【Linux】对共享库加载问题的深入理解——基本原理概述

原理概述

【linux】详解——库-CSDN博客

共享库被加载后，系统会为该共享库创建一个结构，这个结构体中的字段描述了库的各种属性。在内存中可能会加载很多库，每一个库都用一个结构体描述。把这些结构体用一些数据结构管理起来，系统对库的管理就转化成了对数据的管理

系统对加载到内存的共享库的信息是很清楚的

进程地址空间示意图

【Linux】进程地址空间-CSDN博客

每个进程都会有自己的地址空间，地址空间中的共享区用来映射共享库。

CPU在代码区执行数据时需要用到库中的方法会根据编译时就给定的地址跳转到共享区，共享区的虚拟地址通过页表的映射找到物理内存中相应的数据，然后加载到CPU运算。

如果虚拟地址在页表中没有与对应的物理地址建立映射关系就会发生缺页中断，系统会把磁盘中的对应的数据加载到内存，再让虚拟地址和物理地址建立映射关系，然后这部分数据被CPU调度执行。

多个进程的页表可能会映射同一个库，即共享库可以被多个进程使用。

当一个进程要对库中定义的全局变量做写入时，系统会检查检查该全局变量的引用计数，若库是被多个进程共享的，就会发生写时拷贝。一个进程对共享库的任何操作都不会影响其他进程。

线性地址，虚拟地址，逻辑地址，进程地址空间，其实是一个概念。采用的是全0到全1的编址，用线性地址来描述这样的编址方式是一种很形象的叫法。

虚拟地址和进程地址空间是进程层面的叫法，而逻辑地址是可执行程序中的地址分配方式。

编译器给代码的编址方式是虚拟地址，CPU执行拿到的地址也是虚拟地址。在CPU中，内置了指令集，能让CPU完成一些简单的动作。

比如函数跳转，拿着该函数的地址跳转到相应的地址空间，把相应的地址进行页表映射，拿到物理内存中相应的数据加载到CPU中调度执行。

也就是说从编译器为代码分配地址到CPU调度执行的地址都是虚拟地址，如果想拿到具体的数据只需通过虚拟地址在页表中找到对应的物理地址从而拿到相应的数据。

如果虚拟地址并没有在页表中与物理地址建立映射关系，即相应的数据并没有被加载到内存中，就会发生缺页中断，数据会从磁盘加载到内存，然后对应的虚拟地址与物理地址建立映射关系。

动态库在编译时会带上-fPIC选项，该选项表示与位置无关码。

在编译库代码时，不会按逻辑地址的方式分配。

而是采用偏移量的方式，这样任意位置的代码数据可以映射到共享区中的任意位置，只需要知道库的开始位置被加载到哪里，只需用开始位置的地址加偏移量即可拿到该指令的虚拟地址，然后就是与页表映射的一系列操作了。