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计算机是怎样运行程序的?

归档日期:09-11       文本归类:执行控制程序      文章编辑:爱尚语录

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  为了使计算机程序得以运行,计算机需要加载代码,同时也要加载数据,然后由处理器执行指令。整个过程可以总结为编译、链接、装载、执行。

  编译是指编译器读取字符流的源程序,对其进行词法与语法的分析,将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码。

  汇编器是将汇编代码转变成机器可以执行的命令,每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。汇编相对于编译过程比较简单,根据汇编指令和机器指令的对照表一一翻译即可。

  链接的主要内容是将各个模块之间相互引用的部分处理好,使得各个模块之间能够正确地衔接。链接又分为静态链接和动态链接:

  静态链接是指在编译阶段直接把静态库加入到可执行文件中去,这样可执行文件会比较大;

  动态链接则是指链接阶段仅仅只加入一些描述信息,而程序执行时再从系统中把相应动态库加载到内存中去。

  程序在经过链接后,得到了可执行文件,下一步就需要将可执行程序加载到内存中。

  由于现代操作系统均采用分页的方式来管理内存,所以操作系统只需要读取可执行文件的文件头,之后建立起可执行文件到虚拟内存的映射关系,而不需要真正的将程序载入内存。

  加载器将可执行目标文件中的代码和数据从磁盘复制到内存中,然后通过跳转到程序的第一条指令或入口点来运行程序。

  在程序的运行过程中,CPU发现有些内存页在物理内存中并不存在并因此触发缺页异常,此时CPU将控制权限转交给操作系统的异常处理函数,操作系统负责将此内存页的数据从磁盘上读取到物理内存中。

  数据读取完毕之后,操作系统让CPU jmp到触发了缺页异常的那条指令处继续执行,此时指令执行就不会再有缺页异常了。

  为使计算机按预定要求工作,首先要编制程序,无论是最早的操作系统还是现代操作系统,程序的运行都是计算机工作的本质。

  早期计算机是单任务执行,由程序员直接编写操作系统可以识别的机器语言,到现在可以实现多道程序并行,并且程序的开发由更利于程序员理解的高级语言编写,源程序在经过一系列翻译过程,变成计算机理解的机器语言,再执行。

  整个程序执行的过程,需要CPU、内存、程序代码、设备等配合,才能实现程序要表达的功能。

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