计算机系统CSAPP大作业

摘  要

本文详细介绍了一个名为Hello的程序的生命周期。通过对Hello在Linux下的预处理、编译、汇编、链接等过程的分析,揭示了一个程序一生从诞生到执行再到消亡的典型过程。通过分析程序经历的预处理、编译、汇编、链接、进程管理、IO管理、内存分配与回收等一系列复杂的流程,增进对程序运行过程和计算机内部结构的理解。。

关键词:hello;预处理;汇编;编译;链接;运行I/O;

目  录

第1章 概述

1.1 Hello简介

1.2 环境与工具

1.3 中间结果

1.4 本章小结

第2章 预处理

2.1 预处理的概念与作用

2.2在Ubuntu下预处理的命令

2.3 Hello的预处理结果解析

2.4 本章小结

第3章 编译

3.1 编译的概念与作用

3.2 在Ubuntu下编译的命令

3.3 Hello的编译结果解析

3.4 本章小结

第4章 汇编

4.1 汇编的概念与作用

4.2 在Ubuntu下汇编的命令

4.3 可重定位目标elf格式

4.4 Hello.o的结果解析

4.5 本章小结

第5章 链接

5.1 链接的概念与作用

5.2 在Ubuntu下链接的命令

5.3 可执行目标文件hello的格式

5.4 hello的虚拟地址空间

5.5 链接的重定位过程分析

5.6 hello的执行流程

5.7 Hello的动态链接分析

5.8 本章小结

第6章 hello进程管理

6.1 进程的概念与作用

6.2 简述壳Shell-bash的作用与处理流程

6.3 Hello的fork进程创建过程

6.4 Hello的execve过程

6.5 Hello的进程执行

6.6 hello的异常与信号处理

6.7本章小结

第7章 hello的存储管理

7.1 hello的存储器地址空间

7.2 Intel逻辑地址到线性地址的变换-段式管理

7.3 Hello的线性地址到物理地址的变换-页式管理

7.4 TLB与四级页表支持下的VA到PA的变换

7.5 三级Cache支持下的物理内存访问

7.6 hello进程fork时的内存映射

7.7 hello进程execve时的内存映射

7.8 缺页故障与缺页中断处理

7.9动态存储分配管理

7.10本章小结

第8章 hello的IO管理

8.1 Linux的IO设备管理方法

8.2 简述Unix IO接口及其函数

8.3 printf的实现分析

8.4 getchar的实现分析

8.5本章小结

结论

附件

参考文献

第1章 概述

1.1 Hello简介

 

hello.c程序

P2P:Program to Process

预处理

加入头文件,替换宏。

gcc -E Hello.c -o Hello.i

编译

包含预处理,将 C 程序转换成汇编程序。

gcc -S Hello.c -o Hello.s

汇编

包含预处理和编译,将汇编程序转换成可链接的二进制程序。

gcc -c Hello.c -o Hello.o

链接

包含以上所有操作,将可链接的二进制程序和其它别的库链接在一起,形成可执行的程序文件。

gcc Hello.c -o Hello

程序由一个项目变成一个进程的过程:C语言源程序hello.c在预处理器(cpp)处理下,得到hello.i,通过编译器(ccl),得到汇编程序hello.s,再通过汇编器(as),得到可重定位的目标程序hello.o,最后通过链接器(ld)得到可执行的目标程序hello。在shell中键入运行命令后,shell调用fork函数为其创建子进程。

O2O: From Zero-0 to Zero-0

程序“从无到有再到无”的过程:在经过P2P后,hello已经在进程中运行,当执行到return后看似hello已经结束,其实它变成了一个僵死进程,此时父进程会收到它正常终止的状态信号(经过调用waitpid函数捕获到其终止信号后),shell 父进程负责回收 hello 进程,内核删除相关数据结构,操作系统将最终释放该进程所占的一系列资源,hello结束,hello程序从无到有再到无的这一过程就是020。

1.2 环境与工具

硬件环境:Intel Core i7 x64CPU;16G RAM;512G SSD

软件环境:Windows 11 64位;Vmware Workstation Pro 17;Ubuntu 64位

开发工具:CodeBlocks 64位;VScode 64位;vim+gcc,edb,gdb,objdump

1.3 中间结果

hello.c:源程序文件;

hello.i:修改了的源程序;

hell

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