1、計算機指令
計算機的指令即cpu能理解的操作，也就是我們所說的機器語言。不同的cpu能理解的語言不一樣，如intel的cpu，蘋果使用的ARM的cpu。不同的語言即不同的計算機指令集。
高級語言，彙編語言，計算機指令的關係
- 一條高級語言 可翻譯成 多條彙編指令（一對多）
- 一條彙編指令 可翻譯成 一條計算機指令 （一對一）
- 一條條的計算機指令 即 一條條機器碼（由0和1組成）
- 高級語言也可以直接翻譯成機器碼，也可以先翻譯成彙編語言再由彙編器翻譯成機器碼
- 通常我們會把高級語言翻譯成彙編，來看計算機執行的每個步驟
2、代碼執行過程
寄存器是cpu內部的組成部分，特殊的有三類：PC寄存器（存儲下一條指令的內存地址，也叫作程序計數器）、指令寄存器（存儲正在執行的指令碼）、條件碼寄存器（用裏面的一個一個標記位（Flag），存放 CPU 進行算術或者邏輯計算的結果）。除了這些特殊的寄存器，CPU裏面還有更多用來存儲數據和內存地址的寄存器。這樣的寄存器通常一類裏面不止一個。我們通常根據存放的數據內容來給它們取名字，比如整數寄存器、浮點數寄存器、向量寄存器和地址寄存器等等。有些寄存器既可以存放數據，又能存放地址，我們就叫它通用寄存器。
查看高級語言對應的彙編及機器碼，以linux下c語言爲例
int main()
{
int a = 0;
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
a += i;
}
}
通過gcc 和 objdump命令查看代碼對應的彙編指令
gcc -g -c test.c
objdump -d -M intel -S test.o
下面爲代碼對應的彙編指令,可以看到for循環是通過 邏輯判斷+指令跳轉 來實現
for (int i = 0; i < 3; i++)
b: c7 45 f8 00 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x8],0x0
12: eb 0a jmp 1e <main+0x1e>
{
a += i;
14: 8b 45 f8 mov eax,DWORD PTR [rbp-0x8]
17: 01 45 fc add DWORD PTR [rbp-0x4],eax
for (int i = 0; i < 3; i++)
1a: 83 45 f8 01 add DWORD PTR [rbp-0x8],0x1
1e: 83 7d f8 02 cmp DWORD PTR [rbp-0x8],0x2
22: 7e f0 jle 14 <main+0x14>
24: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0
}
對於cpu而言，我們寫好的代碼變成計算機指令後，是一條一條順序執行的。 程序被加載到內存後，cpu根據PC寄存器的值從內存中拿指令，然後存儲到指令寄存器，再執行。對於有些指令，則會修改pc寄存器的裏的值，達到程序跳轉的目的。
3、函數執行的原理
代碼中會出現調用其他函數，那麼被調用的函數執行完後如何回到調用的地方繼續往下執行呢？方法爲何是線程安全的呢？
// function_example.c
#include <stdio.h>
int static add(int a, int b)
{
return a+b;
}
int main()
{
int x = 5;
int y = 10;
int u = add(x, y);
}
int static add(int a, int b)
{
0: 55 push rbp
1: 48 89 e5 mov rbp,rsp
4: 89 7d fc mov DWORD PTR [rbp-0x4],edi
7: 89 75 f8 mov DWORD PTR [rbp-0x8],esi
return a+b;
a: 8b 55 fc mov edx,DWORD PTR [rbp-0x4]
d: 8b 45 f8 mov eax,DWORD PTR [rbp-0x8]
10: 01 d0 add eax,edx
}
12: 5d pop rbp
13: c3 ret
0000000000000014 <main>:
int main()
{
14: 55 push rbp
15: 48 89 e5 mov rbp,rsp
18: 48 83 ec 10 sub rsp,0x10
int x = 5;
1c: c7 45 fc 05 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x4],0x5
int y = 10;
23: c7 45 f8 0a 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x8],0xa
int u = add(x, y);
2a: 8b 55 f8 mov edx,DWORD PTR [rbp-0x8]
2d: 8b 45 fc mov eax,DWORD PTR [rbp-0x4]
30: 89 d6 mov esi,edx
32: 89 c7 mov edi,eax
34: e8 c7 ff ff ff call 0 <add>
39: 89 45 f4 mov DWORD PTR [rbp-0xc],eax
3c: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0
}
41: c9 leave
42: c3 ret
每個線程都有一個自己的棧（內存中開闢的空間），線程執行中，所有方法公用這個棧。棧底到棧頂內存地址不變變小，這樣只只用判斷地址是否小於0即可。調用到某個方法時都會先爲該方法先創建一個幀，併入棧。每個幀裏保存着各自方法裏的變量，返回地址，執行狀態等信息。當方法執行完後，則出棧，釋放內存。
此處使用call指令調用函數，當調用call指令時，會默認把當前pc寄存器裏的數據壓棧（下一條指令的地址），在add函數中調用ret指令則會把該地址出棧並寫入pc寄存器，此時函數的控制權就回到了調用的地方。
4、我們寫的代碼如何編譯鏈接，被加載到內存並執行
1、以c語言爲例，看鏈接過程
針對每個源文件編譯得到對應的目標文件，只有通過鏈接器把多個目標文件以及調用的各種函數庫鏈接起來，我們才能得到一個可執行文件。這個過程也叫做靜態鏈接。
可執行文件在linux下是ELF格式，在windows下是PE格式。Linux 下的裝載器只能解析 ELF 格式而不能解析 PE 格式。所以在windows下生成的可執行文件在linux下無法執行。
linux下可執行文件和目標文件都是用的ELF格式，該格式的文件重要結構大致如下：
- 文件頭，表示這個文件的基本屬性，比如是否是可執行文件，對應的 CPU、操作系統等等。
- 代碼段，用來保存程序的代碼和指令。
- 數據段，保存程序裏面設置好的初始化數據信息。
- 重定位表，保留的是當前的文件裏面，哪些跳轉地址其實是我們不知道的。比如調用函數 printf 在鏈接發生之前，我們並不知道該跳轉到哪裏，這些信息就會存儲在重定位表裏。
- 符號表，保留了當前文件裏面定義的函數名稱和對應地址的地址簿。
鏈接的過程：鏈接器會掃描所有輸入的目標文件，然後把所有符號表裏的信息收集起來，構成一個全局的符號表。然後再根據重定位表，把所有不確定要跳轉地址的代碼，根據符號表裏面存儲的地址，進行一次修正。最後，把所有的目標文件的對應段進行一次合併，變成了最終的可執行代碼。這也是爲什麼，可執行文件裏面的函數調用的地址都是正確的。
2、程序如何加載到內存
虛擬內存：指令裏用到的內存地址叫虛擬地址（比如可執行文件中地址）。
物理內存：指令加載到內存中，實際的硬件的地址。
虛擬內存與物理內存映射表：指令還是按照虛擬內存中的地址來進行跳轉及運行,所以需要一個映射表，通過虛擬地址找到物理地址。
內存交換：有多個程序需要加載到內存並運行，若內存不夠時，則需要把其他程序佔用的內存先轉移到硬盤，等需要使用時再從硬盤恢復到內存。
內存分頁：由於程序執行的時候，程序計數器是順序往下讀的，所以需要程序在內存中的地址是連續的。但是若整個程序都要求連續，這樣多個程序運行內存不足時，需要把整個程序都進行一次內存交換，延遲太高。若把程序拆分成多個固定大小（一般爲4kb），這樣我們運行程序時可以只加載用到的頁進入內存，進行內存交換的時候也可以只針對某些頁，不會產生很大的延遲。
程序運行到某頁，若該頁未加載到內存，操作系統捕捉到異常則把該頁加載到內存，再由cpu讀取執行。
3、 動態鏈接
靜態鏈接：針對某一個程序，程序在鏈接的時候，把不同文件的代碼段，合併到一起，成爲最後的可執行文件。這樣我們寫一個方法，在這個程序每個地方都只需要鏈接就可以使用，達到複用的目的。
動態鏈接：針對很多程序，當他門之間很多功能代碼都是重複時。把他們都生成可執行文件並都裝載到內存裏，會浪費很多的磁盤和內存空間。這時我們可以把這部分功能代碼提煉出來，加載到內存，讓所有程序在運行時可以通過動態鏈接來使用。這樣可以充分節省磁盤和內存空間。（動態鏈接庫，例如dll文件）既可以在開發階段複用，也可以在運行階段複用。
疑問：怎麼實現動態鏈接庫加載到內存後，其他程序進行動態鏈接。