深入理解程序的結構

深入理解程序的結構

1靜態可執行程序中的段

程序由不同的段構成（代碼段、數據段），程序的靜態特征就是指令和數據，動態特征就是執行指令處理數據。
源程序代碼到可執行程序的對應關系：

代碼段

• 源代碼的可執行語句編譯后進入代碼段，編譯完成后大小固定
• 代碼段在內存管理單元的系統中具有只讀屬性（是一種保護，防止被改寫）
• 代碼段中可以包括常量數據（如字符串常量）

  數據段（.data .bss .rodata）

  .bss段（Block Started by Symbol segment）
  存儲未初始化的全局數據，不占用可執行文件的大小。
  .data段：存儲具有非0初始值的變量
  .rodata段：存儲const修飾的和其他只讀數據
  問題：.bss和.data段同樣存儲的是全局數據，為什么初始化的和不初始化的保存在不同的段中？
  .bss段中的變量不用在再程序文件中保存初始值，從而減小可執程序的大小，提高程序加載的效率。（對于.bss段中的變量，在可執行文件中只需要保存其變量名和變量類型，在加載時統一將其初始化為0；而對于存儲于.data段中的數據，需要保存其變量名，類型、和值，在加載其需要將變量值拷貝得到變量對應的空間）
  編程實驗：可以編寫簡單測試程序，通過objdump -h命令查看各個段的信息，使用nm命令查看可執行文件中的符號和地址，使用objdump -s -j .data ./a.ou查看某個段中的具體信息，并將上述信息對應起來。

  6.2動態加載后生成的段

  棧（stack）

  棧時在程序被加載到內存之后才生成的，其本質時片連續的存儲空間
  SP寄存器作為棧頂“指針”實現入棧操作和出棧操作
  
  棧通常作為以下用途
  中斷發生時，棧用于保存寄存器的值（現場保護）
  函數調用時，棧用于保存函數的活動記錄（棧幀信息）
  并發編程時，每個線程擁有自己獨立的棧

  堆（Heap）

  堆和棧一樣，時程序被加載到內存后才生成的。是一片“空閑的空間”，用于提供動態內存分配。
  需要函數的支持（malloc、free）
  內存映射段（memory mapping segment）
  內核將硬盤中的文件內容直接映射到內存映射段(mmap）
  動態鏈接庫在可執行程序加載時映射到內存映射段
  程序執行時能夠創建匿名映射區存放程序數據
  內存映射文件的原理：
  將硬盤上的文件數據邏輯映射到內存中（零耗時），通過缺頁中斷進行文件數據的實際載入（一次數據拷貝），映射后對內存的讀寫就是對文件的讀寫（極大的提高了文件的讀寫效率）。
  
  使用傳統的方式通過read函數來讀取文件，首先內核程序接到應用程的請求，然后內核程序去讀取硬盤中的文件內核空間，然后再講內核空間中的數據拷貝到應用空間（使用了兩次數據拷貝）。
  最終各個段在內存中的布局：
  
  這里我們看到棧、堆的起始地址都是隨機的，這樣做的目的是為了安全，當其實地址隨機后，惡意代碼修改程序的暗度變大（難以直接通過固定地址獲取到程度的返回地址）。