自計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來，鏈接器和加載器可以說一直是重要的軟件開發(fā)工具之一。鏈接器和加載器使得我們可以按照模塊來開發(fā)程序，而不必開發(fā)一個(gè)單獨(dú)的大文件。
早在1947年，程序員就開始使用加載器技術(shù)。這是一種很初級(jí)的加載器工作方式，如果程序的若干個(gè)例程（routine）存儲(chǔ)在多個(gè)不同的磁帶上，那么就借助加載器將它們依次加載到內(nèi)存中，并將它們合并、重定位以組合成一個(gè)程序。在20世紀(jì)60年代早期，這些加載器就已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)完善了，甚至具備編輯的功能。由于當(dāng)時(shí)內(nèi)存很貴且容量有限，計(jì)算機(jī)的速度也很慢（以今天的標(biāo)準(zhǔn)），為了充分利用這樣的硬件，這些加載器引入了很多復(fù)雜的特性。例如，使用復(fù)雜的內(nèi)存覆蓋策略解決內(nèi)存不足的問題，將大容量的程序加載到有限的內(nèi)存中；使用鏈接文件重編輯的機(jī)制解決算力不足的問題；使用已鏈接的模塊以節(jié)省重新編譯程序的時(shí)間；等等。
20世紀(jì)70到80年代，鏈接技術(shù)幾乎沒有什么進(jìn)展。鏈接器趨向于更加簡(jiǎn)單。虛擬內(nèi)存技術(shù)將應(yīng)用程序和覆蓋機(jī)制中的大多數(shù)內(nèi)存管理工作都轉(zhuǎn)移給了操作系統(tǒng)，同時(shí)，計(jì)算機(jī)的處理速度變得越來越快，硬盤容量越來越大，這使得程序員在更新個(gè)別模塊時(shí)也可以重新鏈接整個(gè)程序，而不必僅僅鏈接修改的地方。從20世紀(jì)90年代起，由于增加了諸如動(dòng)態(tài)鏈接共享庫(kù)和C 的諸多現(xiàn)代特性，鏈接器又開始變得復(fù)雜起來。處理器技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了鏈接器的發(fā)展。例如，具有長(zhǎng)指令字和編譯時(shí)訪存調(diào)度等特性的先進(jìn)處理器架構(gòu)（在IA64處理器中開始出現(xiàn)）需要將一些新的特性加入鏈接器中，以確保在鏈接器中生成的代碼可以滿足處理器的一些復(fù)雜需求，從而充分發(fā)揮硬件的新特性。
讀者對(duì)象
本書可供下述幾類讀者閱讀。
學(xué)生：由于鏈接過程看起來似乎非常簡(jiǎn)單，操作的過程也很簡(jiǎn)捷自然，編譯原理和操作系統(tǒng)課程通常對(duì)鏈接和加載的過程缺乏重視。對(duì)于使用Fortran、Pascal、C進(jìn)行簡(jiǎn)單編程的任務(wù)，以及不使用內(nèi)存映射或共享庫(kù)的操作系統(tǒng)而言，這么做可能是對(duì)的；但是現(xiàn)在情況不一樣了。C 、Java和其他的面向?qū)ο笳Z言需要更加復(fù)雜的鏈接環(huán)境。使用內(nèi)存映射的可執(zhí)行程序、共享庫(kù)和動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù)都會(huì)影響操作系統(tǒng)的很多部分，操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者如果忽略鏈接問題可能會(huì)給系統(tǒng)帶來很大的麻煩。
程序員：程序員也需要知道鏈接器都做了什么，尤其是對(duì)現(xiàn)代語言而言。C 語言在鏈接器中引入了很多新的特性，如果不能正確理解這一過程，在鏈接大型的C 程序時(shí)就容易產(chǎn)生一些難以診斷的bug。例如，常見的情況是靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)沒有按照程序員預(yù)期的順序執(zhí)行。反之，如果能正確合理地使用鏈接器，就能夠發(fā)揮共享庫(kù)和動(dòng)態(tài)鏈接等特性的強(qiáng)大功能，提高程序的靈活性。
編程語言的設(shè)計(jì)者和開發(fā)者。編程語言的設(shè)計(jì)者應(yīng)該在構(gòu)建語言和編譯器時(shí)了解鏈接器應(yīng)該做什么，以及能做什么。在過去的30年中必須借助手工完成的編程細(xì)節(jié)，今天在C 中已經(jīng)可以借助鏈接器自動(dòng)處理了。（想象一下，如何能在C語言中實(shí)現(xiàn)和C 中的模板（template）相同的功能；或者，對(duì)于數(shù)百個(gè)C語言源文件組成的工程，如何保證這些文件中的初始化例程可以在主函數(shù)開始之前被正確地執(zhí)行。為了做到這些，程序員需要完成大量工作。）有了功能更強(qiáng)大的鏈接器，未來的語言將更加智能，能夠自動(dòng)完成更多的常規(guī)任務(wù)。由于鏈接器是編譯過程中將整個(gè)程序的代碼放在一起處理的階段，因此鏈接器可以將程序作為一個(gè)整體進(jìn)行變換處理，也可以引入更多的全局程序優(yōu)化功能。
（編寫鏈接器的人員當(dāng)然都需要本書。但是全球所有的鏈接器設(shè)計(jì)者大概只能坐滿一個(gè)房間，而且其中至少有一半被邀請(qǐng)作為本書的審閱人，相信他們已經(jīng)看過本書了。）
章節(jié)內(nèi)容
第1章，鏈接和加載。這一章對(duì)鏈接的過程進(jìn)行了簡(jiǎn)短的歷史回顧，并討論了鏈接過程中的各個(gè)階段。后通過一個(gè)麻雀雖小，五臟俱全的例子來展示鏈接器的工作過程：對(duì)于一個(gè)Hello，world程序，我們分析了以編譯好的目標(biāo)文件為輸入，生成一個(gè)可執(zhí)行程序的過程。
第2章，體系結(jié)構(gòu)相關(guān)問題。這一章從鏈接器設(shè)計(jì)的角度分析了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展方向。我們分析了典型的精簡(jiǎn)指令集體系結(jié)構(gòu)SPARC，古老而富有活力的寄存器內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)IBM 360/370，以及自成一派的Intel x86體系結(jié)構(gòu)。對(duì)于每種體系結(jié)構(gòu)，我們會(huì)討論內(nèi)存架構(gòu)、程序?qū)ぶ芳軜?gòu)和指令中的地址格式等重要因素對(duì)鏈接器的影響。
第3章，目標(biāo)文件。這一章分析了目標(biāo)文件和可執(zhí)行文件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本章從分析簡(jiǎn)單的MS-DOS的.COM文件開始，進(jìn)而不斷擴(kuò)展到其他復(fù)雜的文件，包括DOS的EXE文件格式、Windows的COFF格式和PE格式（EXE和DLL）、UNIX的a.out格式和ELF格式以及Intel/Microsoft的OMF格式等。
第4章，存儲(chǔ)空間管理。本章介紹了鏈接過程的個(gè)階段，即以段為單位為被鏈接的程序分配存儲(chǔ)空間。我們以一個(gè)實(shí)際使用的鏈接器為例分析了這一過程。
第5章，符號(hào)管理。本章介紹了符號(hào)綁定和解析的過程，這是一個(gè)將符號(hào)解析為機(jī)器地址的過程，程序中的符號(hào)可能在一個(gè)文件中被引用，而它的定義出現(xiàn)在另一個(gè)文件中。
第6章，庫(kù)。本章介紹了關(guān)于目標(biāo)代碼庫(kù)創(chuàng)建和使用的