iOS程序员的自我修养（四）：可执行文件的装载

在 iOS 开发中，可执行文件的装载是一个至关重要的环节，它决定了程序能否顺利运行。本文将深入探讨 iOS 系统中可执行文件的装载过程，为 iOS 程序员提供一个全面的理解。

可执行文件装载概述

一个进程最核心的特征之一就是拥有独立的虚拟地址空间。在 iOS 系统中，虚拟地址空间的大小由 CPU 的位数决定。当一个进程被创建时，系统会首先为其创建一个虚拟地址空间，但此时这个空间是空的，并没有包含任何实际内容。

可执行文件的装载过程就是将可执行文件的内容加载到进程的虚拟地址空间中。这个过程主要包括以下几个步骤：

1. 创建虚拟地址空间
2. 加载可执行文件的代码段
3. 加载可执行文件的非代码段（如数据段、BSS 段）
4. 重定位可执行文件的地址引用
5. 初始化可执行文件的全局变量和静态对象

创建虚拟地址空间

在 i386 的 Linux 系统中，创建虚拟地址空间实际上只是分配一个页目录。页目录可以看作是一个目录，它将虚拟地址空间划分为更小的块，称为页。每个页的大小通常为 4KB。

当一个进程被创建时，系统会为它分配一个页目录，并将这个页目录存储在进程控制块（PCB）中。页目录是一个数据结构，它包含了每个页表项（PTE）的地址。PTE 指向了页表，页表又指向了物理内存中的实际页面。

加载可执行文件的代码段

可执行文件的代码段包含了程序的指令。在加载可执行文件的过程中，系统会首先将代码段加载到进程的虚拟地址空间中。代码段通常被加载到一个称为“代码区”的特定区域中。

加载可执行文件的非代码段

可执行文件除了代码段之外，还包含非代码段，如数据段和 BSS 段。数据段存储了已初始化的全局变量和静态对象，而 BSS 段存储了未初始化的全局变量和静态对象。

在加载可执行文件的过程中，系统会将数据段和 BSS 段加载到进程的虚拟地址空间中的适当位置。

重定位可执行文件的地址引用

可执行文件在编译时并不知道它将在内存中的确切位置。因此，在加载可执行文件的过程中，系统需要对可执行文件中的地址引用进行重定位。

重定位的过程涉及到修改可执行文件中的指令和数据，以便它们能够正确引用进程虚拟地址空间中的目标地址。

初始化可执行文件的全局变量和静态对象

在可执行文件被加载到内存后，系统需要对可执行文件的全局变量和静态对象进行初始化。全局变量和静态对象在程序运行之前必须被初始化为适当的值。

系统会根据可执行文件中的信息，为每个全局变量和静态对象分配内存并设置它们的初始值。

结论

可执行文件的装载过程是 iOS 系统中一个至关重要的环节。通过深入理解这个过程，iOS 程序员可以更好地理解程序的启动机制和运行环境，从而编写出更可靠、高效的代码。