Теория информационных систем. Страница 26.

Объектные библиотеки

Крупные программы часто состоят из сотен и тысяч отдельных модулей. Кроме того, существуют различные пакеты подпрограмм, также состоящие О большого количества модулей. Один из таких пакетов используется практически в любой программе на языке высокого уровня — это так называемая стандартная библиотека. Для решения проблем, возникающих при поддержании порядка в наборах из большого количества объектных модулей, еше на заре вычислительной техники были придуманы библиотеки объектных модулей.

Библиотека, как правило, представляет собой последовательный файл, состоящий из заголовка, за которым последовательно располагаются объектные модули (рис. 3.11). В заголовке содержится следующая информация.

Список всех объектных модулей, со смещением каждого модуля от начала библиотеки. Смещение нужно для того, чтобы можно было легко найти требуемый модуль.

Список всех глобальных символов, определенных в каждом из модулей, с указанием, в каком именно модуле он был определен.

Линкер (рис. 3.12) обычно собирает в программу все объектные модули, которые были ему заданы в командной строке, даже если на этот модуль не было ни одной ссылки. С библиотечными модулями он ведет себя несколько иначе.

Встретив ссылку на глобальный символ, компоновщик ищет определение этого символа во всех модулях, которые ему были заданы. Если там такого символа нет, то линкер ищет этот символ в заголовке библиотеки. Если его нет и там, компоновщик сообщает: "Не определен символ SYMBOL",- и завершает работу. Некоторые редакторы связей, правда, могут Продолжить работу и даже собрать загружаемый модуль, но, как правило, таким модулем пользоваться нельзя, так как в нем содержится ссылка на некорректный адрес. Если же определение символа в библиотеке есть, компоновщик "вытаскивает" соответствующий модуль ц дальше работает так, будто этот модуль был задан ему наравне с остальным^ объектными файлами. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будут разрешены все глобальные ссылки, в том числе и те, которые возникли в библиотечных модулях, или пока не будет обнаружен неопределенный символ. Благодаря такому алгоритму в программу включаются только те модули из библиотеки, которые нужны.

В системах семейства Unix библиотеки такой структуры называются архивными библиотеками, чтобы отличить их от разделяемых библиотек, которые рассматриваются.

Сборка в момент загрузки

Как мы видели в предыдущем разделе, объектные модули и библиотеки содержат достаточно информации, чтобы собирать программу не только заранее, но и непосредственно в момент загрузки. Этот способ, безусловно, требует больших затрат процессорного времени, чем загрузка заранее собранного кода, но дает и некоторые преимущества.

Главное преимущество состоит в том, что, если мы загружаем несколько программ, использующих одну и ту же библиотеку, мы можем настроить их на работу с одной копией кода библиотеки, таким образом, сэкономив память. Разделение кода привлекательно и с функциональной точки зрения, поэтому сборка в момент загрузки находит широкое применение в самых разнообразных ситуациях.

Примером такой сборки является широко используемая в Windows всех версий и OS/2 технология DLL (на самом деле, DLL обеспечивают сборку не только в момент загрузки, но и после нее — возможность подключить дополнительный модуль к уже загруженной программе), которая будет более подробно обсуждаться далее. В качестве других примеров можно привести Novell Netware, OS-9, VxWorks и т. д. Впрочем, если мы говорим о системах, предназначенных для использования во встроенных приложениях (той же VxWorks), вопрос о том, является ли сборка перед прошивкой в ПЗУ сборкой в момент загрузки или сборкой заранее, носит схоластический характер.

Некоторые системы команд поддерживают динамически пересобираемые программы, у которых вся настройка модуля вынесена в отдельную таблицу. В этом случае модуль может быть подключен одновременно к нескольким программам, использовать одновременно разные копии сегмента данных, и каждая используемая копия модуля при этом даже не будет подозревать о существовании других. Примером такой архитектуры является Pascal-система Lilith, разработанная Н. Виртом, и ее наследники KpoHoc/N9000.

Программные модули в N9000

В этих архитектурах каждый объектный модуль соответствует одному модулю в смысле языка высокого уровня Oberon (или NIL— N9000 Instrumental Language). Далее мы будем описывать архитектуру системы N9000, поскольку автор с ней лучше знаком.

Модуль может иметь не более 256 процедур, не более 256 переменных и ссылаться не более чем на 256 других модулей. Код модуля является позиционно-независимым. Данные модуля собраны в отдельный сегмент, и для каждой используемой копии модуля, т. е. для каждой программы, которая этот модуль использует, создается своя копия сегмента данных. В начале сегмента содер. жится таблица переменных. Строки этой таблицы содержат либо значения_ для скалярных переменных, таких как целое число или указатель, либо адреса в сегменте данных. Кроме того, сегмент данных содержит ссылку на сегмент кода. Этот сегмент кода содержит в себе таблицу адресов точек входа всех определенных в нем функций.