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Go程序是如何编译并运行起来的(图文详解)

Go程序是如何编译的

hello RdrB1te开始

package main  import "fmt"  func main() {  fmt.Println("hello RdrB1te")  
}

不实际编译它,只输出它的编译过程:

go build -n

简单的编译过程分析:
![[hello程序的简单编译过程分析.png]]

上面的过程确认了两个事情:

  • Runtime会永远随着用户代码一起编译
  • 在windows平台上编译出来了一个exe的可执行文件

Go 编译过程

![[Go编译过程.png]]

词法分析

  • 将源代码翻译成Token
  • Token是代码中的最小语义结构(如变量名、关键字、运算符等不可拆分的最小单元)

句法分析

  • Token序列经过处理,变成语法树

语义分析

  • 类型检查
  • 类型推断
  • 查看类型是否匹配
  • 函数调用内联
  • 逃逸分析

中间码生成:

  • 为了处理不同平台的差异,先生成中间代码(SSA)

查看从代码到中间码(SSA)生成的整个过程

$env:GOSSAFUNC="main" # windows powershell
export GOSSAFUNC=main # linux
go build

会看到如下输出:
![[从用户代码到中间码SSA生成过程查看命令.png]]

用浏览器打开ssa.html文件:
![[生成的中间码SSA的过程.png]]

sources就是你的源代码,AST就是生成的语法树,genssa就是生成的与平台无关的中间码SSA,当然中间还有很多的其它步骤,这里不再列举,可以点击展开查看

机器码生成:

  • 先生成Plan9汇编代码(与平台相关)
  • 最后编译为机器码
  • 输出的机器码为.a文件

查看Plan9汇编代码

go build -gcflags -S main.go

链接:

  • 将各个包进行链接,包括runtime,最终生成可执行文件

Go程序是如何运行起来的

Go程序的入口?

是下面的main方法吗?当然不是

func main() {  fmt.Println("hello RdrB1te")  
}

是runtime包下面的rt0_xxx.s文件,下面以Linux x86芯片架构上面运行的rt0_linux-amd64.s举例:

TEXT _rt0_amd64_linux(SB),NOSPLIT,$-8JMP	_rt0_amd64(SB)

只要用了x86芯片架构都要进入到_rt0_amd64这个方法中去,这个方法调到了哪里呢,选中双击shift,打开在文件中查找:找到下面这行
![[查找_rt0_amd64调用的位置.png]]

asm_amd64.s这个文件中的这段代码:

TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8  MOVQ   0(SP), DI  // argc  LEAQ   8(SP), SI  // argv  JMP    runtime·rt0_go(SB)

意思是读取命令行参数,复制参数数量argc和参数值argv到栈上,然后调用了runtime·rt0_go这个方法,这方法的位置就在这个文件的下面:

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT|TOPFRAME,$0  // copy arguments forward on an even stack  MOVQ   DI, AX    // argc  MOVQ   SI, BX    // argv  SUBQ   $(5*8), SP    // 3args 2auto  ANDQ   $~15, SP  MOVQ   AX, 24(SP)  MOVQ   BX, 32(SP)  // create istack out of the given (operating system) stack.  // _cgo_init may update stackguard.   MOVQ   $runtime·g0(SB), DI

上面这段的意思时初始化g0执行栈,g0是为了调度协程而产生的协程,g0是每个Go程序的第一个协程。继续往下面看,找到下面这段:

	CALL	runtime·check(SB)

这行是第一次调用的go语言方法,要找到这个方法可以选中双击shift,找到下面这行:
![[查找runtime.check方法.png]]

进入:

func check(){}

check方法主要是做运行时检测:

  • 检查各种类型的长度
  • 检查指针操作
  • 检查结构体字段的偏移量
  • 检查atomic原子操作
  • 检查CAS操作
  • 检查栈大小是否是2的幂次

继续往下看,可以通过Ctrl+Alt+左右箭头进行快速跳转回退或前进,退到这个位置:

CALL    runtime·check(SB)  MOVL   24(SP), AX    // copy argc  
MOVL   AX, 0(SP)  
MOVQ   32(SP), AX    // copy argv  
MOVQ   AX, 8(SP)  
CALL   runtime·args(SB)  
CALL   runtime·osinit(SB)  
CALL   runtime·schedinit(SB)  // create a new goroutine to start program  
MOVQ   $runtime·mainPC(SB), AX       // entry  
PUSHQ  AX  
CALL   runtime·newproc(SB)  
POPQ   AX

runtime·args(SB):参数初始化runtime.args,对命令行中的参数进行处理,参数数量赋值给argc int32,参数值复制给argv **byte
runtime·osinit:判断操作系统,执行相应的初始化组件,供调度器初始化所用
runtime·schedinit: 初始化Go调度器。初始化调度器会做哪些事情:

  • 全局栈空间内存分配
  • 加载命令行参数到 os.Args
  • 堆内存空间的初始化
  • 加载操作系统环境变量
  • 初始化当前系统线程
  • 垃圾回收器的参数初始化
  • 算法初始化(map、hash)
  • 设置 process 数量

继续往下看:

    // create a new goroutine to start program  MOVQ   $runtime·mainPC(SB), AX       // entry  PUSHQ  AX  CALL   runtime·newproc(SB)  POPQ   AX  // start this M  CALL   runtime·mstart(SB)  CALL   runtime·abort(SB)  // mstart should never return  RET  // mainPC is a function value for runtime.main, to be passed to newproc.  
// The reference to runtime.main is made via ABIInternal, since the  
// actual function (not the ABI0 wrapper) is needed by newproc.  
DATA   runtime·mainPC+0(SB)/8,$runtime·main<ABIInternal>(SB)

MOVQ $runtime·mainPC(SB):取mainPC的地址,这个mainPC的地址就是runtime·main这个方法的地址
CALL runtime·newproc:创建一个新的协程(主协程),执行runtime·main这个方法(主函数),放入调度器等待调度
CALL runtime·mstart(SB):初始化一个M,用来调度主协程,主协程开始执行主函数。

看下runtime·main这个方法里面干了什么,选中双击shift,找到下面这行:
![[查找runtime·main方法.png]]

进入:

// The main goroutine.
func main() {  doInit(&runtime_inittask) // 执行runtime包中的init方法gcenable() // 启动GC垃圾回收器doInit(&main_inittask) //执行用户包依赖的init方法fn := main_main // 执行用户主函数main.mian() fn()
}

按住ctrl进入main_main:

//go:linkname main_main main.main
func main_main()

主协程执行主函数:

  • 执行runtime包中的init方法
  • 启动GC垃圾回收器
  • 执行用户包依赖的init方法
  • 执行用户主函数main.mian()

总结

  • Go启动时经历了检查、各种初始化、初始化协程调度的过程
  • main.main()也是在协程中运行的

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