【Linux】编译,链接,装载简单梳理

简单梳理为了更快的记忆理解及传达

一.编译

1.1 编译过程：

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编译产出文件：

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1.2 ELF文件类型：

linux中有如下几种ELF文件：

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当然Android手机中的oat文件也是ELF文件。

编译生成的可执行文件是ELF文件，ELF文件相关知识具体参考：https://blog.csdn.net/TaylorPotter/article/details/90247231

这里简单列两个视图：

1.2.1 链接视图：

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几个常见section的作用:
text 段的布局如下:
[.text]：程序代码
[.rodata]：只读数据
[.hash]：符号散列表
[.dynsym]：共享目标文件符号数据
[.dynstr]：共享目标文件符号名称
[.plt]：过程链接表
[.rel.got]：G.O.T 重定位数据。

data 段布局如下:
[.data]：全局的初始化变量
[.dynamic]：动态链接结构和对象
[.got.plt]：全局偏移表
[.bss]：全局未初始化变量

1.2.2 装载/执行视图：

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看执行视图最直接感受就是不同section具有一样的属性的,比如可读可写,会划分到相同的segment中去往内存中装载.

二.链接

2.1 链接过程:

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1.静态链接使用静态库,在编译阶段抽取静态库中的依赖的目标文件进行链接,最终可执行文件中是包含静态库中依赖的目标文件的.
2.动态链接使用动态库,在装载执行时系统发现所依赖的动态库不在物理内存中便会产生缺页错误,使用linker去加载动态库至物理内存.当然也可以主动load 动态库(dlopen等)

2.2 静态链接：

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1.静态链接将所有需要的目标文件链接到最终的可执行文件中,为了提高程序运行装载效率,将相似section放在一起.

2.3 动态链接:

动态链接基本思想:把程序按照模块拆分成各个相对独立部分，在程序运行时才将它们链接在一起形成一个完整的程序.

假设现在有两个程序program1.o和program2.o，这两者共用同一个库lib.o,假设首先运行程序program1，系统首先加载program1.o，当系统发现program1.o中用到了lib.o，即program1.o依赖于lib.o，那么系统接着加载lib.o，如果program1.o和lib.o还依赖于其他目标文件，则依次全部加载到内存中。当program2运行时，同样的加载program2.o，然后发现program2.o依赖于lib.o，但是此时lib.o已经存在于内存中，这个时候就不再进行重新加载，而是将内存中已经存在的lib.o映射到program2的虚拟地址空间中，从而进行链接（这个链接过程和静态链接类似）形成可执行程序。

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动态链接最关键通过got表中基于got表起始地址的偏移中的地址值确定动态链接库中的函数实际地址,日后再详细调研学习这块.

2.4 链接类型比较:

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静态链接如果program A和 program B都使用到c.o,需要各自链接c.o至各自的可执行文件中,
缺点:比较浪费空间,另外更新困难.
优点: 编译时链接,启动性能相对较好.
动态链接中不需要重复装载已装载的共享库,运行时将共享库的映射到进程的虚拟地址空间中即可
优点: 节省空间,更新方便
缺点: 运行时准确来说是装载时链接,影响启动性能

据估算,动态链接与静态链接相比,性能损失大约在5%以下,这点性能损失用来换取程序在空间上的节省和程序构建和升级时的灵活性是相当值得的.

三.装载

3.1 装载过程:

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1.装载过程即可执行文件加载到内存中开始执行的过程,系统会将可执行文件中对应的section依据上面提到的执行视图映射到虚拟内存中,
2.若执行到这一段虚拟内存时发现该虚拟内存对应的物理内存是空的则会发生缺页中断,下一步即会将可执行文件的该部分装载到物理内存中,
3.然后执行.

3.2 native程序装载执行过程:

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1.装载的过程即exec执行过程,exec执行发现虚拟地址指向的物理地址没有代码或数据MMU便会产生缺页错误,去加载该段内容到物理内存中执行.
2.大部分程序都采用动态链接,当程序从内核转到用户太时第一次执行的并非程序的入口地址,而是linker动态连接器的入口.
3.动态连接器自举之后会去链接装载程序需要的动态库,准备好了之后才会去调用可执行程序文件的入口,继而调用到程序的main方法.