申論題

載入程式在操作系統中扮演著關鍵角色，確保程式能夠正確地載入和執行。它的主要功能包括載入、重定位、符號解析、內存分配和初始化。根據實現方式的不同，載入程式可以分為靜態載入程式、動態載入程式、直接載入程式和複合載入程式。每種類型的載入程式都適用於不同的應用場景，確保系統資源的有效利用和程式的高效運行。

系統程式中的載入程式（loader）是操作系統中負責將可執行文件從磁碟載入到內存中，以便程式能夠執行的組件。載入程式的功能和分類如下：

載入程式的功能

1. 載入（Loading）：

   • 將可執行文件從磁碟載入到內存的適當位置。
   • 包括讀取程式的代碼段、數據段、堆棧段等。

2. 重定位（Relocation）：

   • 調整可執行文件中的地址，使其適應當前的內存位置。
   • 包括靜態重定位和動態重定位。

3. 符號解析（Symbol Resolution）：

   • 將外部符號解析為具體的內存地址，特別是動態鏈接時需要。
   • 包括解析函數地址和全局變量地址。

4. 內存分配（Memory Allocation）：

   • 分配程式運行所需的內存空間。
   • 包括堆區、棧區和其他需要動態分配的內存區域。

5. 初始化（Initialization）：

   • 初始化程式運行所需的資源和狀態。
   • 包括設置環境變量、打開文件描述符等。

載入程式的分類

1. 靜態載入程式（Static Loader）：

   • 在程式開始執行之前，將所有的程式代碼和數據段載入內存。
   • 不需要在運行時進行任何額外的地址解析或重定位。
   • 主要應用於早期的操作系統和嵌入式系統。

2. 動態載入程式（Dynamic Loader）：

   • 程式執行時才進行代碼和數據段的載入。
   • 允許在運行時動態地加載共享庫和進行地址解析。
   • 動態載入使得程式可以共享代碼段，減少內存消耗。
   • 例如，UNIX/Linux系統中的ld.so或ld-linux.so。

3. 直接載入程式（Direct Loader）：

   • 將可執行文件直接載入到內存的指定位置，適合於內存管理較簡單的系統。
   • 不涉及重定位或動態鏈接。

4. 複合載入程式（Overlay Loader）：

   • 用於內存有限的系統，將程式劃分為多個覆蓋區（overlays），每次只載入和執行其中的一部分。
   • 允許程式在不增加內存消耗的情況下執行較大的代碼。