因爲工作原因，很久沒有寫博客，近期初略看了一個《鏈接裝載與庫》，書寫得很好，但因本人功力有現，好些地方還是不明白。做個小結先。相信以後再讀此書會有更多收穫。
第二章 編譯和鏈接
從原文件到可執行文件可心爲爲幾部：預編譯，編譯，彙編，靜態鏈接。
預編譯：由預編譯器完成。主要處理代碼中以“#”開始的預編譯指令。比如“include”"define"等，刪除所有註釋，插入文件標識。（生成.i文件）
編譯：對預處理完的文件進行詞法，語法，語義分析及優化，生成相應的彙編代碼文件（生成.cod，.s文件）。
彙編：將彙編代碼轉變爲機器可執行的指令。（生成目標文件.obj,.o文件）
鏈接：把目標文件組裝的過各就是鏈接。主要的工作是：地址空間分配，符號決議和重定位。
庫的本質：他是一組打包存放的目標文件。
重定位：地址修正的過程也叫重定位，每個要修正的地方叫重定位入口。
每三章 目標文件裏有什麼
文件格式
OMF-對象模型文件（Object Module File）
OMF是一大羣IT巨頭在n年制定的一種格式，在Windows平臺上很常見。大家喜歡的Borland公司現在使用的目標文件就是這種格式。
COFF – 通用對象文件格式（Common Object File Format）
MS和Intel在n年前用的也是OMF格式，現在都改投異側，用COFF格式了。
1.PE(Portable Executable)格式，是微軟Win32環境可執行文件的標準格式。
2.ELF-可執行及連接文件格式（Executable and Linking Format）
ELF格式，是linux通用格式，在非Windows平臺上使用得比較多，在Windows平臺基本上沒見過。
其它格式:Unix a.out和MS-Dos.COM格式。
這些格式文件歸類
1.可重定位文件。
用途：連接成爲執行文件或共享目標文件
實例：Linux的.o，Windows的.obj
2.可執行文件（一般沒有文件名）
3.共享目標文件
用途：1.作爲可執行文件一部分運行生成可執行文件。2生成新的目標文件。
例：linus .so, windows dll
4.核心轉儲文件（略）
用於保存運行信息。Linux 下core dump
（目的文件，動態靜態鏈接庫，可執行文件都按可執行文件格式存儲）
目標文件中的段：
ELF Header:描述文件的基本屬性,如程序入口，文件版本等。（正是這樣，病毒可能修改程序的入口地址）
Section Table:描述各個段的信息，如段句，升序，在文件中的偏移，讀寫權限等。
.test:指信段
.data段：已經初始化了的全局中靜態變量和局部靜態變量
.bss段：未初始化的全局變量和局部靜態變量。
.rodata段： 存放只讀據，const修飾的變量和字符串常量
.rel.text段：重定位表。如對printf的調用。在鏈接時使用重定位表對地址進行修正。
符號表：函數和變量統稱符號，函數或變量名就是符號名。符號值就是函數或變量的地址。特殊符號：_executable_start,_etext或 _etext或etext,_edata或edata,_end或end
字符串表
段表字符串表
.comment:編譯器版本信息
符號修飾與函數簽名
即函數的名稱修改方法，用於識別不用的函數。C++爲了實現以C的兼容，使用符號"extern "C""聲明的符號會按C的方式進行符號修飾。
弱符號與強符號
規則：1.強符號不允許多次定義。2.如果一個符號在霜凍個目標文件中是強符號，在其它中是弱符號，那麼選擇強符號。3.如果都是弱符號，那麼選擇空間最大的一個（這樣可能產生調用過程中的問題）。
弱引用與強引用
在鏈接時，沒有找到符號定義就報錯，稱爲強引用。
第四章 靜態鏈接
連接器一般採用“兩步鏈接”的方法進行鏈接。第一步進行空間和地址分配，第二步進行符號解析和重定位。
空間和地址分配
空間分配：這裏的空間分配只關心虛擬地址的空間分配，而不關心可執行文件的空間分配。空間分配採用相似段合併的方法，合 並後某個段內部的佈局是有輸入文件的順序決定的，當然收到連接腳本的控制。
地址分配：確定各個段的虛擬地址，包括BSS段。
空間分配需要的信息包括段的長度、屬性和位置（偏移）。
空間和地址分配遍結束後：有一個全局符號表，記錄所有目標文件的符號信息，包括符號定義和符號引用。合併後各個段的起始地址和長度確定
符號解析與重定位
符號解析：確定各個符號的地址。根據段的地址和符號在段中的偏移以及相同段的合併順序，可以確定各個符號的準確地址，從而更新符號表。每個要重定位的段都有一個重定位表。所有被引用的符號都不能是未定義的。
重定位：根據各個目標文件的重定位表信息，可以準確的定位文件中哪些地方需要進行重定位。
重定位表的結構如下：
Typedef struct{
Elf32_Addr r_offset; //從定位入口的偏移，相對於作用段的偏移
Elf32_Word r_info; //入口的類型和符號
｝Elf32_Rel;
符號解析結束，找到重定位入口，下一步做的就是指令修改。根據指令的尋址方式進行修改。
第六章 可執行文件裝載與進程
32位虛擬地址空間0到2的32次方減1（0到0xFFFFFFFF）.
從操作系統看可執行文件裝載
進程的建立：一個進程的建立最關鍵的特徵是擁有獨立的虛擬地址空間。進程的建立分三步：
1 創建獨立的虛擬地址空間：創建虛擬地址空間實際上是建立虛擬地址空間到物理空間的映射，在i386的linux實際上就是創建一個頁目錄，或者稱爲頁表。
2 讀取可執行文件頭，建立虛擬空間與可執行文件的映射關係。當程序發生頁錯誤時，操作系統將從內存中分配一個物理頁，並將該缺頁從磁盤讀入內存。然後設置頁的映射關係。顯然，當缺頁時，操作系統需要知道程序當前需要的頁在磁盤中的哪個位置，此時指令的虛擬地址是知道的，這就需要建立一個虛擬地址到可執行文件之間的映射。這樣的一種數據結構稱爲VMA，它記錄了各個段對應的虛擬空間，並記錄該段在文件中的偏移。
3 CPU指令寄存器設置成可執行程序入口，啓動。
頁錯誤：當CPU執行某條指令，如果該指令所在頁是空頁，則發生段錯誤。操作系統捕獲，找到該指令所在的VMA，並計算出該頁在文件中的偏移，分配一個物理頁，將文件內容讀入內存，設置虛擬地址也物理地址的映射關係，即頁表。將控制權還給程序。
文件的鏈接視圖和執行視圖
對於相同的權限的段，合併到一起當作一個段進行映射。稱爲"Segment"，和前面的section不一樣。一個是從裝的角度看（Segment）,一個是鏈接的角度看（Section）。
段地址對齊
最簡單的情況是，各個Segment在物理內存中都分別映射，Segment起始地址都是4096整數倍（每頁4K）。這樣容易造成物理空間的浪費。
第七章 動態鏈接
爲什麼要動態鏈接
.節省內存和磁盤空間（共享代碼，但私用數據會有複本）。2.程序的升級。3.有利於程序的可擴展和兼容性
動態庫參與鏈接
gcc –o Program1 Program1.c ./lib.so
Program1.c引用到lib.so中的foobar()函數，這裏foobar定義在共享對象中，連接器會將這個符號的引用標記爲一個動態鏈接的符號，不對其進行重定位，留到裝載時再進行。動態庫lib.so保存了完整的符號信息，把./lib.so作爲連接的輸入符號之一，連接器在解析符號時就知道foobar是定義在lib.so中的動態符號。如果foobar是定義在其他目標文件中的函數，鏈接器會按照靜態鏈接的規則進行重定位。
固定裝載地址的困擾
靜態共享庫：操作系統在某些特定的地區劃分一些地址塊，爲那些已知的模塊預留足夠的空間。
裝載時重定位（任意地址加載，方法一）
裝載時重定位是首先想到的解決共享對象任意地址裝載問題。在鏈接時，對所有絕對地址的引用都不盡興重定位，而是把這一步推遲到裝載時進行。
連接時重定位 vs 裝載時重定位（基址重置）這種方法對共享對象並不是很合適，因爲這種方法需要修改指令，而指令部分被多個進程共享，沒法做到一份指令被多個進程共享，因爲指令被重定位後對每個進程都是不同地。
但這種方法可以修改共享對象的數據部分，因爲數據部分都是進程私有的。
地址無關代碼（任意地址加載，方法二）
要想實現指令部分的進程共享，解決共享對象指令中對絕對地址的重定位問題，方法是將指令中那些需要被修改的部分分離出來，放在數據部分。這種方案稱爲地址無關代碼（PIC, Position-Independent Code）技術。
模塊中四種類型的地址引用：
（1）模塊內部的函數調用、跳轉
（2）模塊內部的數據訪問，全局變量?、靜態變量
（3）模塊外部的函數調用、跳轉
（4）模塊外部的數據訪問，如其他模塊定義的全局變量
延遲綁定
動態鏈接速度慢的原因有：
(1)對於全局變量和靜態數據的訪問都要通過GOT表定位，再間接尋址。
(2)對於模塊間的調用也要先定位GOT，然後再進行間接跳轉。
(3)動態鏈接的鏈接工作在運行時完成。
主要的原因是（2）和（3），因爲模塊間的全局變量訪問比較少，多了耦合性就強。
延遲綁定是指函數在第一次用到時才進行綁定，包括符號查找、重定位等。如果沒有用到則不進行綁定。這樣就節省了(3)的時間。
ELF採用PLT（Procedure Linkage Table）的方法來實現延遲綁定。這種方法是在GOT之上增加一層間接跳轉來實現的。每個外部函數在PLT中都有一個對應的項，調用函數並不是直接跳轉的GOT中進行定位，而是先跳轉到PLT中的對應項，如果是第一次調用該函數，PLT則先進行符號綁定，填充GOT表，再跳轉過去。否則直接跳轉到GOT進行定位。
第9章 Windows下的動態鏈接
Windes PE採用了與ELF不同的辦法，它採用的是裝載時重定位的方法。
第10章 內存
棧向低地址增長，堆向高地址增長，直到預留的空間被用完。
棧
對於windows來說，每個線程默認棧大小是1MB，可以在createThread時指定。
堆棧幀一般包含以下幾個內容：
（1）傳入的參數
（2）返回的地址
（3）保存的寄存器（上下文）
（4）臨時變量
返回值<=4字節，值用eax返回，5-5字節，用eax和edx聯合返回（eax低4，edx高4），大於8字節：爲返回值開一個臨時空間，把地址傳給被調用函數，被調用函數爲它賦值並用eax返回它的地址。（如果調用函數要用到返回值，就用eax找到臨時對象，複製值）
堆
1.malloc是一個運行庫的功能，系統“批發”給進程一塊較大的空間，程序通過malloc進行內存的管理。在linux上用mmap和windows中的VirtualAlloc相似，向系統申請空間。對爲x86來說，申請的大小必須是4096字節的整數倍。
2.winows堆管理函數:heapcreate,heapalloc,heapfree,heapdestroy.每個進程都有一個默認堆，默認大小爲1M.
3.堆在內存中是通過空閒鏈表，位圖，對象池等方式組織起來的。
第11章 運行庫
入口函數和程序初始化
程序的入口點實際上是一個程序的初始化和結束部分，它往往是運行庫的一部分。典型的程序運行步驟：
1.系統創建進程，把控制權交到程序入口，入口往往是運行庫的某個入口函數。
2.穰函數對運行庫和運行環境進行初始化，包括堆，I/O，線程，全局中變量構造等等。
3.初始完後，調用main，執行程序主體。
4.返回到入口函數，進行清理工作，包括全局變量，堆銷燬，關閉I/O,然後系統調用結束進程。
MSVC CRT入口函數
MSVC CRT默認的入口函數名爲mainCRTStartup, 它的總體流程是：
1.初始化和OS版本有關的全局變量。
2.初始化堆。alloc.
3.初始化I/O.
4.獲取命令行參數和環境變量。
5.初始化C庫一些數據。
6.調用main並記錄返回值。
7.檢查並並main返回值返回。
exit函數和return函數的主要區別是：
1）exit用於在程序運行的過程中隨時結束程序，其參數是返回給OS的。也可以這麼講：exit函數是退出應用程序,並將應用程序的一個狀態返回給OS，這個狀態標識了應用程序的一些運行信息。
main函數結束時也會隱式地調用exit函數，exit函數運行時首先會執行由atexit()函數登記的函數，然後會做一些自身的清理工作，同時刷新所有輸出流、關閉所有打開的流並且關閉通過標準I/O函數tmpfile()創建的臨時文件。
exit是系統調用級別的，它表示了一個進程的結束，它將刪除進程使用的內存空間，同時把錯誤信息返回父進程。通常情況：exit(0)表示程序正常, exit(1)和exit(-1)表示程序異常退出，exit(2)表示系統找不到指定的文件。在整個程序中，只要調用exit就結束。
運行庫與I/O
現代系統系統對系統資源都有嚴格的控制。以文件操作舉例：設置文件句柄可以防止用戶寫操作系統內核的文件對象，文件句柄總是和內核的文件對象相關聯的。內核可以通過句柄來計算出內核文件對象的地址。
在內核中，每一個進程都有一個私有的”打開文件表“，這個表是一個數組，每一個元素都指向一個崔的打開文件對象。而打開文件得到的fd是這個表的下標。(p329)
C/C++語言運行庫
支撐c語言運行的一系列函數所構成的集合稱爲運行時庫。C語言運行庫大致包含：啓動與退出,C標準函數,堆，語言實現調試。
參數格式：int printf(const char* format, ...);
cdecl調用慣例保證參數的正確清除，它是由調用方負責清除堆棧。
局部跳轉
C語言中一個爭議機制，它可以實現從一個函數休向別一個函數體跳轉。（p340）
glibc與MSVC CRT
C語言的運行庫是c程序和和不同操作系統平臺之間的抽象層，將不同的API抽象成相同的庫函數。但象線程和諧這樣的功能並不是標準c運行庫的一部分，glibc有pthread庫的pthread_create創建，而MSVCRT有_beginthread創建。所以事實上他們是標準C語言運行庫的超集。
層次關係圖（P402）
第12章 系統調用與API
系統調用原理
用戶態的程序一般是通過中斷來從用戶態切換到內核態。windows中的運行庫中通過調用windows api實現系統調用，windows API實質上是以DLL函數函數的形式暴露給應用程序開發者的。
SDK是Windows API DLL導出函數的聲明頭文件、導出庫、相關文件和工具的集合。Windows在API之上建立了很多應用模塊，如winine.dll。之所以引入API，是爲了隔離硬件結構的不同而導致的程序的兼容性問題。