Динамическая загрузка и динамическая линковка

Под динамической загрузкой понимается загрузка подпрограммы в память при первом обращении к ней из пользовательской программы. Это весьма полезный принцип, если требуется сэкономить память, поскольку никакой "лишний" код в этом случае в память не загружается. При статической линковке объем исполняемого кода может оказаться очень большим, именно за счет того, что к файлу бинарного кода добавлен полностью код всех используемых библиотек. При динамической загрузке никакой специальной поддержки от ОС не требуется на этапе разработки программы.

С динамической загрузкой вызываемых подпрограмм тесно связан другой родственный механизм – динамическая линковка: линковка во время исполнения программы. Разумеется, это не означает, что во время выполнения область кода программы расширяется, и к ней добавляется код динамически линкуемой подпрограммы. Используется иная схема. В коде программы размещается заглушка для исполнения (execution stub) – небольшой фрагмент кода, выполняющий системный вызов модуля ОС, размещающего в памяти код динамически линкуемой библиотечной подпрограммы. При первом вызове заглушка заменяет себя на код обращения по адресу динамически размещенной в памяти подпрограммы. Операционная система при вызове динамически линкуемого модуля должна проверить, размещен ли его код в адресном пространстве процесса. Очевидно, что динамическая линковка наиболее целесообразна для библиотек. Файл бинарного кода динамически линкуемой библиотеки имеет в системе UNIX расширение имени .so ( аббревиатура термина shared object), в системе Windows – расширение имени .dll (аббревиатура от dynamically linked library).

Возникает, однако, вовсе не философский вопрос: каково должно быть оптимальное соотношение статической и динамической линковки в системе? Следует ли ограничиваться только статической или только динамической загрузкой и линковкой? Н наш взгляд, следует соблюдать "золотую середину". В операционных системах прошлых лет в этом отношении принимались подчас самые экзотические решения. В ОС "Эльбрус", например, разработчики пошли по чересчур радикальному, на наш взгляд, пути – вообще исключили статическую линковку и все независимые программы загружали только динамически (с помощью механизва ПРОГР, который в "Эльбрусе" назывался открытием программы, или динамическим знакомством). К чему это привело на практике, хорошо помнят мои коллеги из СПбГУ – разработчики математических пакетов прикладных программ, которые мы с ними в 1980-х гг. переносили с ЕС ЭВМ на "Эльбрус". Они быстро освоили новую конструкцию ПРОГР и обращения ко всем независимо компилируемым модулям оформили именно таким образом. В результате очень сильно замедлилось суммарное время выполнения программы. Это и понятно: реализация каждой математической функции как динамически загружаемой программы – слишком "дорогая" операция, требующая вмешательства ОС, по крайней мере, при первом обращении к каждой такой программе, по сравнению с обычным обращением, например, к функции sin как к подпрограмме (процедуре), элементу статически линкуемой библиотеки, обычной машинной командой вызова процедуры.