程序結(jié)構(gòu)分析和理解

1、目標(biāo)文件的構(gòu)成

二進(jìn)制文件是由一系列的段構(gòu)成的，當(dāng)然也會(huì)存在一些符號(hào)，存儲(chǔ)器分配等等，從鏈接文本其實(shí)就能大概知道程序的組成，各個(gè)目標(biāo)文件的同一段結(jié)合起來就實(shí)現(xiàn)了可執(zhí)行程序的鏈接，當(dāng)然具體的鏈接方式和原則都是工具設(shè)計(jì)好的。比如鏈接的順序按著輸入的順序等。

記得在移植u-boot到TQ2440的過程中，曾經(jīng)就修改過鏈接文本，也就是u-boot.lds文件，當(dāng)時(shí)因?yàn)樽约禾砑恿艘粋€(gè)關(guān)于nand flash 操作的函數(shù)，為了保證添加的函數(shù)不會(huì)在鏈接的過程中將啟動(dòng)代碼之前而導(dǎo)致芯片啟動(dòng)存在問題，我特意修改了程序的鏈接順序，保證鏈接文檔正確鏈接。

1. [root@Gong-Computer u-boot-2010.06]# vi arch/arm/cpu/arm920t/u-boot.lds

2. . = ALIGN(4);

3. .text :

4. {

5. arch/arm/cpu/arm920t/start.o (.text)

6. board/samsung/smdk2440/lowlevel_init.o (.text)

7. board/samsung/smdk2440/nand_read.o (.text)

8. *(.text)

9. }

關(guān)于二進(jìn)制文件中的基本內(nèi)容主要是包括幾個(gè)段的。當(dāng)然還需要其他的一些條件，在鏈接的過程中，好像還需要一些C語言運(yùn)行的環(huán)境，主要是用來控制程序的啟動(dòng)和關(guān)閉。這些都是crt*（C RunTime）目標(biāo)文件實(shí)現(xiàn)的。這些目標(biāo)文件在我們程序設(shè)計(jì)中不經(jīng)常看到，如果分析過u-boot的編譯過程就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些目標(biāo)文件確實(shí)存在。

鏈接文本使得文件的鏈接更加的方便和實(shí)用。因此了解目標(biāo)的最基本段落是非常的必要的。

在其中需要注意的幾點(diǎn)：

1、靜態(tài)變量不管是局部還是全局的都是在數(shù)據(jù)段中，而不想局部變量在堆棧中，當(dāng)棧彈出以后，其中的內(nèi)容也就釋放了，靜態(tài)變量不會(huì)改變，但是對(duì)于局部靜態(tài)變量則只能被定義該變量的函數(shù)訪問，不能被其他的函數(shù)訪問。

2、全局變量、靜態(tài)變量如果被初始化為0，或者沒有被初始化，則該變量被分配到.bss(未初始化部分)，只有當(dāng)全局變量和靜態(tài)變量初始化為非零數(shù)值時(shí)才會(huì)分配到.data段中。

3、全局變量和靜態(tài)變量如果沒有被初始化一般都會(huì)默認(rèn)為0，這也是為什么將這兩個(gè)數(shù)初始化為0，仍然處在.bss段的原因。因此需要注意全局變量和靜態(tài)變量在沒有初始化時(shí)的值，但是對(duì)于局部變量則沒有這個(gè)特點(diǎn)，如果沒有初始化則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)隨機(jī)值。

以上的結(jié)論可以通過代碼進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試。

2、Linux中程序結(jié)構(gòu)

在Linux中每一個(gè)進(jìn)程都存在一個(gè)4G的虛擬空間，其中前3G空間是用戶空間，而后1G空間則是內(nèi)核空間，這4G的空間在各個(gè)進(jìn)程之間都是相互獨(dú)立的。但是這些內(nèi)存空間的區(qū)域分配確實(shí)相同的，而且各個(gè)區(qū)域的起始地址也是固定好的，Linux程序的結(jié)構(gòu)如下：

由于各個(gè)段的起始地址都是固定的，這樣就便于虛擬地址到物理地址的映射，方便了程序的加載。特別是共享庫的實(shí)現(xiàn)。

3、堆棧和堆

其實(shí)我對(duì)這兩個(gè)概念在剛開始的時(shí)候也存在很大的誤解，不明白其中的關(guān)系，總是把堆棧理解成堆和棧，實(shí)質(zhì)上堆棧就是指棧，搞清楚這個(gè)，兩者的區(qū)別就容易理解啦。堆棧其實(shí)也可以認(rèn)為是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，典型的先進(jìn)后出特點(diǎn)。

一般而言堆棧都是反向增長(zhǎng)的，也就是所謂的從高地址到低地址的增長(zhǎng)方式，但是也有其他的增長(zhǎng)方式，比如ARM有4種不同的增長(zhǎng)模式，所以堆棧的增長(zhǎng)方向只能依據(jù)CPU而言，不同的CPU其堆?？赡艽嬖谝欢ǖ牟顒e。堆棧主要用來實(shí)現(xiàn)函數(shù)的調(diào)用。

堆一般而言都是在bass段的上面，主要用來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配和釋放，在C語言中主要是通過malloc/free函數(shù)實(shí)現(xiàn)，在C++中則主要采用new/delete實(shí)現(xiàn)。但是對(duì)于這一塊的內(nèi)存通常會(huì)不斷的分配和釋放以及滿足基本的對(duì)齊形式，這樣就導(dǎo)致了內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，減小了訪問的速率。同時(shí)因?yàn)樵谶@段區(qū)域運(yùn)行零空間申請(qǐng)，以及釋放后指針仍然有效等問題，所以在釋放完畢以后通常將指針指向NULL。