祁天-11832001232

【实验基本信息】 实验是计算机科学教育中的重要组成部分，旨在帮助学生深入理解计算机系统的运作机制。在本实验报告中，我们关注的是"LinkLab链接"实验，由计算机科学与技术专业的学生祁天完成，该实验主要涉及到链接器和操作系统层面的知识。 1.1 实验目的 实验的主要目的是让学生熟悉ELF（Executable and Linkable Format）格式，这是Unix-like系统中广泛使用的可执行文件和共享库的标准格式。此外，实验还旨在使学生理解LINUX下X64架构的内存布局，以及链接器的工作原理和链接过程中不同阶段的处理方法。 1.2 实验环境与工具 实验的硬件环境通常包括一台配置适当的计算机，能够运行实验所需的操作系统和软件。软件环境则包括Linux操作系统，如Ubuntu或CentOS，因为这些系统广泛支持ELF文件格式。开发工具可能包括GCC（GNU Compiler Collection）用于编译源代码，OBJDUMP用于反汇编和分析目标文件，GDB（GNU Debugger）用于调试程序，以及可能的其他辅助工具如EDB（Eclipse Debugger for Binary）。 1.2.1 硬件环境 硬件环境应至少包含一个64位处理器，足够的内存和硬盘空间来运行Linux操作系统以及实验所需的软件工具。 1.2.2 软件环境 操作系统是基于Linux的，可能是Ubuntu或类似版本，以确保ELF文件的支持。实验可能需要内核版本和用户空间工具的最新更新。 1.2.3 开发工具 - GCC：一个强大的编译器套件，可以将C/C++源代码编译为可执行的ELF文件。 - OBJDUMP：提供反汇编和分析目标文件的能力，帮助理解程序的内存布局。 - GDB：用于调试程序，查看变量值、设置断点等，以深入理解程序运行过程。 - EDB：可能作为GDB的替代品，提供图形化的调试界面。 1.3 实验预习 实验预习环节要求学生熟悉ELF文件结构，了解其头部信息、节区、重定位表等内容。同时，学生需要理解LINUX下X64的内存模型，包括堆、栈、数据段、代码段等各自的位置和功能。 【实验内容】 2.1 ELF格式信息 学生需要列出ELF文件的组成部分，如程序头表、节区头表、重定位表、符号表等，并解释它们在链接和执行过程中的作用。 2.2 X64内存映像 学生需要描绘出X64架构下，从低地址到高地址的内存映像，包括.text（代码段）、.data（初始化数据）、.bss（未初始化数据）、堆、栈等部分。 2.3 符号地址与内存区划分 通过"LINKADDRESS -U 学号 姓名"命令，学生应能识别出各个符号的地址，并根据内存映像分配确定它们所在的内存区域。 2.4 链接执行流程 学生需识别出从程序开始执行到进入MAIN函数前后的子程序，这涉及到编译、链接、加载和执行的步骤，以及GCC、OBJDUMP、GDB和EDB等工具在其中的作用。 【各阶段的原理与方法】 实验的后续部分3.1至3.3详细分析了链接过程的不同阶段，可能涵盖了： 3.1 阶段1：预处理和编译，源代码被转化为汇编代码，然后汇编成机器码。 3.2 阶段2：链接，将多个目标文件合并为单一的可执行文件，处理重定位信息，确保所有引用都被正确解析。 3.3 阶段3：加载和执行，操作系统将可执行文件加载到内存中，设置好栈和全局变量，然后开始执行程序。 通过这个实验，学生将获得对计算机系统底层运作的宝贵认识，为未来的学习和职业发展奠定坚实的基础。