程序员的⾃我修养--链接、装载与库
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第⼀次接触《程序员的⾃我修养》的时候，的确怀有⼀种疑惑的态度的。因为潜意识告诉我：在计算机这⼀⾏，更强调的是实践动⼿，⽽XXX修养的显然不属于动⼿操作类，⾄少不是太适合我的需求。但是，当我以⼀种随意的⼼态翻阅的时候，我才发现我的判断是多么的幼稚！
这是⼀本深⼊浅出、通俗易懂的权威教材，特别是当我了解到写书的时候，作者还是在校的研究⽣？！我就深深的惊呆了。。。好吧，还是那句台词：⼈和⼈的差别怎么这么⼤呢。这时候才明⽩：难怪书中⾏⽂的⼝⽓太接近⽣活⽤语了，读书的过程感觉⾮常亲切，就像与学长聊天。难得的是他们以这种⽅式讲解计算机中底层晦涩的原理，把枯燥的知识讲得精确且有趣⽣动，真正的⼤师风范啊。废话不多说，下⾯进⼊正题。
全书共分为四个部分，⼗三的章节：
⼀.简介
⼆.静态链接
三.装载与动态链接
四.库与运⾏库
　在简介部分
　作者解释了⼀些计算机领域的概念，如：简单的Hello world程序到底是怎么运⾏的；操作系统在幕后为我们做了哪些⼯作；内存不够了，会有哪些解决⽅式，诸如此类。作者在这⾥只是为了提出问题，引发读者的思考。毕竟，兴趣才是最好的⽼师。也难怪，我在读了这⾥内容后，就决定：那天下午其他什么作业都放下，只读书。⼀个下午，读了⼀百多页多内容（个⼈认为这速度对于计算机放⽅⾯多书籍来说已经够快了，全书共计四百多页）。他们似乎总能够知道难点、疑问点在哪，然后⼀步⼀步深⼊，在读书的过程中，你会发现这其实是⼀个与作者互动的过程。有哪么⼀种互动的感觉。在以前，我⼏乎不怎么读书，更喜欢多学习⽅式是查⽹络资源。但是读了这本书以后，我的好多观点被撼动了，是不是已经错过了好多好书了呢？不得⽽知，也不敢想了。。。所以在这⾥奉劝⼤家，不要轻易的给某种事物贴标签，如读书。即使看到99.9%的⽆趣教材，也不要对那仅剩下的那⼀本放弃希望。
　第⼆部分是静态链接
　在这⼀部分，主要的篇幅放在ELF⽂件格式的解释上。linux下的⽬标⽂件、静态链接库⽂件、动态链接库⽂件采⽤的⽂件格式都是ELF⽂件格式标准。对⽐下，windows下的程序⽂件符合的标准是PE⽂件。ELF⽂件有固定的格式控制，有52个字节长度的⽂件头。它描述了整个⽂件的⽂件属性，包括⽂件
是否可执⾏、是静态链接还是动态链接及⼊⼝地址（如果是可执⾏⽂件）、⽬标硬件、⽬标操作系统等信息。⽽且同⼀份⽂件有两种视图，分别对应于链接的过程、加载的过程。链接的过程，可以⽤节区的⽅式来看待⽂件内容。整个⽂件由不同的节区组成，在⽂件头有⼀个字段标识节区表的位置，通过节区表可以⽅便的到不同的节区。那么节区⾥⾯放的是什么呢？⽐如：
.text(代码段)、
.bss（未初始化的全局变量或者静态局部变量）、
.data（初始化的全局变量或者局部静态变量）
.rodata(只读数据段，放⼀些字符串常量等信息)、
ment（注释信息段）、
.note.GNU-stack（堆栈提⽰段）
... ...
这些程序运⾏需要的信息被分们别类放在不同的节区当中，但是加载进内存后，则是另外⼀番景象。加
载后，ELF的视图是以⼀种称为段表的⽅式管理的。不同的部分以段为单位进⾏管理，且有⼀个称为段表的数据结构辅助段的管理。因为节区表的信息是以⼀种模型的⽅式固定产⽣的，有的程序可能并没有.bss。所以这时候就需要去掉⼀些⽆⽤的信息，同时进⾏⼀些节区的合并，以产⽣⼀个段。以便OS以段的⽅式进⾏权限管理，如：只读的内容放在只读段、可读写的信息放在另外⼀个段（注意，OS是以页为最⼩粒度进⾏权限管理的）。合并节区的好处不⾔⽽喻：可以减少内存碎⽚、提⾼内存利⽤率且⽅便OS进⾏权限管理。
第⼆部分的其他内容所占篇幅不是很⼤，还讲解了编译器和链接器。编译源代码为可执⾏⽂件的过程分为以下⼏个步骤：
  1.预处理
程序员到底是干什么的2.编译源代码
3.汇编
4.链接
1.预处理是解决⼀些宏定义的替换等⼯作，为编译做准备，对应的gcc操作为：gcc -E xx.c -o xx.i(xx为源⽂件名)。
2.编译是将源码编译为汇编语⾔的过程，对应的gcc操作为:gcc -S xx.i -o xx.s。由xx.i 产⽣xx.s⽂件。
3.汇编是将汇编代码的⽂件汇编为机器语⾔的过程，对应的gcc操作为：gcc -c xx.s -o xx.o
4.链接是将⽬标⽂件链接为⼀个整的可执⾏⽂件的过程，对应的gcc操作为 gcc xx.o -o xx(xx成为可执⾏，运⾏时候可以⽤ "./xx" 的⽅式运⾏)。
当然，平时常⽤的⽅式是直截了当的 " gcc xx.c "，做完以上所有过程⽣成可执⾏⽂件 " a.out "。在这⾥，我将重点阐述链接的过程。链接的过程是不可避免的，⽐如我们很有可能⽤到系统函数printf（）、scanf（）...此时，也许有⼈会反驳：“我的程序没⽤到这些个函数，所以链接的过程在这样的程序中不存在！！”。真的是这回事吗？！显然不是嘛...要是那样的话，我岂不是⾃⼰打⾃⼰的脸吗?对不，呵呵。。。其实，在程序运⾏的时候，main（）函数⼀定不是第⼀个被执⾏的函数，那第⼀个被执⾏的函数是什么捏？start（）函数（不信的话你 "
objdump -d a.out " ⼀下看看呗）。⼀个被忽视但⼜⼀直存在的函数，它才是第⼀个被调⽤执⾏的函数。main（）只不过是它调⽤的⼦函数⽽已。好吧，这家伙是必须存在的，但显然不在你写的程序中吧，由此看来，链接过程是不是肯定存在？！
好吧，扯的有点多了啊。那么链接过程肯定是有的，究竟链接⼲了什么呢？这⾥我再举⼀个例⼦。两个
⽂件 " A.C 、 B.C "，在A中有⼀个外部变量x，在B中⽤到A中的这个变量怎么办呢？c语⾔提供⽀持，⽅法如下：“extern x ”，标识x在外部申明。这样编译的时候就不会报错了。那么编译但不链接时候，B中⽤到A的X，地址如何确定呢？此时，编译器充分发挥⾃⼰的主观能动性：随便给它⼀个地址就⾏了。于是B中⽤到A中的x地址就被规定为⼀个数值了，多少呢？不是其它值，就是0（数据地址被定为0，外部函数地址被定为⼀个特定的之的值，如：call 0x08048900 ，跳到地址的最低位08）。这些假地址在运⾏的时候肯定是不⾏的，所以必须有⼀个链接的过程来修正这些地址为正确的地址。
　第三部分是装载与动态链接
　这部分的重点当然是虚拟空间的分配与管理啦。虚拟地址空间有4G⼤⼩（32位地址空间）！但是能⽤的空间才多⼤呢？linux有3G左右，⽽windows才2G左右（windows你为什么总这么的奇怪...省略⼀百字，呵呵）。4G的虚拟地址空间，理论上虽然都可以分配给进程，但是操作系统为了⽅便管理，有些空间被强制⽤作其它⽤途。逻辑地址空间（4G），典型的被分为4部分（windows分配⽅式）：核⼼区
（0xc0000000-0xffffffff）、隔离区(0xbfff0000-0xbfffffff)、⽤户区(0x00010000-0xbffeffff)、null区（0x00000000-0x0000ffff）。核⼼区⼀般1G 左右，所有进程必须映射物理的OS所在的区域，即物理的1G空间被所有进程共享哦。紧接着核⼼区的是隔离区，这部分区域是OS⽤来保护⾃⼰的⿊⾊地带，但凡有进程试图通过缓冲区溢出等⽅式攻击时，都将遭到OS的阻⽌（理论上），这⽚区域就是OS的外围
城墙。⽤户区才是各进程区分⾃⼰的地⽅，其他区域都是⼀样的。⽤户区存放的是：代码段、数据段、堆栈段...null区⽤来⼲什么的呢？是⽤来保证接⼝的⼀致性的的吧（仅仅是个⼈观点。当然，估计还有其他原因，但是⽬前还未到）。怎么来保证⼀致性呢？在程序中，你也许会⽤到malloc()函数来为某个数据结构分配空间。⼤部分情况下，都可以正常分配，但是总有那么些个情况它就是分配不成功-_-！！c语⾔有必要专门为申请空间不成功保存状态信息吗？如哪种情况导致的不成功。愚认为没必要，⼀⽅⾯，分配失败毕竟在概率上只是少数。另外⼀⽅⾯，程序关⼼的只是成功与否，⾄于原因，或许并不在意（其实空间不⾜或许是绝⼤部分原因，所以也就没必要判断分配失败原因了）。分配不成功时候，os将指针指向null区。⽤户只需要判断是否分配在null区，就可以得到分配是否成功。如果失败，⾄于原因如何，c语⾔未提供⽀持（分析见上）。
　第四部分是库与运⾏库。
这部分则关于动态库知识的介绍，如API、公共运⾏库等，这部分知识是关于规则的介绍及使⽤，较为琐碎。其他⼀些内容如：栈的构造、堆的分配算法、运⾏时多线程的困扰、CRT的改进、中断与系统调⽤...其中颇为感兴趣的是微软的Hot Patch Prologue技术，详细内容见《程序员的⾃我修养》的P292页。本⼈另外⼀篇博客园博客就是介绍这项技术的ppt截图，感兴趣的话可以翻翻看，应该很快就可以到吧，总共没⼏篇博⽂。微软在编译现代的程序的时候，会⼈为的加上7个字节的内容，就这7个字节的内容可以实现热修复（不需要宕机就可以实现dll的替换哦）。当然，实现这项技术的基础是APi Hook。
APi Hook可以改变函数的执⾏流程，微软是这项技术的狂热爱好者，并在OS层⾯提供⽀持。这是为什么呢？我们知道微软的OS有很多版本，应⽤程序开发时，只能对某⼀款OS提供最完美的⽀持。如：有很多游戏都是针对经典的XP开发的，但是在Win7上出现兼容性问题（很多⼈都会遇到吧，呵呵）。这时候就体现热修复的威⼒了，它可以同时保存两个版本的Dll。出现兼容性问题后，改变DLL的版本，当然执⾏完还需要改回来。这个过程就需要那7个字节来实现跳转到⽬标DLL，7个字节的内容包含两个跳转：2（短跳）+5（长跳）。5个字节的长跳就可以跳到32位地址空间的任意位置，那为什么还需要2个字节的短跳呢？原因很简单，概率问题。因为实现的时候并不仅仅需要理论，更需要实践的⽀持。实践概率表明：⼤部分的情况不需要跳转（即不需要版本兼容）。这种情况下，5个字节的长跳就会被忽略，就是浪费5个字节的空间。但是通过2+5的⽅式（短跳的⽬的地址是长跳的位置，它俩紧挨着），浪费的空间只有两个字节。所以出现这种2+5的组合跳转⽅式。
　虽然第⼀次写这么长的读后感（⾜有4135字，远超出2000的字数），也感觉很累啊，但是还是希望能有来⾃前辈的指点，周某先⾏谢过。。。　

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