深入理解计算机系统_Hello World的一生

Apr 09, 2014

背景

一个Hello.c程序如表所示。

#include <stdio.h>
int main()
{
	printf(“Hello World\n”);
	return 0;
}

这个Hello World程序，看似简单，可是为了让它完成运行，需要系统的各个组成部分协调工作，本文将通过跟踪Hello World短暂的一生，来揭秘程序运行的奥义。

Hello 程序生成过程

首先，为了将Hello.c变成可执行的二进制目标文件，需要将其推入加工车间—编译系统中进行加工，加工过程如图1.1所示。

图1.1编译系统

预处理阶段

预编译器（cpp）根据以字符#开头的命令，将头文件stdio.h的内容直接插入到Hello.c文件中，最终的得到一个以i为扩展名的C文件—Hello.i文件。

编译阶段

编译器（ccl）将Hello.i文件翻译成文本文件Hello.s，这是个汇编语言程序。注意，汇编语言是计算机底层世界通用通用的语言，不同的高级语言、不同的编译器，最终得到的还是一样的汇编语言。

汇编阶段

汇编器（as）将Hello.s文件翻译成机器语言指令，并将结果保存到二进制文件Hello.o，后者的字节编码是机器语言指令而不是字符。

链接阶段

这里的Hello World程序调用了printf函数，它是每个C编译器都会提供的标准C库中的一个函数。printf函数存在于一个名为printf.o的单独的预编译好了的目标文件中，而这个文件必须通过链接合并到我们的Hello.o文件中，链接器（ld）就是做这个工作的，它最终会输出一个可执行目标文件Hello，这个可执行目标文件可以被加载到内存中，由系统执行。

以上就是Hello World的生成过程，现在讲讲当系统开始执行这个程序到屏幕完整的输出这句激动人性的“Hello World”的时候，计算机内部系统都干了些什么？
首先，我们先看看一个典型的计算机系统的硬件组成图，如图1.2所示。