【深入理解计算机系统·笔记】hello程序的执行流程

上一篇笔记：【深入理解计算机系统·笔记】GCC编译过程理解

上一篇笔记按照GCC编译的流程示范了hello.c的编译过程，本篇笔记旨在帮助理解hello.c程序运行的过程。

在linux系统中执行hello程序需要在shell终端输入以下命令：

linux> ./hello

hello,world

linux>

shell是一个命令行解释器，当我们在shell终端输入命令后，shell 会根据第一个单词来判断输入是否为shell内置命令，如果不是shell则会将它假设为一个可执行文件的名字，根据名字加载并运行这个文件。

在这个简单的执行过程，我们需要用到以下硬件资源：

可见的硬件：

1. 键盘：输入./hello时使用键盘输入字符
2. 鼠标：使用鼠标定位或选择
3. 显示器：将输入的字符及执行结果呈现到眼前
4. 主机：幕后核心工作者

不可见的硬件（包含在主机中）：

1. CPU：解释或执行指令的引擎
2. 控制器：控制流程和时序
3. 总线：分为数据总线、控制总线、地址总线
4. 内存：程序运行时临时存储器
5. 磁盘：数据和程序长期存储器
6. 寄存器：临时数据临时存储

 

hello程序执行的整个过程很短，但实际做了很多动作，每个动作中又都是利用以上硬件设备来完成的，那么它又是如何调配利用以上硬件资源的呢？

初始时，当我们在键盘输入字符串“./hello”后，shell程序将字符逐一读入寄存器，再把它存放到内存中，用户输入完成按下回车键后，shell将执行一系列的指令来加载可执行的hello文件，将hello目标文件从磁盘读入内存，当hello中的代码和数据都被加载到内存后，处理器开始执行hello程序的main函数程序中的机器语言指令，这些指令会将“hello,world\n”字符串中的字节流从内存复制到寄存器，然后再从寄存器复制到显示设备，最终显示到屏幕上。流程图如下：

 

那么问题又来了，shell是如何调配这些硬件的呢？shell又是如何在执行自己的指令时切换到执行hello程序的指令呢？这就涉及到计算机中几个关键性的概念：操作系统、进程、线程、并发等核心概念，这些概念都需要深入理解，下一篇笔记再进行详细记录。