系统编程

系统编程之基础知识篇

• 1、什么是操作系统

操作系统是把计算机的硬件管理起来，让硬件正常运行

• 2、计算机的主要组成

CPU(运算器 控制器 寄存器组) 内存（主存） 存储（硬盘，移动硬盘，U盘） 键盘和鼠标 显示器

• 3、计算机指令的运行过程

从内存中取一条指令
通过控制器译码
把指令发送给CPU运算器
CPU运算器进行逻辑和数据运算
把运算的结果发送到内存
取址 译码 运算

• 4、CPU的主要组成

运算器 数据运算
控制器 
MAR 内存地址寄存器 
MBR 内存缓冲寄存器
IO AR IO地址寄存器
IO BR IO缓冲寄存器
PC 程序计数器
PSW 程序状态寄存器
控制器主要是和内存数据传递，控制器和内存的读写速度不一致，引入了cache
寄存器组
专有寄存器组和通用寄存器组，编程是程序可以读写的是通用寄存器组 AX BX CX DX
控制寄存器
数据寄存器
状态寄存器

• 5、系统总线

地址总线：是系统的位数，也说明了寻址空间，比如32位系统寻址空间是2^32=4G,64位系统2^64=2^32*2^32=2^32*4G
数据总线：计算机在处理数据时，并发或者同时处理数据的位数,可能是20位，24位
控制总线：中断 时钟 复位 IO读写 存储读写 系统总线请求

• 6、指令的组成

分2部分  操作码+运算数

1)4地址指令: OP A1 A2 A3 A4  + 把A1和A2的运算结果存储在A3中，A4是下一条指令
2)3地址指令:OP A1 A2 A3   把下一条指令存储在了PC寄存器
3)2地址指令:OP A1 A2      把A1和A2的运算结果存储在A1中， PC存储下一条指令
4)1地址指令:OP A1         ACC累加器 A1+ACC结果存储在ACC,PC存储下一条指令
5)0地址指令:OP            SP堆栈指针

• 7、指令的寻址方式

1)立即数寻址      mov r0,r1,#2
2)直接寻址       地址中存储的是数据 相当于一维指针
3)隐含寻址       ACC
4)间接寻址       地址中存储的还是地址，相当于二维指针
5)寄存器寻址 
6)寄存器间接寻址
7)基址寻址       基址寄存器
8)变址寻址       变址寄存器
9)相对寻址       PC寄存器
10)堆栈寻址      SP

• 8、中断

系统中的一个进程在运行，有优先级高的进程的时候，原来的进程暂停运行，优先级高的进程先运行，运行完后，中断返回，原来的进程继续运行
中断向量表
通过寄存器组，中断前把数据和程序运行状态保存在寄存器组中，中断之后，从寄存器组中把数据恢复出来，继续原来程序的运行

• 9、冯.诺伊曼架构

1）二进制思想
2）程序存储思想
计算机中的一切程序=二进制+上下文

• 10、阻塞 非阻塞 异步

1）阻塞  scanf() fgets() getchar()

2）非阻塞  中断，程序一直在循环查询中断向量表，等待中断的返回
从现象说，阻塞和非阻塞都是程序停止，不继续运行，但是从微观上说是有区别的

3）异步  DMA  CPU告诉硬盘控制器某件事情，硬盘控制器开始完成这件事情，完成之后告诉CPU,在完成事情的过程中，CPU和硬盘控制器是各自忙各自的。硬盘控制器也具有CPU的一定功能了。

• 11、系统调用

计算机系统分2层：应用层和内核层
系统调用是应用程序和系统内核数据传递的方法
应用程序把数据通过系统调用发送给内核，内核进行数据的运算，把运算的结果通过系统调用返回给应用程序
应用层相当于是客户端，内核层相当于是服务器

• 12、glibc库和系统调用

glibc库函数是封装的系统调用函数，封装了大部分的系统调用，但不是全部
glibc封装的函数更容易使用，更易于移植
比如，glibc库函数:fopen() fclse() fread() fwrite() fseek()
系统调用: open() close() read() write() lseek()
exit()   glibc库函数
_exit()  系统调用函数

void exit(int status)
{
    _exit(status);
    printf("\n");//刷新缓冲区
    return;
}

• 13、硬盘

扇区 柱面 磁头
磁盘读写的方法：磁盘在旋转，磁头是按照一个扇区一个扇区读写的。
扇区：512字节
组：多个扇区组成组，1K 2K 4K
分区：多个组组成分区

• 14、标准文件读写

1)按照字符读写
getchar() putchar()
2)按照行读写
fgets() fputs()
3)按照块读写
fread() fwrite()
4)循环读文件
while(fread(buf,sizeof(buf),1,fp)>0)
{
    ......
}

• 15、打印错误信息的函数

#include <errno.h>
char *strerror(int errno);

#include <stdio.h>
perror("fopen");

• 16、文件拷贝

diff 比较2个文件是否相同

• 17、系统支持的最大文件描述符

系统默热支持的最大文件描述符的个数是1024个
cat /proc/sys/fs/file_max
ulimit -n //1024

• 18、ini文件转化为html文件

ini文件
;stu
[stu]
zhangsan = 123456
lisi = 123456
;teacher
[teac]
wangwu = 123456

html文件

<!__stu__>
<stu>
    zhansan=123456
    lisi=123456
</stu>
<!__teac__>
<teac>
    wangwu=123456
</teac>

• 19、文件类型

ls -l
- 普通文件类型
d 目录
c 字符设备文件
b 块设备文件
s socket文件
p 管道文件
l 链接文件

• 20、软链接和硬链接

软链接: ln -s oldfile newfile

硬链接: ln oldfile newfile

软链接：链接文件和源文件的inode节点编号不一样，是不同的文件，软链接相当于是快捷方式

硬链接：链接文件和源文件的inode节点编号一样，是同一个文件，但是硬链接是源文件的不同存在形式,如果需要删掉硬链接文件，需要删掉所有的硬连接和源文件，
链接文件和源文件，任何一个修改后，相应的文件内容都会修改

• 21、系统文件描述符

标准文件IO FILE *fp
系统文件IO int fd
系统启动后，有3个文件描述符已经分配好了
stdin   0  STDIN_FILENO
stdout  1  STDOUT_FILENO
stderr  2  STDERR_FILENO
文件描述符分配有个原则：最小的，未用的
比如说，0，1，2已经分配了，再分配的话，是3
如果说0,1,2,3,4,5,6,分配了，5关闭了，再分配是多少？是5还是7？  是5

• 22、系统文件IO

标准文件IO只能打开普通文件，不能打开系统文件；系统文件IO不仅可以打开系统文件，还可以打开普通文件

1)open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
返回值：成功返回新的文件描述符，错误返回值是-1

pathname:是文件名或者绝对路径的文件名
flags:
O_RDONLY 可读
O_WRONLY 可写
O_RDWR   可读写
O_CREAT  如果文件不存在，则创建
O_TRUNC  每次写文件，重写
O_APPEND 追加

mode
111 111 111 777 
110 100 100 644
当前用户  同组用户  其他组用户
0644  0是系统的粘着位

2)close
#include <unistd.h>
int close(int fd);
成功是0，错误是-1

3)read
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
fd:文件描述符
buf:从文件中读出的数据存放到什么地方
count:读出来的字节数
返回值：成功返回是读取的字节数；错误返回-1

4)write
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
fd:文件描述符
buf:写的数据存放在什么地方
count:写的数据的长度是多少
返回值：成功返回的是写成功的字节数；错误返回-1

5)lseek
只对系统文件有效，对特殊的文件，比如管道，socket无效
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
fd:文件描述符
offset:文件偏移量
whence:SEEK_SET SEEK_CUR SEEK_END
返回值：成功返回的是偏移量；错误返回 (off_t)-1