学步园

输入文件: 目标文件或链接脚本文件.

输出文件: 目标文件或可执行文件.

最早的计算机程序是由机器语言编写的。程序员也可先编写符号形式的汇编程序，然后手工汇编为机器码，

再交付给计算机执行。程序员在手工汇编时需要自己确定符号地址；这样做的弊端是，一旦程序稍有改动，

相关的符号地址都必须进行修正。
       产生这种弊端的原因是过早地将符号（变量和地址标号）与其地址绑定在一起。于是出现了assembler，

当程序完成后，由assembler来完成符号的地址翻译工作。
       代码库的出现使得地址分派进一步复杂化。库文件是一些有用的小程序的集合。程序员可以调用其中的

子程序来构成一个完整的程序。实际上，库的历史比assembler更久远。库中的子程序都假定是从地址0开始的，

当它被链接到一个特定的主函数中时，由重定位加载器（relocating loader）来确定其实际的地址。
       随着操作系统的出现，relocating loader从链接器(linker)中分离出来。这是因为，没有操作系统时，

一个程序可以占有机器的整个存储空间，因而程序可以被汇编和链接到固定的内存地址；而操作系统出现后，

linkers作部分地址绑定，指派各个程序内部的相对地址；loaders则在最后的重定位阶段指派实际地址。
       程序变得越来越庞大，甚至超过了系统的内存容量，因此linkers又提供了覆盖(overlay)的功能，

使得程序员可以为同一个程序的不同部分安排共享空间，根据需要在调用时进行覆盖加载。

Overlay自1960年磁盘出现直到1970年虚拟内存技术的发展，广泛应用于大型主机上；

20世纪80年代早期又重现于微型计算机，到90年代虚拟内存技术应用于PC机后又消逝。

这一技术仍然被用于存储空间受限的嵌入式领域。
       随着硬件重定位和虚拟内存的出现，linkers和loaders实际上没有这么复杂了，因为每个程序又可以占

有整个地址空间了。程序可以链接到要加载的固定地址，并使用硬件方法而非软件重定位来进行加载时的

重定位。但计算机通常会运行某个程序的多个实例，每个实例中某些部分是与其他实例相同的（只读的代码部分），

某些部分则是各不相同的（可读写的数据部分），于是compiler和assembler又改进为将程序分段（section）

处理，例如分为代码段和数据段，这样在运行多个实例时，就可以只要一分代码段的拷贝，以节省内存空间。

地址仍在链接时指派，但更多工作则推迟到linker为所有的sections指派地址。

       即使运行在同一计算机上的不同程序，也会共享部分代码，这就是库，分为静态共享库和动态共享库。

静态共享库在建库时就被绑定到特定地址，linker则在链接时把程序中对库函数的引用也绑定到特定地址；

静态库的方便性和灵活性欠缺，因为一旦库发生改变，所有的程序必须重新链接，建立静态共享库的过程

也很繁琐。而动态链接库则不同，库中的段和符号直到使用该库的程序运行时（或实际调用该库时）

才会被绑定到实际地址。

Linking vs. loading
linkers和loaders执行几个相关的但是概念上分离的操作：
（1）       Program loading：将程序从二级存储器（辅存如disk）拷贝到主存以准备运行。某些情况下

还包括分配存储单元，设置保护位，或安排虚拟内存映射到磁盘页面的虚拟地址空间。

（2）       Relocation：Compilers和assemblers通常建立起始地址为0的目标文件，但极少数计算机允

许你将程序加载到地址0。Relocation就是为程序的各个部分指派加载地址，调整程序中的代码和数据到指派

地址的过程。多数系统上，relocation通常不止一次。linker会把多个子程序链接为一个程序，并建立一个链接

好的起始地址为0的输出程序，这个过程实际上包括了把各个子程序重定位(relocate)到不同地址的过程。

当程序加载时，系统则选择实际的加载地址，并把这个链接好的程序再次重定位(relocate)到加载地址。

（3）       Symbol resolution：多个子程序之间的引用是通过符号完成的。linker使用符号的地址来对其进行引用。
尽管链接和加载之间有很多相交之处，我们仍然有理由把进行程序加载的定义为loader，把进行符号解析的

定义为linker。它们都能进行重定位，甚至还存在同时具备上述三种功能的linking loaders。
  
在现代体系结构上，产生PIC可执行代码并非难事。Jumps和Branches只要是PC-relative或是基于运行时所

设置的基址寄存器的即可，这样就不需要在加载时对程序进行重定位。为题在于数据寻址。代码不能直接使用

数据地址寻址，否则需要将数据重定位到特定地址，这样就不是PIC了；通常的解决办法是建立一个数据地址表，

并使用一个寄存器指向该表，这样代码就可以使用该基址寄存器对数据进行索引——即使如此，还有一个问题是

该基址寄存器如何获取第一个数据地址。
对于ELF格式的可执行文件，通常是代码段后面跟着数据段，并且两者之间的偏移量(offset)是固定的，

因此只要代码段中的代码将其自身的地址加载到一个寄存器中，数据段的地址与该地址就是一个确知的距离。

linker会为可执行文件所寻址的全局数据建立一个GOT（global offset table），该表中包含了所有的数据指针。

动态链接器（ld.so）则对GOT中的指针进行解析和重定位。