1. Loader 的作用：

• 輸入：Loader 的輸入是已編譯並連結好的可執行檔案（例如，a.out for RISC-V）。
• 輸出：Loader 的輸出是程式開始執行，將可執行檔載入記憶體並啟動程式。
• 可執行檔：可執行檔存儲於磁碟上，當執行一個程式時，Loader 將其載入記憶體，並開始運行該程式。
• 操作系統角色：實際上，Loader 是作業系統（OS）的一部分，負責將程式載入記憶體。載入程式是 OS 的一項任務。

2. Loader 的具體功能：

• 將程式載入新的位址空間：

  • Loader 首先讀取可執行檔案的文件頭，以了解文本段和數據段的大小。
  • 它會創建一個新的位址空間，該空間足夠存儲文本段、數據段以及一個堆疊段。
  • Loader 會將可執行文件中的指令和數據複製到新的位址空間中，並將傳遞給程式的參數複製到堆疊上。

• 初始化機器暫存器：

  • 大多數的暫存器會被清除，並且 堆疊指標（stack pointer，sp） 會被指向堆疊的第一個空閒位址。

• 跳轉到啟動程式：

  • Loader 會跳轉到啟動程式（start-up routine），該程式會執行以下操作：
    • 將傳遞給程式的參數從堆疊中複製到暫存器中，並設置程式計數器（PC）。
    • 如果主程式（main routine）執行完畢，則通過 exit 系統呼叫終止程式。

3. Loader 的詳細工作流程：

• 讀取可執行檔案頭：Loader 從可執行檔案中提取文本段和數據段的大小和位置，並在記憶體中分配相應的空間。
• 創建位址空間：Loader 創建一個新的記憶體位址空間，並確保它有足夠的空間來存儲程式的文本、數據段，以及一個堆疊段。
• 複製數據：將程式的指令和數據從可執行檔案中複製到位址空間。Loader 也會將傳遞給程式的參數放入堆疊中，以便程式能夠訪問這些參數。
• 初始化暫存器：堆疊指標 sp 被初始化為堆疊的起始位址，其他暫存器則被清零。
• 跳轉到程式的啟動地址：Loader 將程式的控制權交給其啟動程式，並設置程式計數器（PC）以開始執行程式。如果主程式返回，Loader 會執行系統呼叫來結束程式的執行。