本文将带您了解关于重学计算机组成原理的新内容，同时我们还将为您解释九-动态链接的相关知识，另外，我们还将为您提供关于知乎热议：程序员为啥要学计算机组成原理？、计算机组成原理(二)——计算机的基本组成、
本文将带您了解关于重学计算机组成原理的新内容，同时我们还将为您解释九- 动态链接的相关知识，另外，我们还将为您提供关于知乎热议：程序员为啥要学计算机组成原理？、计算机组成原理(二)——计算机的基本组成、计算机组成原理（上）第 1 章 计算机系统概论、计算机组成原理（上）第3章 测试的实用信息。
本文目录一览：- 重学计算机组成原理（九）- 动态链接（动态链接的原理）
- 知乎热议：程序员为啥要学计算机组成原理？
- 计算机组成原理(二)——计算机的基本组成
- 计算机组成原理（上）第 1 章 计算机系统概论
- 计算机组成原理（上）第3章 测试
重学计算机组成原理（九）- 动态链接（动态链接的原理）
把对应的不同文件内的代码段，合并到一起，成为最后的可执行文件
链接的方式，让我们在写代码的时候做到了“复用”。
同样的功能代码只要写一次，然后提供给很多不同的程序进行链接就行了。
“链接”其实有点儿像我们日常生活中的标准化、模块化生产。
有一个可以生产标准螺帽的生产线，就可生产很多不同的螺帽。
只要需要螺帽，都可以通过链接的方式，去复制一个出来，放到需要的地方
但是，如果我们有很多个程序都要通过装载器装载到内存里面，那里面链接好的同样的功能代码，也都需要再装载一遍，再占一遍内存空间。
这就好比，假设每个人都有骑自行车的需要，那我们给每个人都生产一辆自行车带在身边，固然大家都有自行车用了，但是马路上肯定会特别拥挤。
1 链接可以分动、静，共享运行省内存
我们上一节解决程序装载到内存的时候，讲了很多方法。说起来，最根本的问题其实就是内存空间不够用。
如果能够让同样功能的代码，在不同的程序里面，不需要各占一份内存空间，那该有多好啊！
就好比，现在马路上的共享单车，我们并不需要给每个人都造一辆自行车，只要马路上有这些单车，谁需要的时候，直接通过手机扫码，都可以解锁骑行。
这个思路就引入一种新的链接方法，叫作动态链接（Dynamic Link）
相应的，我们之前说的合并代码段的方法，就是静态链接（Static Link）
在动态链接的过程中，我们想要“链接”的，不是存储在硬盘上的目标文件代码，而是加载到内存中的共享库（Shared Libraries）
这个加载到内存中的共享库会被很多个程序的指令调用到。
在Windows下，这些共享库文件就是.dll文件，也就是Dynamic-Link Libary（DLL，动态链接库） 用了“动态链接”的意思
在Linux下，这些共享库文件就是.so文件，也就是Shared Object（一般我们也称之为动态链接库）。用了“共享”的意思
正好覆盖了两方面的含义。
2 地址无关很重要，相对地址解烦恼
要在程序运行的时候共享代码，这些机器码必须“地址无关”
也就是说，我们编译出来的共享库文件的指令代码，是地址无关码（Position-Independent Code）
换句话说就是，这段代码，无论加载在哪个内存地址，都能够正常执行
如果还不明白，我给你举一个生活中的例子 如果我们有一个骑自行车的程序，要“前进500米，左转进入天安门广场，再前进500米”。它在500米之后要到天安门广场了，这就是地址相关的。如果程序是“前进500米，左转，再前进500米”，无论你在哪里都可以骑车走这1000米，没有具体地点的限制，这就是地址无关的。
大部分函数库其实都可以做到地址无关，因为它们都接受特定的输入，进行确定的操作，然后给出返回结果就好了。
无论是实现一个向量加法，还是实现一个打印的函数，这些代码逻辑和输入的数据在内存里面的位置并不重要。
而常见的地址相关的代码，比如绝对地址代码（Absolute Code）、利用重定位表的代码等等，都是地址相关的代码
回想一下我们之前讲过的重定位表。在程序链接的时候，我们就把函数调用后要跳转访问的地址确定下来了，这意味着，如果这个函数加载到一个不同的内存地址，跳转就会失败。
对于所有动态链接共享库的程序来讲，虽然我们的共享库用的都是同一段物理内存地址，但是在不同的应用程序里，它所在的虚拟内存地址是不同的。
没办法、也不应该要求动态链接同一个共享库的不同程序，必须把这个共享库所使用的虚拟内存地址变成一致。
如果这样的话，我们写的程序就必须明确地知道内部的内存地址分配。
那么问题来了，我们要怎么样才能做到，动态共享库编译出来的代码指令，都是地址无关码呢？
动态代码库内部的变量和函数调用都很容易解决，我们只需要使用相对地址（Relative Address）
各种指令中使用到的内存地址，给出的不是一个绝对的地址空间，而是一个相对于当前指令偏移量的内存地址
因为 整个共享库是放在一段连续的虚拟内存地址中的，无论装载到哪一段地址，不同指令之间的相对地址都是不变的。
3 动态链接的解决方案
PLT和GOT
要实现动态链接共享库，也并不困难，和前面的静态链接里的符号表和重定向表类似
拿出一小段代码来看一看。
lib.h 定义了动态链接库的一个函数 show_me_the_money
lib.c 包含了lib.h的实际实现
show_me_poor.c 调用了 lib 里面的函数
把 lib.c 编译成了一个动态链接库，也就是 .so 文件
最终生成文件集
在编译的过程中，指定了一个 -fPIC 的参数
其实就是Position Independent Code意，也就是要把这个编译成一个地址无关代码
然后，我们再通过gcc编译 show_me_poor 动态链接了 lib.so 的可执行文件
在这些操作都完成了之后，我们把 show_me_poor 这个文件通过objdump出来看一下
我们还是只关心整个可执行文件中的一小部分内容
在main函数调用show_me_the_money的函数的时候，对应的代码是这样的：
这里后面有一个@plt的关键字，代表了我们需要从PLT，也就是程序链接表（Procedure Link Table）里面找要调用的函数。对应的地址呢，则是400580这个地址。
那当我们把目光挪到上面的 400580 这个地址，你又会看到里面进行了一次跳转，
这个跳转指定的跳转地址，你可以在后面的注释里面可以看到:
在动态链接对应的共享库，我们在共享库的data section里面，保存了一张全局偏移表（GOT，Global Offset Table）
虽然共享库的代码部分的物理内存是共享的，但是数据部分是各个动态链接它的应用程序里面各加载一份的。
所有需要引用当前共享库外部的地址的指令，都会查询GOT，来找到当前运行程序的虚拟内存里的对应位置
而GOT表里的数据，则是在我们加载一个个共享库的时候写进去的。
不同的进程，调用同样的 lib.so，各自GOT里面指向最终加载的动态链接库里面的虚拟内存地址是不同的。
这样，虽然不同的程序调用的同样的动态库，各自的内存地址是独立的，调用的又都是同一个动态库，但是不需要去修改动态库里面的代码所使用的地址，
而是各个程序各自维护好自己的GOT，能够找到对应的动态库就好了
GOT表位于共享库自己的数据段里
GOT表在内存里和对应的代码段位置之间的偏移量，始终是确定的
这样，共享库就是地址无关的代码，对应的各个程序只需在物理内存里加载同一份代码
而我们又要通过各个可执行程序在加载时，生成的各不相同的GOT表，找到它需要调用到的外部变量和函数的地址
这是一个典型的、不修改代码，而是通过修改“地址数据”来进行关联的办法
它有点像我们在C语言里面用函数指针来调用对应的函数，并不是通过预先已经确定好的函数名称来调用，而是利用当时它在内存里面的动态地址来调用。
4 总结
终于在静态链接和程序装载后，利用动态链接把我们的内存利用到了极致
同样功能的代码生成的共享库，我们只要在内存里面保留一份就好了
这样
不仅能够做到代码在开发阶段的复用
也能做到代码在运行阶段的复用。
实际上，在进行Linux程序开发，一直会用到各种各样的动态链接库。
C语言的标准库就在1MB以上。
撰写任何一个程序可能都需要用到这个库，常见的Linux服务器里，/usr/bin下面就有上千个可执行文件。
如果每一个都把标准库静态链接进来的，几GB乃至几十GB的磁盘空间一下子就用出去了。如果我们服务端的多进程应用要开上千个进程，几GB的内存空间也会一下子就用出去了。这个问题在过去计算机的内存较少的时候更加显著。
通过动态链接这个方式，可以说彻底解决了这个问题。
就像共享单车一样，如果仔细经营，是一个很有社会价值的事情，但是如果粗暴地把它变成无限制地复制生产，给每个人造一辆，只会在系统内制造大量无用的垃圾。
已经把程序怎么从源代码变成指令、数据，并装载到内存里面，由CPU一条条执行下去的过程讲完了。希望你能有所收获，对于一个程序是怎么跑起来的，有了一个初步的认识。
5 推荐阅读
想要更加深入地了解动态链接，推荐你可以读一读《程序员的自我修养：链接、装载和库》的第7章
里面深入地讲解了，动态链接里程序内的数据布局和对应数据的加载关系。
参考
深入浅出计算机组成原理
本文分享自微信公众号 - JavaEdge（Java-Edge）。
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知乎热议：程序员为啥要学计算机组成原理？
最近逛知乎，看到一个很有意思的帖子。我想这可能是很多人的心声。
下面的观点也挺鲜明的：这是科班与培训班的区别。
只能说，太真实了。我上学的时候，就没学好组成原理。后来到工作中就发现，增删改查还可以，遇到点底层问题就懵逼，而那些基本功好的科班生，学新东西都很快，升职加薪更是轻轻松松。
我想，这也是一个人能否去大厂的一个区别。毕竟大厂都很看重基本功，尤其想做一名优秀的工程师，如果都不了解计算机是怎么工作的，程序在计算机中怎么运作的，那怎么行得通呢？
像我经常会收到一些粉丝的反馈：说升小领导接触更多项目后，感觉自己底层原理很弱，在编程的时候总有空中楼阁的感觉；有的说工作多年，竟然看不懂科班出身同事实现的数据序列化协议，太尴尬了；还有人日常搬运代码，遇到些网络或者数据库里的乱码、强制类型转换等等大坑，就懵逼了。
说白了，就是基本功出了问题。这也是为什么，很多人在工作两年后，反而回去补组成原理这些专业课知识。
而且，计算机领域的学科渗透和交叉很厉害，学点底层的东西，有一门精通，你找工作就很占优势。
作为计算机入门和底层知识的第一课，组成原理其重要程度，就和数据结构与算法一样，都是程序员必修的“硬核内功”。
要知道，它可以直接解决你在并发编程、性能优化中经常遇到的一些困惑，比如 CPU Cache 的原理是什么，CPU 和 I/O 之间是如何通信的，虚拟内存是要解决什么问题。可以说，你基本可以掌握计算机的全貌了。
我曾经下苦功，想好好啃啃组成原理，但概念多，太抽象，难理解，不好学以致用。资料我也看过不少，说句不好意思的，我大部分买来的书，都是前面 10 页已经发黄了，后面 500 页从来没有打开过。
只啃原理不行的，还是要与实际代码工作相结合，在这我分享一份，之前收藏的学习资料 —— 「组成原理全景图」，把零散的概念系统地整理在一起，建议收藏：
这张思维导图，出自徐文浩的专栏《深入浅出计算机组成原理》，这课可以说是我在极客时间学习，收获最大的课之一了，他用工作实际场景 + 软件开发案例，讲了 30+ 组成原理的核心知识，教你真正看懂、学会、记住，从源头理解软、硬件的共同之处，洞悉性能问题的本质。
除了理论讲的透彻，最重要的，还结合工业界的应用，要知道徐文浩老师在创业，随手就是各种实践案例，简直是一个宝藏老师，宝藏课程，口碑那么好，群众的眼睛是雪亮的，我目前 2 刷完毕，真是常看常新，时时有收获。
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我来介绍下徐文浩， BotHub.AI 创始人，从 7 岁开始接触代码，近 30 年的码龄。写过各种大型企业软件，从零开始搭建支撑每天百亿流量的广告算法系统，提升了十倍以上的广告收入和 ROI，工业界的牛人了。
现在专栏已经更新完毕，一共 62 讲。跟着读下来，最大的感触是，这个老师太会讲了，要知道越是底层的东西，越不好讲透，能把这么枯燥无聊的原理，讲得明明白白，讲述中还充满了魔力，又吸引着我去深挖下去。
比如，特色之一：图文并茂，配合给大家讲解复杂问题，简洁又清晰。
一图胜千言，理论看不懂，拆开了揉碎了，总能明白吧。
比如，专栏特色之二：每个章节都会留个符合内容的思考题，徐文浩老师经常在评论里解答，这种耐心、负责的分享精神，真的很难得了。
我的建议，光读文章可不够，还得多看看下面的思考题，更精彩，而且往往能有新的启发。
关于组成原理对程序员的作用，我再来引用一下 Rust 大神张汉东在知乎上的回答：
大家都知道，计算机考研统考有 4 门核心基础课程：数据结构与算法、操作系统，计算机网络，以及组成原理，等你做了多年研发以后，会发现，原来这么多年就是围绕这 4 门课程打转。
关于基本功的重要性，我觉得怎么强调都不过分，记得《倚天屠龙记》里，张无忌几个时辰，就把别人几十年没有练成的乾坤大挪移学会了，最根本的原因，是他有“九阳神功”练就的内功底子。
同样的，深入学习这门“底层知识”，就是在练扎马步、核心肌肉力量，提升你自己的“根骨”和“资质”，从而拔高你发展的上限。
下面是专栏的目录，看着感觉很不错，理论和实践相结合。
都说大学玩游戏，工作来补课，出来混迟早要还的。
所以还是那句话：种一棵树最好的时间是十年前，其次是现在，抓住机会。
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