Роберт Мартин - Чистая архитектура. Искусство разработки программного обеспечения

Чтобы сократить время компиляции, программисты отделяли исходный код библиотек от приложений. Компилировали эти библиотеки отдельно и загружали готовый двоичный код в известный адрес — например, 2000 8. Они создавали таблицу символов для библиотеки и компилировали ее со своим прикладным кодом. Когда им требовалось запустить приложение, они загружали двоичный код библиотеки [27] В действительности на многих старых ЭВМ использовалась энергонезависимая оперативная память, которая не очищалась при выключении питания. Поэтому мы часто в течение нескольких дней использовали библиотеку, загруженную однажды. , а затем загружали приложение. Память была организована, как показано на рис. 12.1.

Рис. 12.1.Организация памяти на заре программирования

Такой прием прекрасно работал, пока приложение умещалось в объем между адресами 0000 8и 1777 8. Но если размер приложения оказывался больше отведенного адресного пространства, программисту приходилось разбивать программу на два сегмента, располагавшихся по обеим сторонам сегмента с библиотекой (рис. 12.2).

Рис. 12.2.Деление приложения на два сегмента

Очевидно, что так не могло продолжаться вечно. Добавляя новые функции в библиотеку, программисты выходили за границы объема, отведенного для нее, и были вынуждены выделять дополнительный сегмент (в этом примере начинающийся с адреса 7000 8). Такое фрагментирование программ и библиотек продолжалось с увеличением объемов памяти в компьютерах.

Совершенно понятно, что с этим нужно было что-то делать.

Решение проблемы было найдено в создании перемещаемого двоичного кода. Идея была проста. Компилятор изменили так, чтобы он производил двоичный код, который мог перемещаться в памяти специальным загрузчиком. Этому загрузчику можно было сообщить, с какого адреса тот должен загрузить перемещаемый код. Код снабжался флагами, сообщающими загрузчику, какие части загружаемых данных нужно изменить, чтобы загрузить в выбранный адрес. Обычно это означало простое добавление начального адреса к любым ссылкам в двоичном коде.

Теперь программист мог указать загрузчику начальный адрес для загрузки библиотеки и адрес для загрузки приложения. Фактически загрузчик мог принять несколько фрагментов двоичного кода и просто загрузить их в память друг за другом, корректируя адреса ссылок в них. Это позволило программистам загружать только необходимые функции.

В компилятор также была встроена возможность, позволяющая генерировать имена функций в виде метаданных. Если программа вызывала библиотечную функцию, компилятор определял ее имя как внешнюю ссылку . Если программа объявляла библиотечную функцию, компилятор определял ее имя как внешнее определение . После этого, зная адреса загрузки функций, загрузчик связывал внешние ссылки с внешними определениями.

Так родился связывающий загрузчик.

Связывающий загрузчик дал программистам возможность делить свои программы на сегменты, компилируемые и загружаемые по отдельности. Такое решение оставалось жизнеспособным, пока относительно небольшие программы компоновались с относительно небольшими библиотеками. Однако в конце 1960-х — начале 1970-х годов программисты стали более честолюбивыми и их программы значительно выросли в размерах.

В результате связывающий загрузчик оказался слишком медлительным. Библиотеки хранились на устройствах с медленным доступом, таких как накопители на магнитной ленте. Даже дисковые устройства в ту пору были слишком медленными. Связывающие загрузчики должны были читать с этих медленных устройств десятки, а то и сотни библиотек в двоичном коде и корректировать внешние ссылки. С увеличением размеров программ и количества функций в библиотеках связывающему загрузчику часто требовалось больше часа, чтобы загрузить программу.

В конечном итоге загрузка и компоновка (связывание) были разделены на два отдельных этапа. Программисты выделили самый медленный этап — этап компоновки (связывания) — в отдельное приложение, получившее название компоновщик , или редактор связей (linker). В результате работы компоновщика получался скомпонованный и перемещаемый двоичный код, который загружался загрузчиком очень быстро. Это позволило программистам создавать выполняемый код, используя медленный компоновщик, который можно было быстро загрузить в любой момент.