五、可执行文件的装载与进程

每个进程运行起来之后，将拥有自己的虚拟地址空间，大小由CPU位数决定。硬件决定了地址空间的最大理论上限，即硬件的寻址空间大小，比如32位的决定虚拟地址空间为4GB。

1. 进程的建立（操作系统层面）

• 创建一个独立的虚拟地址空间。
  实际是创建虚拟空间到物理空间的映射所需的数据结构。
• 读取可执行文件头，建立虚拟空间与可执行文件的映射关系。
  程序执行发生页错误时，操作系统将分配一个物理页，然后将“缺页”从磁盘读到内存中，再设置缺页的虚拟页和物理页的映射关系。这时操作系统应当知道缺页在可执行文件中的哪一处。
• 将CPU指令寄存器设置成可执行文件入口，启动执行。
  将控制权转交给进程。

上述步骤执行完之后，可执行文件的指令和数据都没有装入内存中，只是建立了两层映射关系。通过页错误处理，操作系统为进程分配相应的物理页面来满足进程需求。

2. 可执行文件链接视图和执行视图

可执行文件包含多个段，一对一映射到进程虚拟空间的话，会产生空间浪费的问题（页长度的整数倍）。而操作系统实际并不关心段的内容，只关心一些跟装载相关的问题，主要是段的权限（可读、可写、可执行），为了减少浪费，对于相同权限的段，把它们合并到一起当作一个段映射。

“Segment”和“Section”就是从不同的角度划分同一个文件。“Section”是链接视图（Linking View），从链接的角度分段；“Segment”是执行视图（Execution View），从执行的角度分段。一般来说，“Segment”的段数小于“Section”的段数。

可执行文件和共享库文件都有一个程序表头（Program Header Table）用来保存“Segment”的信息，目标文件不需要装载，所以没有。

3.小结

操作系统通过给进程空间划分一个个VMA来管理进程的虚拟空间；基本原则是将相同权限的映射成一个VMA。一个进程基本可以分为如下几个VMA：

• 代码VMA，可读可执行，有映像文件（可执行文件装载时被映射的虚拟空间，所以也叫映射文件）。
• 数据VMA，可读写可执行，有映像文件。
• 堆VMA，可读写可执行，无映像文件；匿名，向上拓展。
• 栈VMA， 可读写不可执行，无映像文件；匿名，向下拓展