本篇文章是組內分享的小結，主要介紹源代碼 -> 可執行程序 -> 執行這一過程。也就是源代碼是如何轉化爲可執行程序，然後可執行程序又是如何執行的。在用java或python時，只需要java ClsName或者python a.py就可以執行相應的程序，實際上它們都是依託於底層的虛擬機。本文主要介紹的是操作系統級別的連接、加載、執行等，而不是虛擬機語言的執行。這裏只對鏈接、加載進行一個簡介，詳細內容推薦大家去看《深入理解計算機系統》和《程序員的自我修養》，第二本要比第一本講的更加詳細，但稍顯囉嗦，如果只是瞭解建議閱讀第一本的第七章。
先看兩個示例程序，後續會以它們爲例：
// foo.c
#include <stdio.h>
int a = 10;
int b;
void bar(int c);
int
main(){
bar(a);
printf("...");
}// bar.c
void bar(int c){
// ...
}通常c程序是由多個模塊組成的，每個模塊對應一個c文件，會被編譯成可連接目標文件，然後由連接器將所有的模塊組合成一個可執行程序。可以通過下面命令完成編譯動作：
> gcc -c foo.c
預處理（cpp）：完成宏替換、文件引入，以及去除空行、註釋等爲詞法分析準備。
編譯（cc）：將預處理後的代碼編譯成彙編代碼，由於加入了彙編器這一層，隔離了底層硬件的不同實現，提高了移植性。
彙編（as）：將彙編代碼轉化成機器碼，也就是01序列。
我們知道，一個程序是由代碼和數據組成的，目標文件必須以某種方式組織這些信息，以便鏈接器和加載器從文件中去識別相應的信息。在Linux下，目標文件的格式是ELF（Executable Linkable Format），可以用來描述可鏈接目標文件、可執行目標文件盒共享目標文件。下面就來看看可鏈接目標文件中主要包含什麼內容。目標文件以節（Section）組織數據，同時具有一個節頭部表（Section Header）用來描述所有的節。主要的節包括：
.data：已初始化的全局變量和靜態局局變量。foo.c中的全局變量a就是存在.data節中。
.bss：未初始化的全局變量和靜態局部變量，這個節在載入內存時會被清0，所以未初始化的全局變量和靜態局部變量默認值是0。foo.c中的全局變量b存在.bss節。
.text：編譯後的機器代碼。所有的函數編譯後的二進制代碼會存在.text節中，比如main函數。
.string：用來存儲目標文件中用到的字符串以及字符串常量。
.symtab：符號表。符號就是目標文件中的全局變量和函數，符號表描述目標文件中的所有符號，這個是鏈接器進行鏈接的基礎。符號分爲：
導入符號：當前模塊引用其他模塊中定義的符號，比如：在foo.c中使用的bar.c中定義的bar函數，那麼foo.o的符號表就包含導入符號bar。
導出符號：就是當前模塊定義的符號，可以被其他模塊引用。這些導出符號就是模塊中定義的初始化的全局變量和非靜態函數。
目標文件中其實還有很多個節，這裏只介紹上面幾個主要的節。
多個c文件分別編譯成可鏈接的目標文件後，要生成可執行文件那麼還需要進行鏈接。鏈接就是解決多個模塊的引用和庫調用，然後進行重定位以便生成可執行文件。鏈接過程最重要的就是符號解析，就是將模塊中的導入符號找到其定義的地方，然後將符號替換爲指針。
在鏈接時，符號可以分爲強符號和弱符號：
強符號：就是初始化的全局變量和非靜態函數。比如，foo.c中的全局變量a和函數main以及bar.c中的函數bar。
弱符號：未初始化的全局變量。比如，foo.c中的全局變量b。
鏈接時，如果遇到重名的強符號（比如在foo.c和bar.c中都定義了int a = 1;），會報錯“duplicated symbols”，具體名稱記不清了。如果遇到重名的弱符號，鏈接的行爲取決於具體實現，這裏不再深入討論。
鏈接器需要把多個可鏈接目標文件組合形成一個可執行目標文件，它會收集各個模塊中相同類型的節然後組成可執行文件的對應的節，比如：收集foo.o和bar.o的.data節，然後合併在一起組成可執行文件的.data節。鏈接器還需要完成重定位，因爲在合併節時，原來模塊節的地址會改變，所以重定位就是修改模塊中指針的地址。
完成連接之後，在磁盤上就會生成可執行目標文件。要執行一個程序時，必須要把可執行目標文件載入內存。我們知道，進程是程序執行的容器，每個運行的程序都有自己的內存地址空間，需要將可執行目標文件中數據和代碼節載入到進程的地址空間。下面看一下進程的地址空間：
每個進程都有自己私有的虛擬內存地址空間，在32bit機器上，地址空間的大小是4GB，高地址的1GB的內存空間被映射爲內核空間，用於提供內核服務。用戶棧就是函數調用棧用於實現函數調用，在棧上爲局部變量分配空間。共享庫用於實現類似C標準庫的代碼和數據。堆用於動態內存分配。剩下的數據區和代碼區是與可執行文件相關的，需要從磁盤加載。
加載器載入可執行目標文件時需要虛擬存儲器的支持，通過mmap的文件映射方式將可執行目標文件中的.data節和.bass節映射到進程地址空間中的數據區，將.text節映射到代碼區。棧和堆採用的是mmap的匿名映射，也就是沒有提供文件參數。地址空間中的每個被佔用的區域就是一個VMA（Virtual Memory Area），這些VMA會通過鏈表和紅黑樹組織起來，採用鏈表是爲了便於順序遍歷，紅黑樹是爲了根據地址快速檢索到對應的VMA。當我們通過一個地址p訪問內存時，os會進行地址合法性檢查，第一必須保證p包含在某個VMA中；第二對於每個VMA都有一個讀、寫和執行的權限，進程必須具備相應的權限才能執行操作。如果不滿足上述兩點，就會拋出“Segment Fault”錯誤。
在完成映射之後，接下來開始執行程序，首先執行的是_start函數這個是屬於glibc的庫函數，完成程序的初始化，爲程序的運行準備，接下來就會調用main函數，這是通過符號表完成main函數入口的定位。經過mmap實際上文件並沒有載入內存，當第一次訪問時會從磁盤加載對應的內容，這是由虛擬存儲器機制完成的，對進程是透明的。
用戶棧中的元素就是一個個函數調用對應的棧幀，當前棧幀有CPU寄存器%esp和%ebp標識，%esp是棧指針指向棧頂，%ebp是幀指針，在%esp和%ebp之間的區域就是當前函數對應的棧幀。棧幀存放的是函數的實參已經局部變量。
運行時堆是動態內存分配的區域，指針sbrk指向堆頂，可以通過改變sbrk進行動態內存的分配和釋放。C標準庫中的malloc和free底層就是基於sbrk指針，當然我們也可以通過sbrk實現內存分配器，不過還要設計自己的內存分配算法，通常建議還是使用標準庫進行內存分配。
上面就是小組分享的全部內容，由於完全裸講，沒有充分準備，想到哪講到哪，所以難免會有紕漏，見諒啊~~
