3.7.Загрузчик.
Поскольку результатом трансляции является модуль на языке, близком к машинному, в нем уже не остается признаков того, на каком исходном языке был написан программный модуль. Это создает принципиальную возможность создавать программы из модулей, написанных на разных языках. Специфика исходного языка, однако, может сказываться на физическом представлении базовых типов данных, способах обращения к процедурам/функциям и т.п. Для совместимости разноязыковых модулей должны выдерживаться общие соглашения.
Большая часть объектного модуля - команды и данные машинного языка именно в той форме, в какой они будут существовать во время выполнения программы. Однако, программа в общем случае состоит из многих модулей. Поскольку транслятор обрабатывает только один конкретный модуль, он не может должным образом обработать те части этого модуля, в которых запрограммированы обращения к данным или процедурам, определенным в другом модуле. Такие обращения называются внешними ссылками. Те места в объектном модуле, где содержатся внешние ссылки, транслируются в некоторую промежуточную форму, подлежащую дальнейшей обработке. Говорят, что объектный модуль представляет собой программу на машинном языке с неразрешенными внешними ссылками.
Разрешение внешних ссылок выполняется на следующем этапе подготовки, который обеспечивается Редактором Связей (Компоновщиком). Редактор Связей соединяет вместе все объектные модули, входящие в программу. Поскольку Редактор Связей "видит" уже все компоненты программы, он имеет возможность обработать те места в объектных модулях, которые содержат внешние ссылки. Результатом работы Редактора Связей является загрузочный модуль.
Загрузочный модуль - программный модуль, представленный в форме, пригодной для загрузки в оперативную память для выполнения.
Загрузочный модуль сохраняется в виде файла на внешней памяти. Для выполнения программа должна быть перенесена (загружена) в оперативную память. Иногда при этом требуется некоторая дополнительная обработка (например, настройка адресов в программе на ту область оперативной памяти, в которую программа загрузилась). Эта функция выполняется Загрузчиком, который обычно входит в состав операционной системы.
Возможен также вариант, в котором редактирование связей выполняется при каждом запуске программы на выполнение и совмещается с загрузкой.
Загрузчик - это системная программа, выполняющая загрузку. Многие загрузчики обеспечивают, кроме того, перемещение и связывание. В некоторых системах функция связывания отделена от функций перемещения и загрузки. Связывание выполняется специальной программой связывания (или редактором связей), перемещение и загрузка - загрузчиком.
Связывание - это связывание двух или более отдельных оттранслированных программ.
Перемещение - это модификация объектной программы так, чтобы она могла загружаться с адреса, отличного от первоначального.
Функции загрузчика:
распределение ОП;
перемещение программы;
связывание модулей;
загрузка программ в ОП и запуск на выполнение.
Это делает Связывающий Загрузчик. Вариант связывания при запуске более расходный, т.к. затраты на связывание тиражируются при каждом запуске. Но он обеспечивает:
большую гибкость в сопровождении, так как позволяет менять отдельные объектные модули программы, не меняя остальных модулей;
экономию внешней памяти, т.к. объектные модули, используемые во многих программах не копируются в каждый загрузочный модуль, а хранятся в одном экземпляре.
Виды загрузчиков
Загрузчики типа «компиляция-выполнение»
Одним из возможных способов выполнения функции загрузчика может быть такая организация работы ассемблера, при которой ассемблер, работая в одной части памяти, помещает машинные команды и данные по мере ассемблирования непосредственно в выделенные для них ячейки памяти. После завершения компиляции ассемблер передает управление в точку входа полученной программы. Это очень простое решение, позволяющее обойтись без каких-либо дополнительных процедур. Такая схема называется «компиляция-выполнение», а «загрузчик» состоит из одной команды, которая передает управление ассемблированной программе.
Однако
эта схема имеет ряд недостатков:
некоторая часть памяти не может быть использована, т.к. занятая ассемблером память недоступна для объектной программы;
при каждом новом прогоне приходиться заново транслировать программу пользователя;
трудно организовать работу нескольких сегментов программы, особенно, если исходные тексты написаны на разных языках, т.к. каждый язык создает свою среду в ОП.
Достоинства:
распределение памяти выполняется автоматически;
одна и та же программа-компилятор выполняет функции перемещения и связывания, загрузки и запуска.
Абсолютный загрузчик
Учитывая недостатки загрузчиков типа «компиляция-выполнение», видно, что целесообразным будет организовать хранение результатов трансляции на некотором внешнем носителе с тем, чтобы загрузить их, когда понадобится выполнить полученную программу. При этом ассемблированная программа может быть загружена в ту же область, которую раньше занимал ассемблер. Эта форма вывода называется объектной программой. Тогда работа загрузчика будет заключаться в том, что он принимает на входе ассемблированные команды и информацию, представленную в виде объектной программы, а сам в свою очередь помещает в память машинные команды, данные в выполнимой машинной форме. Этот тип загрузки устраняет основные недостатки рассмотренного ранее типа.
Простейший загрузчик, работающий по общей схеме, называется абсолютным. При этом ассемблер выводит результаты трансляции исходной программы почти в такой же форме как при схеме «компиляция-выполнение», за исключением того, что результаты помещаются не непосредственно в память, а выводятся на носитель. Загрузчик просто воспринимает текст программы на машинном языке и помещает его в память по адресу, указанному ассемблером.
Абсолютные загрузчики просты в реализации, но имеют ряд особенностей:
задачу распределения ОП выполняет программист (с помощью директивы установки начального значения ОП);
задачу перемещения программы выполняет компилятор;
связывание модулей - решается программистом (call 600);
загрузка программ в ОП и запуск на выполнение.
Достоинства:
меньший объем загрузчика (по величине памяти);
разделение фазы компиляции и загрузки, что сокращает время на обработку модулей;
возможность использования нескольких языков программирования, т.к. структуры создаваемых объектных модулей идентичны.
Недостатки:
Большой объем работ ложится на программиста. Нужно постоянно отслеживать изменения начальных адресов при модификации модулей, т.к. изменяется их длина.