バイナリファイルのメモリ番地が決定するタイミングはいつですか？

前提

・プログラミングではなく、コンピュータの仕組みに関する質問です。

質問

・バイナリファイルのメモリ番地が決定するタイミングはいつですか？

詳細

■背景
・linux上で/bin/lsを逆アセンブルしました。
・結果、ネイティブコードの横にメモリ番地が指定されていることを確認しました。(3758, 375cなど)

root@654efdae0005:/# objdump -d -M intel /bin/ls | head

/bin/ls:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .init:

0000000000003758 <_init@@Base>:
    3758:	48 83 ec 08          	sub    rsp,0x8
    375c:	48 8b 05 7d c8 21 00 	mov    rax,QWORD PTR [rip+0x21c87d]        # 21ffe0 <__gmon_start__>
    3763:	48 85 c0             	test   rax,rax

・ネイティブコードが生成された時点でメモリ番地が割り当てられる、と仮定すると以下のようなデメリットがあると思います
1)実行されないコードだとしても、ネイティブコードがコンパイルされる度にメモリ空間が使用されてしまう

・私の仮説は以下です
1)全てのネイティブコードにメモリ番地が指定されている訳ではなく、/binに配置されていることに関係している

■備考
teratail初利用です。
質問の仕方など至らぬ点はご指摘いただけますと嬉しいです。
以上どうぞよろしくお願いいたします。

行動規範の内容に同意します

回答5件

・ネイティブコードが生成された時点でメモリ番地が割り当てられる、と仮定すると以下のようなデメリットがあると思います

1)実行されないコードだとしても、ネイティブコードがコンパイルされる度にメモリ空間が使用されてしまう

システムによって、このあたりの対応はまちまちです。

CP/Mのような古いシステムの場合→プログラムを置く番地が決まっているので、同時に1つのプログラムしか実行できない
仮想記憶があるので、プログラムから見ればいつも同じメモリアドレスに見える（けど物理的には異なる）
実行前にローダがメモリアドレスを書き換える
相対アドレスで書かれているので、メモリのどこに置いてももとから正常動作する（位置独立コード）

この内後半2つの、「メモリ内で再配置可能なコード」のことをリロケータブルコードと呼びます。

投稿2019/09/01 11:35

maisumakun

総合スコア145183

pepperleaf

2019/09/01 12:06

細かな説明どうもです。ただ、最近のOS(Linux, Windows)では、ほぼ、2番目の仮想記憶じゃないかと思いますが、どうでしょう。

maisumakun

2019/09/01 12:10

共有ライブラリでは位置独立コードの技法も現役なほか、セキュリティ面（実行のたびにメモリアドレスを変えることで攻撃しにくくする）の理由で実行ファイルを位置独立にする例もあるとのことです。

sage

2019/09/04 08:20

今でもハード/OSとも開発が続いている汎用機(z/OS等)では(コンパイルされた)バイナリプログラムはリロケータブルプログラムで、実行プログラムを主記憶にローディングする際にアドレスが決定されます。プログラム中のアドレス定数にはOSのloaderがプログラムをloadして実行を渡す前に、loadされたアドレスに基づく仮想アドレスを(loaderが)設定します。

行動規範の内容に同意します

ベストアンサー

1)実行されないコードだとしても、ネイティブコードがコンパイルされる度にメモリ空間が使用されてしまう

プログラム（OSから起動する単位）は、それぞれ別々のメモリ空間で動きます。
同じプログラムを複数同時に動かすと、それぞれ別のメモリ空間の同じ論理アドレスで動きます。

ということで、

・ネイティブコードが生成された時点でメモリ番地が割り当てられる、と仮定すると

という仮定が正しいです。物理メモリ番地じゃなくて論理メモリ番地ですが。

もし、仮想記憶について知らなければ調べましょう。

投稿2019/09/01 11:18

otn

総合スコア84499

otn

2019/09/01 11:59

共用ライブラリ（Linuxの～.soとか、Windowsの～.DLLとか）は、どの論理アドレスにロードされるか作成時に決められないので、ロード時に論理アドレスが決まります。

sage

2019/09/03 16:25

otnさんが慣れ親しんだOSはそうかもしれませんが、私が慣れ親しんだOS(windowsやLinuxではありません)ではプログラムは任意の論理アドレスに読み込まれても動作するように作成します。OSの中でも凄く特殊なプログラム(OSの初期化の中の一部プログラム)以外、プログラムは通常relocatableで作成されており、メモリに読み込まれる時点でアドレスが決まります。

行動規範の内容に同意します

最近のPC(OS)では、仮想記憶で動いているので、ほぼ、otnさんの回答で良いと思います。 (実アドレス ≠ 論理アドレス)

ただ、昔のCPUでは、全て相対ジャンプで動くコードもあったので、その場合はメインメモリにプログラムがロードされた時です。そこでは、メインメモリの空いているアドレスにプログラムがロードされ、(一定のメモリ空間が確保され) そこからジャンプ/サブルーチン呼び出しが行われます。
今のPC(CPU)でそんなコードが書けるかは知りませんが、参考までに。

投稿2019/09/01 11:36

pepperleaf

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