برنامج التحميل (الحوسبة)

في مجال الحوسبة ، يُعدّ المُحمِّل جزءًا من نظام التشغيل المسؤول عن تحميل البرامج والمكتبات . وهو إحدى المراحل الأساسية في عملية بدء تشغيل أي برنامج، حيث يقوم بوضع البرامج في الذاكرة وتجهيزها للتنفيذ. يتضمن تحميل البرنامج إما ربط الذاكرة أو نسخ محتويات الملف التنفيذي الذي يحتوي على تعليمات البرنامج إلى الذاكرة، ثم تنفيذ المهام التحضيرية الأخرى اللازمة لتجهيز الملف التنفيذي للتشغيل. بمجرد اكتمال التحميل، يبدأ نظام التشغيل تشغيل البرنامج عن طريق تمرير التحكم إلى رمز البرنامج المُحمَّل.

تحتوي جميع أنظمة التشغيل التي تدعم تحميل البرامج على مُحمِّلات، باستثناء أنظمة الحاسوب المتخصصة للغاية التي لا تملك سوى مجموعة ثابتة من البرامج المتخصصة. أما الأنظمة المدمجة، فلا تحتوي عادةً على مُحمِّلات، بل يُنفَّذ الكود مباشرةً من ذاكرة القراءة فقط (ROM) أو ما شابه. ولتحميل نظام التشغيل نفسه، كجزء من عملية الإقلاع ، يُستخدم مُحمِّل إقلاع متخصص . في العديد من أنظمة التشغيل، يبقى المُحمِّل موجودًا بشكل دائم في الذاكرة، مع أن بعض أنظمة التشغيل التي تدعم الذاكرة الافتراضية قد تسمح بوضع المُحمِّل في منطقة من الذاكرة قابلة للتقسيم إلى صفحات .

في أنظمة التشغيل التي تدعم الذاكرة الافتراضية، قد لا يقوم برنامج التحميل بنسخ محتويات الملفات التنفيذية إلى الذاكرة، بل قد يُعلن ببساطة لنظام الذاكرة الافتراضية عن وجود ربط بين منطقة ذاكرة مُخصصة لتخزين شيفرة البرنامج قيد التشغيل ومحتويات الملف التنفيذي المرتبط بها. (انظر: ملف مُرتبط بالذاكرة ). وبذلك، يُدرك نظام الذاكرة الافتراضية أن صفحات تلك المنطقة من الذاكرة تحتاج إلى التعبئة عند الطلب، إذا وصل تنفيذ البرنامج إلى تلك المناطق غير المُعبأة. وهذا يعني أن أجزاءً من شيفرة البرنامج لا تُنسخ إلى الذاكرة إلا عند استخدامها، وقد لا تُحمّل الشيفرة غير المُستخدمة إلى الذاكرة إطلاقًا.

في أنظمة يونكس والأنظمة الشبيهة بيونكس ، يُعدّ المُحمِّل هو المسؤول عن معالجة استدعاء النظامexecve() . ^{[ 1 ]} تشمل مهام مُحمِّل يونكس ما يلي:

1. التحقق (الأذونات، متطلبات الذاكرة، إلخ)؛
2. ربط الكائن القابل للتنفيذ من القرص إلى الذاكرة الرئيسية ؛
3. نسخ وسائط سطر الأوامر إلى الذاكرة الافتراضية؛
4. تهيئة السجلات (مثل مؤشر المكدس)؛
5. الانتقال إلى نقطة دخول البرنامج ( _start).

في نظام التشغيل مايكروسوفت ويندوز 7 والإصدارات الأحدث، يكون المحمل هو LdrInitializeThunkالدالة الموجودة في ملف ntdll.dll ، والتي تقوم بما يلي:

1. تهيئة الهياكل في مكتبة الارتباط الديناميكي نفسها (أي الأقسام الحرجة ، قوائم الوحدات النمطية)؛
2. التحقق من صحة الملف القابل للتنفيذ قبل التحميل؛
3. إنشاء كومة (عبر الدالة RtlCreateHeap)؛
4. تخصيص كتلة متغيرات البيئة وكتلة المسار؛
5. إضافة الملف التنفيذي وNTDLL إلى قائمة الوحدات النمطية ( قائمة مرتبطة بشكل مزدوج )؛
6. تحميل ملف KERNEL32.DLL للحصول على العديد من الوظائف المهمة، على سبيل المثال BaseThreadInitThunk؛
7. تحميل واردات الملف التنفيذي (أي مكتبات الارتباط الديناميكي ) بشكل متكرر (التحقق من واردات الاستيراد، وواردات الاستيراد، وما إلى ذلك)؛
8. في وضع التصحيح، يتم رفع نقطة توقف النظام؛
9. تهيئة ملفات DLL؛
10. جمع القمامة؛
11. استدعاء NtContinueمعلمة السياق المعطاة لدالة التحميل (أي الانتقال إلى RtlUserThreadStart، مما سيؤدي إلى بدء تشغيل الملف التنفيذي)

تحتاج بعض أنظمة التشغيل إلى مُحمِّلات إعادة التموضع ، التي تُعدِّل العناوين (المؤشرات) في الملف التنفيذي للتعويض عن الاختلافات في عنوان بدء التحميل. وتشمل هذه الأنظمة تلك التي لا يُحمَّل فيها البرنامج دائمًا في نفس الموقع ضمن مساحة العناوين (الافتراضية)، والتي تكون فيها المؤشرات عناوين مطلقة وليست إزاحات من عنوان البرنامج الأساسي . ومن الأمثلة المعروفة على ذلك نظام التشغيل OS/360 من IBM لأجهزة System/360 الرئيسية، وأنظمة التشغيل اللاحقة له، بما في ذلك z/OS لأجهزة z/Architecture الرئيسية.

تُعد أدوات التحميل بالربط الديناميكي نوعًا آخر من أدوات التحميل التي تقوم بتحميل وربط المكتبات المشتركة (مثل ملفات .so أو ملفات .dll أو ملفات .dylib) بالبرامج قيد التشغيل المحملة بالفعل.

عندما يمكن مشاركة هذه المكتبات المشتركة بين عدة عمليات، مع وجود نسخة واحدة فقط من الكود المشترك في عنوان (افتراضي) مختلف ضمن مساحة عناوين كل عملية، يجب أن يكون الكود في المكتبة المشتركة قابلاً لإعادة التموضع، أي يجب أن تستخدم المكتبة عناوين داخلية نسبية ذاتية أو نسبية لقاعدة مقطع الكود فقط. تحتوي بعض المعالجات على تعليمات تستخدم مراجع الكود النسبية الذاتية لتسهيل ذلك.