liquanhai

  程序是如何運行的

作為一個程序員，已不知編了多少行代碼。但若問我程序是如何在計算機中運行的，我怕只有張口結舌。書中第一章就給了我們相關的答案。

首先，看如下最簡單的C語言Helloword的代碼

 

上面的代碼我們保存在helloworld.c文件中。其本質實際上是由0、1的比特（位）序列構成的。8位為一個字節。每個字節對應某個文本字符。不少系統用ASCII來表示文本字符。實際是由一個唯一的同字節大小的整數值來表示每個字符。下面給出helloworld.c的ASCII表示。
#      i         n        c       l       u       d      e     <sp>   <     s     t        d        i       o      .
35   105    110    99    108  117  100   101   32     60  115  116   100   105  111  46
h       >      \n       \n      i        n      t     <sp>   m      a      i       n       (       )      \n     {
104  62     10     10     105  110  116   32    109    97   105  110   40    41   10   123
\n     <sp> <sp> <sp> <sp>   p      r      i       n        t       f      (       "      h       e       l
10    32     32     32     32    112  114  105  110    116  102  40    34   104   101   108
l       o       ,        <sp>  w      o      r       l      d        \       n       "       )       ;       \n      }
108 111    44     32     119  111  114  108  100    92    110  34    41   59      10     125
以此類推，在計算機系統中，任何介質中的數據都是比特序列。把他們區分成不同的數據對象，是通過數據對象的上下文來確定的。

程序編譯
程序的編譯過程如下圖所示，分為預處理、編譯、匯編、鏈接等幾個階段。

預處理：預處理相當于根據預處理命令組裝成新的C程序，不過常以i為擴展名。
編譯：    將得到的i文件翻譯成匯編代碼。s文件。
匯編：    將匯編文件翻譯成機器指令，并打包成可重定位目標程序的O文件。該文件是二進制文件，字節編碼是機器指令。
鏈接：    將引用的其他O文件并入到我們程序所在的o文件中，處理得到最終的可執行文件。

硬件組成：
從下圖中看出一個典型的系統由總線、Cpu、I/O設備、主存等構成。

CPU: Central Processing Unit,  ALU: Arithmetic/Logic Unit,  PC: Program counter,  USB: Universal Serial Bus.

程序執行
我們已經討論了可執行文件產生的過程。接下來討論哈可執行文件執行的過程。從上面途中的彩色線條可以清晰的看到這個過程，我們簡單的把它分為6步。
1.shell程序執行指令，等待用戶輸入，這里我們輸入“hello”。
2.shell程序將字符逐一讀到寄存器中
3.再從寄存器取出放到主存中
4.當我們敲入回車時，shell程序得知輸入結束，將hello目標文件的代碼和數據拷貝到主存，從而加載hello文件數據包括最終被輸出的字符串“hello，world\n”.利用了DMA訪問技術，數據可不經CPU直接到主存
5.執行主程序中的機器語言指令，將“hello，world\n”串的字節從主存拷貝到寄存器堆。
6.從寄存器中把文件拷貝到顯示設備。