Внутреннее устройство Linux

В данной главе большой объем информации собран в небольшом пространстве, но вам не обязательно осваивать все, что здесь упоминается. Можно поверхностно ознакомиться с ним и вернуться к нему чуть позже. Вопрос, касающийся совместно используемых библиотек, вероятно, самое важное из того, что вам необходимо знать. Однако, чтобы понять, откуда берутся эти библиотеки, сначала следует получить основные сведения о том, как создаются программы.

15.1. Компилятор C

Знание того, как запустить компилятор языка программирования C, поможет вам получить серьезное представление о происхождении тех команд, которые вы встречаете в Linux. Исходный программный код большинства утилит Linux, а также многих приложений для этой системы написан на языке C или C++. В основном мы будем использовать в этой главе примеры на языке C, но вы сможете применить эту информацию и для языка C++.

Программы на языке C создаются традиционным для разработки способом: вы пишете программу, компилируете ее, а затем запускаете. То есть, когда вы пишете программу на языке C и желаете ее запустить, вы должны скомпилировать исходный код, превратив его в низкоуровневое двоичное представление, которое понимает компьютер. Можете сопоставить это с языками сценариев (о них мы поговорим чуть позже), где вам не придется ничего компилировать.

примечание

По умолчанию в большинстве версий системы нет инструментов, необходимых для компилирования кода на языке C, поскольку такие инструменты занимают довольно много пространства. Если вам не удастся обнаружить некоторые из описанных здесь инструментов, можно попробовать установить необходимый для конкретного релиза Debian/Ubuntu пакет или применить групповую установку для Fedora/CentOS с помощью менеджера yum. Если это не завершится успехом, попробуйте поискать пакет по запросу «C compiler».

Исполняемый файл компилятора C в большинстве версий систем Unix является компилятором GNU C, gcc, хотя новый компилятор clang, разработанный группой LLVM, набирает популярность. Файлы программного кода на языке C имеют расширение .c. Взгляните на одиночный модульный файл hello.c с кодом на языке C, который можно найти в книге Брайана У. Кернигана (Brian W. Kernighan) и Денниса М. Ритчи (Dennis M. Ritchie) The C Programming Language («Язык программирования C»), 2-е издание (Prentice Hall, 1988):

#include stdio.h

main {

    printf("Hello, World.\n");

}

Поместите этот код в файл с названием hello.c, а затем запустите такую команду:

$ cc hello.c

В результате появится исполняемый файл с именем a.out, который можно запустить подобно любому другому исполняемому файлу системы. Однако следует присвоить этому исполняемому файлу другое имя (например, hello). Чтобы это сделать, используйте параметр компилятора -o:

$ cc -o hello hello.c

Для небольших программ компилировать больше нечего. Может понадобиться добавить каталог включаемых файлов или библиотеку (см. подразделы 15.1.2 и 15.1.3), но прежде, чем переходить к этим темам, посмотрим на программы, которые немного больше по объему.

15.1.1. Исходный код в виде нескольких файлов

Большинство программ на языке C слишком велики, чтобы уместиться в пределах единственного файла с исходным кодом. Исполинские файлы становятся неуправляемыми для программиста, а компиляторы иногда даже испытывают сложности при синтаксическом анализе больших файлов. По этой причине разработчики группируют компоненты исходного кода вместе, предоставляя каждому фрагменту отдельный файл.

При компиляции большинства файлов .c исполняемый файл создается не сразу. Вместо этого сначала используется параметр компилятора -c для каждого файла, чтобы создать объектные файлы. Чтобы понять, как это устроено, предположим, что у вас есть два файла, main.c и aux.c. Следующие две команды для компилятора выполняют основную часть работы по созданию программы:

$ cc -c main.c

$ cc -c aux.c

Эти две команды компилируют два файла источника в два объектных файла: main.o и aux.o.

Объектный файл является двоичным файлом, который процессор уже почти готов понять, если учесть еще несколько моментов. Во-первых, операционная система не знает, как запускать объектные файлы, а во-вторых, вам, вероятно, потребуется скомбинировать несколько объектных файлов и системных библиотек, чтобы создать завершенную программу.

Чтобы создать полностью функционирующий исполняемый файл из одного или нескольких объектных файлов, следует запустить компоновщик, команду ld в Unix. Программисты редко используют эту команду в командной строке, поскольку компилятор C знает, как запускать компоновщик. Для создания исполняемого файла с названием myprog из двух приведенных выше объектных файлов запустите такую команду:

$ cc -o myprog main.o aux.o