哈工大计算机体系大作业-程序人生

程序人生

计算机体系
大作业
题 目 程序人生-Hello’s P2P
专 业 人工智能
学　　 号 2021111057
班　　 级 2103601
学 生 刘凯锋
指 导 教 师 郑贵滨
计算机科学与技术学院
2022年5月
摘 要
hello.c程序是c语言中最简单的一个程序，其每每是初学者最先写的一道程序，然后，在简单代码的背后，确实不平常，蕴含人类伟大聪明的实现过程。hello.c颠末预处理，编译，汇编，链接，最终成为可执行程序hello，这个过程中涉及到了从基于天然语言的高级程序到呆板可识别的二进制代码的过程，涉及到虚拟地点到物理地点的转化过程，在shell中键下./hello下令时，体系悄无声息的执行复杂的利用，为何多个程序不会互相影响？为何体系能够同时执行多个线程？秘密藏在体系之中，我们将深入简单下令下的复杂过程，明确hello程序真正出色的一生。
**关键词：**预处理;编译;汇编;链接;信号;shell
目 录
第1章 概述 - 4 -
1.1 Hello简介 - 4 -
1.2 情况与工具 - 4 -
1.3 中间效果 - 4 -
1.4 本章小结 - 4 -
第2章 预处理 - 5 -
2.1 预处理的概念与作用 - 5 -
2.2在Ubuntu下预处理的下令 - 5 -
2.3 Hello的预处理效果剖析 - 5 -
2.4 本章小结 - 5 -
第3章 编译 - 6 -
3.1 编译的概念与作用 - 6 -
3.2 在Ubuntu下编译的下令 - 6 -
3.3 Hello的编译效果剖析 - 6 -
3.4 本章小结 - 6 -
第4章 汇编 - 7 -
4.1 汇编的概念与作用 - 7 -
4.2 在Ubuntu下汇编的下令 - 7 -
4.3 可重定位目的elf格式 - 7 -
4.4 Hello.o的效果剖析 - 7 -
4.5 本章小结 - 7 -
第5章 链接 - 8 -
5.1 链接的概念与作用 - 8 -
5.2 在Ubuntu下链接的下令 - 8 -
5.3 可执行目的文件hello的格式 - 8 -
5.4 hello的虚拟地点空间 - 8 -
5.5 链接的重定位过程分析 - 8 -
5.6 hello的执行流程 - 8 -
5.7 Hello的动态链接分析 - 8 -
5.8 本章小结 - 9 -
第6章 hello历程管理 - 10 -
6.1 历程的概念与作用 - 10 -
6.2 简述壳Shell-bash的作用与处理流程 - 10 -
6.3 Hello的fork历程创建过程 - 10 -
6.4 Hello的execve过程 - 10 -
6.5 Hello的历程执行 - 10 -
6.6 hello的异常与信号处理 - 10 -
6.7本章小结 - 10 -
第7章 hello的存储管理 - 11 -
7.1 hello的存储器地点空间 - 11 -
7.2 Intel逻辑地点到线性地点的变换-段式管理 - 11 -
7.3 Hello的线性地点到物理地点的变换-页式管理 - 11 -
7.4 TLB与四级页表支持下的VA到PA的变换 - 11 -
7.5 三级Cache支持下的物理内存访问 - 11 -
7.6 hello历程fork时的内存映射 - 11 -
7.7 hello历程execve时的内存映射 - 11 -
7.8 缺页故障与缺页停止处理 - 11 -
7.9动态存储分配管理 - 11 -
7.10本章小结 - 12 -
第8章 hello的IO管理 - 13 -
8.1 Linux的IO设备管理方法 - 13 -
8.2 简述Unix IO接口及其函数 - 13 -
8.3 printf的实现分析 - 13 -
8.4 getchar的实现分析 - 13 -
8.5本章小结 - 13 -
结论 - 14 -
附件 - 15 -
参考文献 - 16 -
第1章 概述

1.1 Hello简介

   Hello的P2P（从程序到历程）
  程序员编写hello.c，hello.c在颠末预处理器cpp后，成为修改后的源程序hello.i，颠末编译器ccl编译得到汇编文件hello.s，汇编器as进行汇编得到可重定位目的文件hello.o，颠末链接器ld得到可执行目的文件hello。在运行时，利用体系将其加载到计算机内存，读取可执行文件信息，创建(fork())一个历程并分配肯定数量的内存空间及计算资源，子历程开始执行execve()，在子历程的上下文中加载并执行hello。
  Hello的020
  利用体系在调用完execve()执行hello程序后，会为hello历程映射一份虚拟内存，hello进入程序入口后，hello的相干数据被载入物理内存中，分配时间片，分配逻辑控制流等，hello运行竣事后，成为zombie历程，之后shell会负责回收。删除hello的相干数据结构。
  1.2 情况与工具

列出你为编写本论文，折腾Hello的整个过程中，利用的软硬件情况，以及开辟与调试工具。
利用的软件情况：VirtualBox虚拟机 Ubuntu20.04 LTS
硬件情况：AMD Ryzen7 5800H处理器 16 G RAM 512 G HD Disk
开辟工具：gcc，edb，gdb
1.3 中间效果

列出你为编写本论文，生成的中间效果文件的名字，文件的作用等。
    文件名   作用         hello.c   hello源文件       hello.i   hello修改后的源程序       hello.s   hello的汇编文件       hello.o   hello的可重定位目的文件       hello   hello的可执行文件       elfheader   hello.o的ELF头       sectionheader   hello.o的节头部表       relohello   hello.o的重定位节       hellosymbol   hello.o的符号表       helloass   hello.o的反汇编       helloelfhead   hello的节头部表       disassem   hello的反汇编   1.4 本章小结

本章重要介绍了shell执行hello程序的过程，以及进行实验所需的情况和工具。
第2章 预处理

2.1 预处理的概念与作用

预处理的概念：预处理器根据以字符#开头的下令，好比一些宏界说，条件编译，include<.h>等下令修改原始的C程序
预处理的作用：

• 将源文件中“#include”格式包含的文件复制到编译的源文件中
  
• 将#define用现实值更换
  
• 修改条件编译指令
  
• 使编写的程序更便于阅读，修改，移植和调回，同时有利于模块化计划
  

2.2在Ubuntu下预处理的下令

图2.1:ubuntu下预处理下令
预处理下令： gcc -E hello.c -o hello.i或者cpp hello.c -o hello.i
2.3 Hello的预处理效果剖析

   图2.2：hello.i内容
  查察hello.i文件，发现多了很多宏展开以及头文件的内容，但原有的信息仍有保存，如上图。
2.4 本章小结

本章介绍了C程序预处理的概念和作用，并演示了在Ubuntu下利用gcc对C文件进行预处理的过程，分析了.c文件和.i文件的异同。
第3章 编译

3.1 编译的概念与作用

编译的概念：编译器将预处理文件（hello.i）翻译成汇编文件（hello.s）的过程，在此过程中编译器颠末一系列的词法分析和语法分析，并根据优化等级进行优化后生成相应的汇编语言程序，汇编语言文件是一个文本文件。
编译的作用：编译可以将源程序翻译后成为优化后的汇编代码，在这个阶段还可以对源程序进行语法查抄，调试，修改，覆盖，优化等利用，以及一些嵌入式汇编的处理。
3.2 在Ubuntu下编译的下令

   图3.1 利用gcc对hello.i进行编译
  编译下令：gcc -S hello.i -o hello.s
3.3 Hello的编译效果剖析

汇编语言开头符号代表含义如下表：
    .file   程序源文件         .text   代码段，立即数也存放在这里       .section   到节头部表的索引       .rodara   存放只读变量       .align   对齐       .type   范例，数据或者函数       .global   全局变量       .string   字符串   3.3.1 数据

• 常量
  

   1.1字符串常量
  在hello.s中寻找.rodata位置，此位置上写着printf()中的字符串常量和格式串

图3.2 .rodata节的字符串
如图3.2，”Hello %s %s \n”为字符串常量，存放在.rodata段中
1.2 数字常量

图3.3 .text段的立即数
此处的立即数8为常量，存放在.text段
2.变量

图3.3 变量
如图3.3，-32(%rbp)内存储数据为一变量
3.3.2 全局函数

图3.4 全局函数在汇

免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。