И.А. Волкова, И.Г. Головин, Л.Е. Карпов - Системы программирования (1114897), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В тех случаях, когда имена объектов совпадают, а семантика ихиспользования различается, могут возникать трудно обнаруживаемые ошибки. Найтиих удается только при отладке уже готовых программ. Избежать подобных ошибок приработе с библиотеками удается только, если точно следовать правилам работы свнешними компонентами, которые подробно разъясняются их поставщиками.Задача редактора связей – сформировать области (разделы, секции) памяти,которые впоследствии смогут быть размещены в памяти вычислительной машины какединое целое, в виде цельных блоков. Области могут иметь инициирующие значения, амогут быть пустыми, то есть использоваться только для резервирования памяти.60Значениями, которыми инициируются разделы памяти, могут быть последовательностикоманд (программные разделы) или начальные значения статических объектов данных,в том числе констант.
Для каждой области редактор связей вводит свой начальныйадрес (реальное его значение определяется на более поздних стадиях, вплоть дозагрузки программы в оперативную память для выполнения). Истинные адреса началаобластей обычно используются только в командах загрузки адресов на регистрыбазирования, поэтому только эти команды обычно остаются не до концасформированными после завершения редактирования связей. Каждый объектпрограммы, определенный в некотором объектном модуле относится редакторомсвязей к одной из областей, для всех этих объектов редактор связей вычисляет ихотносительные адреса. После его работы останется только осуществить прибавлениеначального адреса загрузки области памяти.
В некоторых вычислительных системах наредактор связей возлагается также обязанность проводить выравнивание адресов прикомпоновке областей памяти.От редактора связей не зависит эффективность выполнения готовой программы.Все, что можно сделать для повышения этой эффективности, делается в периодкомпиляции. Однако от редактора связей может зависеть эффективность использованияпамяти вычислительной машины, поскольку именно при редактировании связейопределяется истинный размер готовой программы.Самый простой редактор связей при обнаружении ссылки на некоторыйобъектный модуль (или даже при передаче некоторого объектного модуля наредактирование, независимо от того, имеются на его объекты ссылки в другихобъектных модулях или нет) просто вставлять в готовую программу все определенныев нем объекты, как программы, так и данные. В таком случае файл готовой программы(и размер, занимаемой ею памяти машины) будет максимальным, но в этом файлемогут оказаться объекты, никогда в программе не используемые.
В особенности частоподобная ситуация может возникать при работе с библиотеками, в которыхкомпонуются множество семантически связанных процедур, из которых в реальнойработе используется лишь некоторая часть. Чтобы избежать потерь памятиразработчики библиотек часто оформляют их не в виде одного большогобиблиотечного файла, а виде набора относительно небольших файлов, вставка которыхв готовые программы не будет приводить к их существенному росту.Однако лучшим выходом из этой ситуации является усложнение алгоритмаработы редактора связей, который обладает всей информацией, необходимой дляотбора тех объектов модуля, которые реально используются в программе.Неиспользуемые объекты могут исключаться из рассмотрения и в формируемыеразделы памяти не попадать.
В таком случае они не будут попадать и в файл готовойпрограммы. Современные системы программирования стараются комплектоватьименно такими редакторами связей, использование которых снижает нагрузку наиспользуемую память машины.Таким образом, основные задачи редактора связей таковы:•••связывание между собой по внешним данным объектных модулей,порождаемых компилятором и составляющих единую программу;подготовка таблицы трансляции относительных адресов для загрузчика;статическое подключение библиотек с целью получения единогоисполняемого модуля;61•подготовка таблицы точек вызова функций динамических библиотек (см.3.6.2).3.5. Загрузчики: основные функции, принципы работыРабота редактора связей заканчивается формированием собранной программы,для которой остались неизвестными лишь начальные адреса размещения разделовпамяти.
Ни компилятор, ни редактор связей не в состоянии знать, в какой именнообласти физической памяти будет размещаться программа в момент ее выполнения.Эти компоненты работают лишь с относительными адресами, которые отсчитываютсяот некоторой условной точки (обычно она совпадает с началом разделов памяти,отводимых для объектов самого первого модуля, поданного для компоновки редакторусвязей). Задача следующего преобразования – преобразовать условные адреса разделовпамяти в истинные (абсолютные).
Такое преобразование выполняется загрузчиками.Загрузчики могут включаться в состав систем программирования, но чаще ониоказываются составными частями операционных систем, поскольку выполняемые имифункции не только зависят от архитектуры вычислительной системы, в которой должнавыполняться программа, но также и от конкретной физической конфигурации этойсистемы (в частности, от точного количества и размеров модулей памяти). Загрузчикиобязательно входят в состав тех систем программирования, которые передаютподготовленные компиляторами и редакторами связей программы не аппаратуре наисполнение, а программе интерпретатора для интерпретации.Чтобы загрузчик (в какую бы систему он ни входил) мог выполнить своифункции, редактор связей вставляет в заголовок исполняемого файла специальнуютаблицу, с помощью которой можно определить все места в программе, где надопроизвести модификацию условных или относительных адресов в абсолютные.Обрабатывая информацию, содержащуюся в этой таблице, загрузчик создаетокончательное представление тех команд программы, которые еще не были к этомувремени сформированы.Формат таблицы трансляции адресов зависит не только от архитектурывычислительной системы, но и от той операционной системы, которая должнауправлять выполнением готовых программ.
Это делает несовместимыми друг с другомпрограммы, подготовленные в рамках разных операционных систем (например,программы, подготовленные для систем Windows и Linux, имеют разные по структуретаблицы трансляции адресов, хотя и те, и другие должны выполняться на одной и тойже аппаратуре – процессоре персонального компьютера). В то же время вынесениезагрузчика из состава систем программирования в состав операционных систем делаетструктуру этой таблицы более общей, не зависящей от конкретной системыпрограммирования. В противном случае, программы, подготовленные системамипрограммирования компании Borland, нельзя было бы выполнять в операционнойсистеме, предназначенной для работы с системами программирования компанииMicrosoft.Вынесение загрузчиков в операционные системы имеет еще один очень важныйсмысл.
Современные вычислительные комплексы могут иметь сложные аппаратноуправляемые структуры памяти. Методы трансляции адресов могут основываться насегментной, страничной или сегментно-страничной организации памяти. Полноевладение ситуацией может обеспечить только операционная система, причем только вмомент непосредственного занесения программы в память. Это означает, что загрузчиксистемы программирования в принципе не способен решить все проблемы62модификации адресов, поскольку он не может знать точных характеристикконфигурации аппаратных средств и состояния внутренних таблиц подсистемыуправления памятью операционной системы в момент, когда программа начнетвыполняться. Загрузчик, который выполняет трансляцию адресов в момент запускапрограммы, называется настраивающим загрузчиком.3.6.
Техника работы с библиотекамиСущественной особенностью систем программирования является наличие иноменклатура библиотек подпрограмм. По техническому составу библиотеки делятсяна две категории: библиотеки функций исходного языка и библиотеки функцийоперационной системы, в составе которой должна будет работать обрабатываемаяпрограмма. Эта операционная система может отличаться от той, в составе которойфункционирует сама система программирования.Некоторую часть библиотеки, а именно описания входящих в библиотекикомпонентов, необходимо передавать компилятору, чтобы во время компиляциипрограмм, ссылающихся на библиотечные элементы, компилятор мог проверять,например, соответствие списков формальных и фактических параметров.
Фактическиепараметры задаются в компилируемых программах, а формальные параметрыописываются в заголовках библиотечных процедур. С другой стороны, библиотекисами формируются компиляторами, поскольку реализации библиотечных элементовописываются на языках программирования.Библиотеки делятся на статические и динамические по выбору того момента,когда система программирования извлекает из них элементы.3.6.1. Статические библиотекиСтатические библиотеки фактически представляют собой процедуры и функции,встраиваемые внутрь программ, подготавливаемых системами программирования наэтапе обработки этих программ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
