Posted on 2008-07-04 22:20
路缘 阅读(7940)
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系统体系
程序是如何运行的
作为一个程序员，已不知编了多少行代码。但若问我程序是如何在计算机中运行的，我怕只有张口结舌。书中第一章就给了我们相关的答案。
首先，看如下最简单的C语言Helloword的代码
1
#include <stdio.h>
2
3int main()
4
{
5
printf("hello, world\n");
6
}
上面的代码我们保存在helloworld.c文件中。其本质实际上是由0、1的比特（位）序列构成的。8位为一个字节。每个字节对应某个文本字符。不少系统用ASCII来表示文本字符。实际是由一个唯一的同字节大小的整数值来表示每个字符。下面给出helloworld.c的ASCII表示。
# i n c l u d e <sp> < s t d i o .
35 105 110 99 108 117 100 101 32 60 115 116 100 105 111 46
h > \n \n i n t <sp> m a i n ( ) \n {
104 62 10 10 105 110 116 32 109 97 105 110 40 41 10 123
\n <sp> <sp> <sp> <sp> p r i n t f ( " h e l
10 32 32 32 32 112 114 105 110 116 102 40 34 104 101 108
l o , <sp> w o r l d \ n " ) ; \n }
108 111 44 32 119 111 114 108 100 92 110 34 41 59 10 125
以此类推，在计算机系统中，任何介质中的数据都是比特序列。把他们区分成不同的数据对象，是通过数据对象的上下文来确定的。
程序编译程序的编译过程如下图所示，分为预处理、编译、汇编、链接等几个阶段。
预处理：预处理相当于根据预处理命令组装成新的C程序，不过常以i为扩展名。
编译： 将得到的i文件翻译成汇编代码。s文件。
汇编： 将汇编文件翻译成机器指令，并打包成可重定位目标程序的O文件。该文件是二进制文件，字节编码是机器指令。
链接： 将引用的其他O文件并入到我们程序所在的o文件中，处理得到最终的可执行文件。
硬件组成：从下图中看出一个典型的系统由总线、Cpu、I/O设备、主存等构成。
CPU: Central Processing Unit, ALU: Arithmetic/Logic Unit, PC: Program counter, USB: Universal Serial Bus.
程序执行
我们已经讨论了可执行文件产生的过程。接下来讨论哈可执行文件执行的过程。从上面途中的彩色线条可以清晰的看到这个过程，我们简单的把它分为6步。
1.shell程序执行指令，等待用户输入，这里我们输入“hello”。
2.shell程序将字符逐一读到寄存器中
3.再从寄存器取出放到主存中
4.当我们敲入回车时，shell程序得知输入结束，将hello目标文件的代码和数据拷贝到主存，从而加载hello文件数据包括最终被输出的字符串“hello，world\n”.利用了DMA访问技术，数据可不经CPU直接到主存
5.执行主程序中的机器语言指令，将“hello，world\n”串的字节从主存拷贝到寄存器堆。
6.从寄存器中把文件拷贝到显示设备。