《程序员自我修养》阅读笔记-可执行文件装载与进程

Posted 2020-08-15

1 装载方式：页映射。操作系统将物理内存划分成页（比如每个页大小16K），可执行文件也按照页划分。每次需要哪个页时就将其装载到物理内存中某个空闲页。若没有空闲页，可以采取一定策略将物理内存中某个页换出。

2 可执行文件装载的过程。

（1）创建虚拟地址空间。分配页目录。这一步是建立虚拟空间到物理空间的映射关系。

（2）读取可执行文件头，建立虚拟空间与可执行文件的映射关系。这个映射关系的作用是以后发生页错误的时候，操作系统能够从这个映射关系中知道缺页在可执行文件中的位置。

（3）将cpu的指令寄存器设置成可执行文件的入口，开始运行。

3 VMA的概念。比如只读的数据放在一个VMA，可读可执行的放在一个VMA，所以VMA是进程虚拟空间的连续一段的称呼。

4 链接视图和执行视图。在可执行文件中，从链接视图来看，是按照section来存储的。因为每个section在加载的时候都是占据若干个页，即使某个section只有几十字节也要占据一个页，这样会造成物理内存的浪费。所以实际上，操作系统将权限相同的section都集中到一起，叫做segment。所以从执行视图来看待可执行文件，它是按照segment来划分的。

5 可执行文件中有很多segment，每条segment的内容包含：

（1）p_type: 类型。其中最主要的一个类型是LOAD。只有这个类型的segment是装载到物理内存的

（2）p_offset：在文件中的偏移

（3）p_vaddr：在进程虚拟空间的偏移

（4）p_filesz：在文件中大小

（5）p_memse：在虚拟进程空间大小（这个跟p_filesz一般是相同的）

（6）p_flags：权限，读，写，执行

（7）p_align：对齐属性

6 堆和栈。除了可执行文件中的segment加载之后是一个个的VMA，还有堆和栈也是两个VMA。堆向上增长，栈向下增长

7 segment的对齐。假设每个页的大小是4096字节。其实，可执行文件中的segment在加载后，并不是每个segment的其实地址都是4096的倍数。因为在有很多segment很小的时候，这样也会造成很大的浪费。实际上是这样做的：将各个segment依次连续存储到物理内存，这样的话，某个物理内存中某个页可能包含两个（或者更多）segment，所以这时候会将这个页映射两次，分别到每个segment在进程虚拟空间对应的VMA。（可执行文件有几个segment，在进程虚拟空间就有就有几个VMA）。

8 linux装载elf可执行文件的过程。首先bash通过fork创建一个进程，新进程调用execve执行的elf。总的流程是，读取文件头，根据魔数判断是elf文件，还是java文件，还是什么脚本文件。如果是elf文件，会调用装载elf的程序，这个程序会得到segment的数量，然后装载，将系统调用的返回地址设置为可执行文件的入口地址。然后返回，可执行文件就开始执行了。