Переносимый машинный язык

Макросредствами может быть обеспечен полнофункциональный набор команд некоторой виртуальной машины. Программа пишется на языке этой виртуальной машины. Для разных платформ создаются библиотеки макроопределений, обеспечивающие расширение макровызовов в команды данной целевой платформы. Программа, таким образом, становится переносимой на уровне исходного текста. Поскольку макроопределение может быть построено так, чтобы генерировать неизбыточный код для каждого конкретного вызова, программа на языке виртуальной машины не будет уступать в эффективности программе, сразу написанной на языке целевого Ассемблера.

Лекция 16.
Загрузчики и редакторы связей

Основные понятия

Загрузчик — программа, которая подготавливает объектную программу к выполнению и инициирует ее выполнение.

Более детально функции Загрузчика следующие:

u выделение места для программ в памяти (распределение);

u фактическое размещение команд и данных в памяти (загрузка);

u разрешение символических ссылок между объектами (связывание);

u настройка всех величин в модуле, зависящих от физических адресов в соответствии с выделенной памятью (перемещение);

u передача управления на входную точку программы (инициализация).

Не обязательно функции Загрузчика должны выполняться именно в той последовательности, в какой они описаны. Опишем эти функции более подробно.

Функция распределения, по-видимому понятна из ее названия. Для размещения программы в оперативной памяти должно быть найдено и выделено свободное место в памяти.

Для выполнения этой функции Загрузчик обычно обращается к операционной системы, которая выполняет его запрос на выделение памяти в рамках общего механизма управления памятью.

Функция загрузки сводится к считыванию образа программы с диска (или другого внешнего носителя) в оперативную память.

Функция связывания состоит в компоновке программы из многих объектных модулей. Поскольку каждый из объектных модулей в составе программы был получен в результате отдельного процесса трансляции, который работает только с одним конкретным модулем, обращения к процедурам и данным, расположенным в других модулях, в объектных модулях не содержат актуальных адресов. Загрузчик же «видит» все объектные модули, входящие в состав программы, и он может вставить в обращения к внешним точкам правильные адреса. Загрузчики, которые выполняют функцию связывания вместе с другими функциями, называются Связывающими Загрузчиками. Выполнение функции связывания может быть переложено на отдельную программу, называемую Редактором связей или Компоновщиком. Редактор связей выполняет только функцию связывания — сборки программы из многих объектных модулей и формирование адресов в обращениях к внешним точкам. На выходе Редактора связей мы получаем загрузочный модуль.

Функция перемещения необходимо потому, что программа на любом языке разрабатывается в некотором виртуальном адресном пространстве, в котором адресация ведется относительно начала программной секции. При написании программы и при ее трансляции, как правило, неизвестно, по какому адресу памяти будет размещена программа (где система найдет свободный участок памяти для ее размещения). Поэтому в большинстве случаев в командах используется именно адреса меток и данных. Однако, в некоторых случаях в программе возникает необходимость использовать реальные адреса, которые определяться только после загрузки. Все величины в программе, которые должны быть привязаны к реальным адресам, должны быть настроены с учетом адреса, по которому программа загружена.

Существуют программы, которые при написании рассчитываются на размещение в определенных адресах памяти, так называемые, абсолютные программы. Подготовка таких программ к выполнению значительно проще и выполняется она Абсолютным Загрузчиком. Функции такого Загрузчика гораздо проще:

u функция распределения не выполняется, так как реальное адресное пространство, в котором размещается программа предполагается свободным;

u функция загрузки, конечно, выполняется, но она предельно проста;

u функция связывания может быть исключена из Абсолютного Загрузчика: поскольку все адреса программы известны заранее, адреса, по которым происходят обращения к внешним точкам, могут быть определены заранее;

u функция перемещения исключается;

u функция инициализации остается.

Доля абсолютных программ в общей массе программного обеспечения ничтожно мала. Абсолютными могут быть системные программы самого низкого уровня, программы, записываемые в ПЗУ, программы для встраиваемых устройств. Подавляющее же большинство системных и все прикладные программы являются перемещаемыми, то есть, они могут загружаться для выполнения в любую область памяти, и Загрузчик для таких программ выполняет перечисленные функции в полном объеме.

При рассмотрении Ассемблеров мы оставили без внимания обработку обращений к внешним точкам и формат объектного модуля. Эти вопросы непосредственно относятся к функциям Загрузчика, и мы их рассмотрим здесь.

Основные типы Загрузчиков — настраивающие и непосредственно связывающие.