编译、链接、装载

问题

程序为什么无法同时在windows和Linux上运行?

编译、链接、装载

首选回顾一下程序的执行:程序通过编译器编译成汇编代码,然后汇编代码通过汇编器汇编成CPU可以读懂的机器码,理论上CPU就可以执行这些机器码了。

但在上面得到的代码并不是可执行文件(Executable Program),而是目标文件(Object File)。还需要通过连接器(Linker)把多个目标文件和调用的各种函数链接起来,才能得到一个可执行文件。

程序代码 => 汇编代码 => 机器码,实际上可以分为下面的两部分:

编译(Compile)、汇编(Assemble)以及链接(Link)三个阶段,完成这三个阶段后可以得到一个可执行文件

通过装载器(Loader)把可执行文件装载(Load)内存中。CPU就可以从内存中读取指令和数据,开始真正执行程序。

ELF格式和链接

在Linux中,可执行文件和目标文件都是使用ELF(Execuatable and Linkable File Format)「可执行与可链接文件格式」的文件格式,这种格式存放着汇编指令和其他相关数据。

ELF文件格式的结构

文件头(File Header):文件的基本属性,是否是可执行文件,对应的CPU,操作系统。

代码段(Code Section):保存程序的代码和指令。

数据段(Data Section):保存程序的初始化数据。

重定位表(Relocation Table):保存当前文件中那些地址跳转是不确定的。

符号表(Symbol Table):保存当前文件中定义的函数、变量以及他们对于地址信息。

链接的过程

目标文件 => 连接器:连接器扫描所有目标文件,把其中符号表信息提取出来,构建一个全局符号表。然后根据重定位表中不确定跳转地址的代码,根据全局符号表保存的地址信息进行修正,最后就是把所有目标文件的对应段进行合并,得到可执行代码。这个时候装载器就只需要解析ELF文件,加载到内存执行就可以,不用处理地址跳转的问题。

回到问题

一开始提到程序问什么不能同时在windows和Linux上运行,那是因为两个系统的可执行文件格式不一样。

Linux下是ELF(Execuatable and Linkable File Format),windows下是PE(Portable Executable Format)。

Linux下的装载器并不能解析PE格式,所以就会出现上面的问题。

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