学习笔记--运行一个hello.c程序时，整个计算机系统如何运作

1. 生成hello.c文件

程序员利用文本编辑器（如sublime, notepad等）写c语言代码，并保存为hello.c文件。

//hello.c
#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hello, world\n");
}

此时，hello.c文件属于用户数据，被存放在磁盘上。此程序实际上就是一个由1和0组成的位序列，每8 bit被组织为一组即1byte。hello.c程序以字节序列的形式存储在文件中，每个字节对应一个整数值，同时每个整数值对应于某个字符。

（PS<_>）上面那段话的含义是：源程序（如#include <stdio.h>）中的每个字符（#/i/n/c/l/u/d/e...）都对应于一个整数（ASCII码一一对应），此整数可以用1byte/8bit的二进制数表示，以此二进制形式存储在磁盘上。但是hello.c文件实际上是一个只由ASCII字符构成的文本文件，即直接可读的文件。

系统中所有的信息--包括磁盘文件、存储器中的程序、存储器中存放的用户数据及网络上传送的数据，都是由一串bit表示的。

2. 编译、链接

为了在系统上运行hello.c程序，每条c语句都必须被转化为一系列机器语言指令，然后将这种机器语言指令按照 可执行目标程序 的格式打包，并以二进制磁盘文件的形式存放起来。从源文件hello.c到可执行目标文件是由编译器驱动程序完成的。如常用的gcc编译器驱动程序。

编译指令：

gcc -o hello hello.c

计算机的编译系统如下：

图1. 计算机编译系统

3. 运行hello程序

在shell中输入程序运行指令并回车，即可运行hello程序并在shell中输出运行结果。

程序运行指令：

./hello

下图表示了从键盘上读取hello命令，将输出字符串从内存写到显示器的整个过程。当程序员在键盘上输入字符串"./hello"后，shell将字符逐一读入寄存器，再将它放到存储器中，如图2中红色线条。当在键盘上输入回车之后，shell知道程序员已经结束了命令输入，shell开始加载可执行的hello文件，将可执行目标文件hello中的代码和数据从磁盘复制到主存储器。一旦目标文件中的代码和数据被加载到主存储器，处理器(CPU)就开始执行hello程序中的main()函数中的机器语言指令。这些指令将输出字符串"hello, world\n"从主存复制到寄存器文件，再从寄存器文件中复制到显示设备，最终显示在屏幕上。此过程如图3中的紫色线条。

图2. 从键盘上读取hello命令 图3. 将输出字符串从内存写到显示器

本篇文章是学习《深入理解计算机系统》之后的学习笔记，后续随着对知识的深入理解随时更新。