Операционная система Microsoft Windows 3.1 для программиста

3.1. Статическая и динамическая компоновка

Вспомним старые добрые времена, когда операционная система MS-DOS и компьютеры с памятью 1 Мбайт удовлетворяли запросы подавляющего большинства пользователей. Как создавался загрузочный файл программы для MS-DOS? Вы готовили исходный текст приложения на своем любимом языке программирования (Си, Паскаль, Модула-2 и т. д.), затем транслировали его для получения объектного модуля. После этого в дело включался редактор связей, который компоновал объектные модули, полученные в результате трансляции исходных текстов и модули из библиотек объектных модулей, в один exe-файл. В процессе запуска файл программы загружался полностью в оперативную память и ему передавалось управление.

Таким образом, редактор связей записывал в файл программы все модули, необходимые для работы. Для обращения к внешним по отношению к программам модулям операционной системы MS-DOS и модулям BIOS использовался механизм программных прерываний. В любой момент времени в оперативной и постоянной памяти компьютера находился весь код, необходимый для работы как запущенной программы, так и самой операционной системы MS-DOS.

Если же программа была сложной и не помещалась целиком в 640 Кбайт памяти, на помощь приходили оверлеи, позволяющие загружать в оперативную память только те сегменты программы, которые требовались для решения текущей задачи.

В среде мультизадачной операционной системы, такой как Windows, OS/2 или UNIX, статическая компоновка неэффективна, так как приводит к неэкономному использованию очень дефицитного ресурса - оперативной памяти. Представьте себе, что в системе одновременно работают 5 приложений, и все они вызывают такие функции, как sprintf, memcpy, strcmp и т. д. Если приложения были собраны с использованием статической компоновки, в памяти будут находится одновременно 5 копий функции sprintf, 5 копий функции memcpy, и т. д (рис. 3.1). А ведь программы могут использовать и более сложные функции, например, предназначенные для работы с диалоговыми панелями или масштабируемыми шрифтами!

Рис. 3.1. Вызов функций при использовании статической компоновки

Очевидно, использование оперативной памяти было бы намного эффективнее, если бы в памяти находилось только по одной копии функций, а все работающие параллельно программы могли бы их вызывать.

Практически в любой многозадачной операционной системе для любого компьютера используется именно такой способ обращения к функциям, нужным одновременно большому количеству работающих параллельно программ.

При использовании динамической компоновки загрузочный код нескольких (или нескольких десятков) функций объединяется в отдельные файлы, загружаемые в оперативную память в единственном экземпляре. Программы, работающие параллельно, вызывают функции, загруженные в память из файлов библиотек динамической компоновки, а не из файлов программ.

Таким образом, используя механизм динамической компоновки, в загрузочном файле программы можно расположить только те функции, которые являются специфическими для данной программы. Те же функции, которые нужны всем (или многим) программам, работающим параллельно, можно вынести в отдельные файлы - библиотеки динамической компоновки, и хранить в памяти в единственном экземпляре (рис. 3.2). Эти файлы можно загружать в память только при необходимости, например, когда какая-нибудь программа захочет вызвать функцию, код которой расположен в библиотеке.

Рис. 3.2. Вызов функции при использовании динамической компоновки

В операционной системе Windows версии 3.1 файлы библиотек динамической компоновки (DLL-библиотеки) имеют расширение имени dll, хотя можно использовать любое другое, например, exe. В первых версиях Windows DLL-библиотеки располагались в файлах с расширением имени exe. Возможно поэтому файлы krnl286.exe, krnl386.exe, gdi.exe и user.exe имеют расширение имени exe, а не dll, не смотря на то, что перечисленные выше файлы, составляющие ядро операционной системы Windows, есть ни что иное, как DLL-библиотеки.

Механизм динамической компоновки используется не только в системе Windows. Более того, он был изобретен задолго до появления Windows. Например, в мультизадачных многопользовательских операционных системах VS1, VS2, MVS, VM, созданных для компьютеров IBM-370 и аналогичных (вспомните добрым словом ушедшую в прошлое серию ЕС ЭВМ и операционные системы SVS, TKS, СВМ, МВС), код функций, нужных параллельно работающим программам, располагается в отдельных библиотеках и может загружаться при необходимости в специально выделенную общую область памяти. Операционная система OS/2 также работает с DLL-библиотеками.