298 00000298 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
4 .dynsym 00000060 00000000004002b8 00000000004002b8 000002b8 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
5 .dynstr 0000003d 0000000000400318 0000000000400318 00000318 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
6 .gnu.version 00000008 0000000000400356 0000000000400356 00000356 2**1
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
7 .gnu.version_r 00000020 0000000000400360 0000000000400360 00000360 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
8 .rela.dyn 00000018 0000000000400380 0000000000400380 00000380 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
9 .rela.plt 00000030 0000000000400398 0000000000400398 00000398 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
10 .init 0000001a 00000000004003c8 00000000004003c8 000003c8 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
11 .plt 00000030 00000000004003f0 00000000004003f0 000003f0 2**4
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
12 .plt.got 00000008 0000000000400420 0000000000400420 00000420 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
13 .text 00000192 0000000000400430 0000000000400430 00000430 2**4
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
14 .fini 00000009 00000000004005c4 00000000004005c4 000005c4 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
15 .rodata 00000011 00000000004005d0 00000000004005d0 000005d0 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
16 .eh_frame_hdr 00000034 00000000004005e4 00000000004005e4 000005e4 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
17 .eh_frame 000000f4 0000000000400618 0000000000400618 00000618 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
18 .init_array 00000008 0000000000600e10 0000000000600e10 00000e10 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
19 .fini_array 00000008 0000000000600e18 0000000000600e18 00000e18 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
20 .jcr 00000008 0000000000600e20 0000000000600e20 00000e20 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
21 .dynamic 000001d0 0000000000600e28 0000000000600e28 00000e28 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
22 .got 00000008 0000000000600ff8 0000000000600ff8 00000ff8 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
23 .got.plt 00000028 0000000000601000 0000000000601000 00001000 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
24 .data 00000010 0000000000601028 0000000000601028 00001028 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
25 .bss 00000008 0000000000601038 0000000000601038 00001038 2**0
ALLOC
26 .comment 00000035 0000000000000000 0000000000000000 00001038 2**0
CONTENTS, READONLY
可以看到目標文件格式是分類存儲的各淀，分成了很多段，從左到右诡挂，第一列（Idx Name）是段的名字碎浇，第二列（Size）是大小 ，LMA表示裝載內存地址璃俗，VMA表示虛擬內存地址奴璃，F(xiàn)ile off是文件內的偏移。
基礎知識
從你寫的源代碼到執(zhí)行你的程序城豁，一般經歷了這幾個過程：
源代碼編輯 -> 編譯 -> 鏈接 -> 裝載 -> 執(zhí)行苟穆。編譯，簡單說就是用編譯工具唱星，將你的源碼雳旅，變成可以執(zhí)行的二進制代碼，也叫做目標文件间聊，當然只是對應某一種硬件平臺攒盈，比如此處我用的是Intel的X86系列的CPU，編譯出來的哎榴，就是針對X86的二進制代碼型豁。鏈接就是將多個目標文件合并為一個目標文件，稱作可執(zhí)行文件叹话。 在上面的可執(zhí)行文件中有很多section偷遗，最常見和基礎的段有：
“text”段：代碼段，就是CPU要運行的指令代碼驼壶。
“data”段：數據段氏豌，保存了源代碼中的數據，一般是以初始化的數據热凹。
“bss”段：也是數據段泵喘，存放那些未初始化的數據泪电，因為這些數據還未分配空間，所以單獨存放纪铺。
段一般可以分為loadable和allocatable相速， loadable，可加載鲜锚，就是突诬，原先目標文件里面包含對應的代碼或數據，所以芜繁，裝載器要把這些內容旺隙，load到對應的地址，以便程序可以運行骏令；而allocatable蔬捷，可分配的，最簡單理解就是上面提到的.bss段榔袋，那里記錄了變量名周拐，到時候，你要給這些變量名分配內存空間凰兑。
- LMA:（Load Memory Address） the address at which the section will be loaded.內存裝載地址表示把程序（經歷過妥粟，由你的源碼，通過編譯器的編譯聪黎，鏈接器的鏈接罕容，形成的那個可執(zhí)行文件，詳細點說就是稿饰，把其中的.text代碼段锦秒，.data數據段等內容）從硬盤裝載到內存的哪個位置。這里問一句喉镰，為什么要搬到內存呢旅择？ 程序運行的本質，就是CPU讀取到指令侣姆，然后執(zhí)行生真。這里就涉及到，如果想要你的程序運行捺宗，首先柱蟀，你應該把對應的指令，放到合適的地方蚜厉，CPU 才能讀到长已，才能執(zhí)行。此處合適的地方，有人想到术瓮，直接放到硬盤這里康聂，CPU過來讀取，然后執(zhí)行不就可以了嗎胞四，還不用這么麻煩地將（指令）代碼搬來搬去的恬汁，多省事。但是實際上辜伟，系統(tǒng)就是這么“笨”地搬來搬去氓侧，原因在于，從硬盤上直接讀取指令导狡，速度比直接從內存甘苍，一般PC 上是各種類型的RAM，比如DDR烘豌，此處統(tǒng)稱為Memory/內存，要慢很多倍看彼，所以廊佩，系統(tǒng)才會不嫌棄麻煩，把代碼拷貝到內存里面去靖榕，然后從內存里面讀取指令标锄，然后執(zhí)行，這樣效率會高很多茁计。
- VMA, （Virtual Memory Address）：the address the section will have when the output file is run;那啥是虛擬內存地址呢料皇？簡單說就是，你程序運行時候的所對應的地址星压。此處所謂的虛擬践剂，一般來說，指的是啟用了MMU之后娜膘，才有了虛擬地址和實地址逊脯。此處，我們可以簡單的理解為竣贪，就是內存的實際地址即可军洼。程序運行前，要把程序的內容演怎，拷貝到對應的內存地址處匕争，然后才能運行的。因此爷耀，一句話總結就是：代碼要運行的時候甘桑，此時對應的地址，就是VMA。在多數情況下扇住，LMA和VMA是相等的.LMA和VMA不一樣春缕。而其中最常見的一種情況就是，程序被放到ROM中艘蹋，比如設置為只讀的Nor Flash中锄贼，也就是LMA的地址是Nor Flash的地址，此如隨便舉例為0x10000000女阀，而程序要運行時候的地址是內存地址宅荤，比如0x30000000,也就是VMA 是0x30000000，這時候浸策，就要我們自己保證冯键，在程序運行之前，把自己的程序庸汗，從LMA＝0x10000000拷貝到VMA＝0x3000000處惫确，然后程序才可以正常運行。有人會問蚯舱，反正對于ROM來說改化，CPU 也是可以直接從ROM里面讀取代碼，然后運行的枉昏。為何還要前面提到的陈肛，弄個LMA 和VMA不同，搬來搬去的呢兄裂？因為ROM句旱，顧名思義，是只讀的晰奖，只能讀取谈撒，不能寫入的。而程序中的代碼段匾南，由于只是被讀取港华，不涉及到修改寫入，是沒有問題的午衰。但是對于數據段和bss位初始化段來說立宜，里面的所有的程序的變量，多數都是在運行的時候臊岸，不僅要讀取橙数，而且要被修改成新的值，然后寫入新的值的帅戒，所以灯帮，如果還是放到ROM里面崖技，就沒法修改寫入了。而且钟哥，另一個原因是迎献，CPU從ROM，比如常見的Nor Flash中讀取代碼的速度腻贰，要遠遠小于從RAM吁恍，比如常見的SDRAM，中讀取的速度播演，所以冀瓦，才會牽扯到將代碼燒寫到ROM里面，然后代碼的最開始写烤，將此部分程序reaload翼闽，重載，也就是從此處的ROM的地址洲炊，即LMA感局，重新拷貝到SDRAM中去，也就是VMA的地方暂衡，然后從那里運行蓝厌。
鏈接器和裝載器的作用
鏈接器
- 將LMA寫到（可執(zhí)行的）二進制文件里面去
- 解析符號。將不同的符號古徒，根據符號表中的信息，轉換為對應的地址读恃，這里只涉及VMA隧膘，即程序運行時的地址。
Loader寺惫，裝載器
- 從二進制文件中讀出對應的段的信息疹吃，比如text，data西雀，bss等段的信息萨驶，將內容拷貝到對應的LMA的地址處。
- 如果發(fā)現(xiàn)VMA!=LMA, 即 程序運行時候的地址艇肴，和剛剛把程序內容拷貝到的地址LMA腔呜，兩者不一樣，
那么就要把對應的內容再悼，此處主要是data核畴，數據段的內容，從剛剛裝載到的位置冲九，LMA處谤草，拷貝到VMA處.這樣，程序運行的時候，才能夠在執(zhí)行的時候丑孩，找到對應的VMA處的變量冀宴，才能找到對應的值，程序才能正常運行温学。
最后再看看.text段到底是存了什么東西呢略贮？objdump -s a.out (-s 表示查看目標文件十六進制格式)
......
Contents of section .fini:
4005c4 4883ec08 4883c408 c3 H...H....
Contents of section .rodata:
4005d0 01000200 68656c6c 6f20776f 726c6420 ....hello world
4005e0 00
......
貌似我們能看懂的也就是rodata只讀數據段中的hello，world枫浙，那我們反匯編看下刨肃，objdump -d a.out , 它輸出文件的匯編形式，下面列出主要的main函數部分箩帚，其實在main函數執(zhí)行前后真友，有很多工作要做，比如初始化函數執(zhí)行環(huán)境等紧帕。
0000000000400526 <main>:
400526: 55 push %rbp
400527: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
40052a: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp
40052e: c7 45 fc 05 00 00 00 movl $0x5,-0x4(%rbp)
400535: bf d4 05 40 00 mov $0x4005d4,%edi
40053a: e8 c1 fe ff ff callq 400400 <puts@plt>
40053f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400544: c9 leaveq
400545: c3 retq
400546: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)
40054d: 00 00 00
左邊是十六進制形式盔然，右邊是匯編形式，至于匯編代碼是嗜，這里不贅述愈案。
