I. Элементы архитектуры вычислительных систем

Вид материала

Документы

Содержание Объектный модуль. Библиотеки объектных модулей.

Подобный материал:

• Опд. Ф. 11 «Сети ЭВМ и Телекоммуникации», 48.27kb.
• Классификация элементов вычислительных средств, 641.33kb.
• Вопросы на экзамен по дисциплине «Архитектура вычислительных систем» (авс), 29kb.
• Архитектура Вычислительных Систем», Университет «Дубна» лекция, 193.82kb.
• Высшего Профессионального Образования Современная Гуманитарная Академия утверждаю ректор, 120.08kb.
• Учебная программа по дисциплине основы технической эксплуатации и защиты вычислительных, 119.22kb.
• Вдокладе рассмотрены современные архитектурные принципы и методы реализации перспективных, 34.3kb.
• Реферат: Вработе рассматривается среда моделирования распределенных многопроцессорных, 93.04kb.
• Программное обеспечение вычислительных систем и сетей, 257.78kb.
• Архитектура Вычислительных Систем», Университет «Дубна» лекция, 144.31kb.

В предыдущем разделе шла речь о типах исполняемых модулей, но не говорилось ни слова о том, каким образом эти модули получаются. Вообще говоря, способ получения загружаемого модуля различен в различных ОС, но в настоящее время во всех широко распространенных системах этот процесс выглядит примерно одинаково. Это связано, прежде всего, с тем, что эти системы используют одни и те же языковые процессоры.

Объектный модуль.

В большинстве современных языков программирования программа состоит из отдельных слабо связанных модулей. Как правило, каждому такому модулю соответствует отдельный файл исходного текста. Эти файлы независимо обрабатываются языковым процессором (компилятором), и для каждого из них генерируется отдельный файл, называемый объектным модулем. Затем запускается программа, называемая редактором связей, компоновщиком или линкером (linker - тот, кто связывает), которая формирует из заданных объектных модулей цельную программу (осуществляет процесс сборки или связывания программы).

Объектный модуль отчасти похож по структуре на перемещаемый загрузочный модуль. Действительно, мы, как правило, не знаем, в каком месте готовой программы окажутся объекты, определенные в нашем модуле. Объект в данном случае означает любую сущность, обладающую адресом. Поэтому объектный модуль должен содержать структуру данных, похожую на таблицу перемещений в загрузочном модуле.

Кроме ссылок на собственные объекты, объектный модуль имеет право ссылаться на объекты, определенные в других модулях. Типичный пример такой ссылки - обращение к функции, которая определена в другом файле исходного текста. Самый простой способ отслеживать такие ссылки - собрать их в таблицу. Таких таблиц должно быть две: внешние объекты, на которые ссылается модуль, и объекты, определенные внутри модуля, на которые можно ссылаться извне. Обычно с каждым таким объектом ассоциировано имя, называемое глобальным символом.

Одна из трудностей состоит в том, что значение символа может быть определено двумя способами: как относительный адрес внутри модуля или как абсолютное значение, однако, при ссылке на символ мы не знаем, каким из двух способов он был определен.

Одним из возможных решений проблемы является использование при ссылках на внешние объекты только абсолютной адресации. Это условие, кроме того, значительно упрощает работу линкера. Но, с другой стороны, это делает невозможной сборку позиционно-независимых программ из нескольких модулей.

В большинстве существующих систем программирования мы все-таки можем ссылаться на внешние символы при помощи относительной адресации. Однако, в этом случае для каждой ссылки на внешний объект система должна указывать, является эта ссылка абсолютной или относительной, или это вообще должна быть разность или сумма двух или даже более адресов, и т.д. Для определения объекта, с другой стороны, мы должны уметь сказать, что это абсолютный или перемещаемый символ, или даже что он равен другому символу плюс заданное смещение, и т.д. Кроме того, в объектных файлах может содержаться отладочная информация, формат которой может быть очень сложным. Поэтому объектный файл представляет собой довольно сложную и рыхлую структуру. Размер собранной программы может оказаться в два или три раза меньше суммы длин объектных модулей.

типичный объектный модуль содержит следующие структуры данных:

• таблицу перемещений, т.е. таблицу ссылок на перемещаемые объекты внутри модуля
  
• таблицу ссылок на внешние объекты. Иногда это называется таблицей или списком импорта
  
• таблицу объектов, определенных здесь, на которые можно ссылаться из других модулей. Иногда ее называют списком экспорта. Иногда эту таблицу объединяют с предыдущей и называют все это таблицей глобальных символов. В этом случае для каждого символа приходится указывать, определен он в данном модуле или нет, а если определен, то как
  
• различную служебную информацию, такую, как имя модуля, программу, которая его создала
  
• отладочную информацию
  
• собственно код и данные модуля. Как правило, эта информация разбита на именованные секции. В masm/tasm такие секции называются сегментами, в DEC'овских и UNIX'овых ассемблерах - программными секциями (psect). В готовой программе весь код или данные, принадлежащие к одной секции, собираются вместе.
  

Библиотеки объектных модулей.

Крупные программы часто состоят из сотен и более отдельных модулей. Кроме того, существуют различные пакеты подпрограмм, также состоящие из большого количества модулей. Один из таких пакетов используется практически в любой программе на языке высокого уровня - это так называемая стандартная библиотека. Для решения проблем, возникающих при поддержании порядка в наборах из большого количества объектных модулей, еще на заре вычислительной техники были придуманы библиотеки объектных модулей.

Библиотека, как правило, представляет последовательный файл, состоящий из заголовка, за которым последовательно уложены объектные модули. В заголовке содержится следующая информация:

• Список всех объектных модулей, со смещением каждого модуля от начала библиотеки. Это нужно для того, чтобы можно было легко найти требуемый модуль.
  
• Список всех глобальных символов, определенных в каждом из модулей, с указанием, в каком именно модуле он был определен.
  

Линкер обычно собирает в программу все объектные модули, которые были ему заданы в командной строке, даже если на этот модуль не было ни одной ссылки. С библиотечными модулями он ведет себя несколько иначе.

Встретив ссылку на глобальный символ, линкер ищет определение этого символа во всех модулях, которые ему были заданы. Если там такого символа нет, то линкер ищет этот символ в заголовке библиотеки. Если его нет и там, линкер говорит: Не определен символ SYMBOL и завершает работу. Некоторые линкеры, правда, могут продолжить работу и даже собрать загружаемый модуль, но, как правило, таким модулем пользоваться нельзя, так как в нем содержится ссылка на некорректный адрес. Если же определение символа в библиотеке есть, линкер вытаскивает соответствующий модуль и дальше работает так, будто этот модуль был задан ему наравне с остальными объектными файлами. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будут разрешены все глобальные ссылки, в том числе и те, которые возникли в библиотечных модулях - или пока не будет обнаружен неопределенный символ. Благодаря такому алгоритму в программу включаются только те модули из библиотеки, которые нужны.

Во многих современных системах с виртуальной памятью существует понятие разделяемой библиотеки. С точки зрения линкера она отличается от обычной тем, что он всегда обязан настраивать ее на одни и те же виртуальные адреса, и не имеет права производить перенастройку самого кода библиотеки. Кроме того, этот код хранится вовсе не в загружаемом модуле, а в отдельном файле. Часто этот файл представляет собой загружаемый модуль специальной структуры. Все программы, использующие такую библиотеку, в действительности работают с одной копией ее кода, но каждая из них создает свою копию ее данных. Это достаточно сильно экономит память и дисковое пространство, используемое для хpанения пpогpамм, особенно в случае больших библиотек, таких, как X Window Toolkit.

3.1.6

Варианты построения загрузчиков