可执行文件的装载过程

        应用程序，其实就是一系列的指令，以及指令所操作的数据。为了执行这些指令，并通过指令操作数据，需要将应用程序文件加载到内存中。然后从程序的入口开始逐条执行程序文件中的指令。

        在介绍应用程序的装载过程之前，需要先了解可执行文件映射到内存后的布局情况。应用程序的内存通常是按如下方式分布：

       

        每个应用程序的逻辑内存在32位机器上共有4GB，上图只标出了进程的用户态内存布局，在Linux系统下为0x000000000~0xBFFFFFFF(3GB)，Windows为0x00000000~0x7FFFFFFFF(2GB)。

        在上图中，“exec从程序文件中读到”的部分即操作系统从可执行文件加载到内存的内容。

               正文部分：代码段（.code或.text）、只读数据段.rodata（代码中通过const修饰的全局变量）

                初始化的数据：数据段（.data）。

 

        代码段也就是编译时生成的机器指令，应用程序运行时通过执行代码段的指令，操作数据（包括.data、.rodata、.bss即未初始化的数据、以及堆和栈中的数据）。

 

        操作系统在装载应用程序时，主要分为三步：

        1.      为进程分配虚拟内存（逻辑内存）

        2.      建立虚拟内存与可执行文件的映射

                以4K大小为单位，将虚拟内存地址与可执行文件的偏移建立映射关系。

        3.      将CPU的指令寄存器设置为应用程序的入口地址，启动运行

 

        在完成3步后，程序开始执行。启动运行时将访问虚拟内存的地址。但由于虚拟内存还没有映射到物理内存，因此会触发“页中断”。在发生页中断时，操作系统为虚拟内存分配物理内存，映射到此虚拟内存，然后根据此地址以及虚拟内存与可执行文件的映射关系，查找到可执行文件的偏移，然后将文件的内容加载到物理内存中。