【笔记】深入理解计算机系统

零.计算机系统漫游

1.程序被翻译成不同的格式

• 预处理阶段 （#include<stdio.h>  得到另一个C程序）
• 编译阶段
• 汇编阶段
• 链接阶段

2.处理器 

    从程序计数器PC指向的存储器读取指令，解释指令中的位，执行指令指示的简单操作，然后更新指向新程序计数器的下一条指令

3.CPU在指令的要求下可能会执行这些操作

3.上下文

    操作系统保存进程运行所需的所有状态信息，这种状态就是上下文。（PC 寄存器堆当前值，以及主存的内容）

    当操作系统决定从当前进程转移控制权到某个新进程时，就会进行上下文切换，即保存当前进程的上下文，恢复新进程的上下文，然后将控制权转移到新进程。

4. 虚拟存储器

九.虚拟存储器

1. 页表

    将虚拟地址空间映射到物理地址空间

2. 动态存储器分配

    动态存储器分配器维护着一个进程的虚拟存储器区域，成为堆。内核维护着一个变量brk，指向堆的顶部

    动态存储器分配器，可以通过mmap或者munmap显示分配，还可以使用sbrk函数

    void *sbrk(intptr_t incr) 将内核的brk指针增加incr来扩展或收缩堆

3.垃圾回收机制

•  标记 删除（Mark-Sweep）、

         （对所有存活对象进行一次全局遍历来确定哪些对象可以回收，遍历的过程从根出发，找到所有可达对象，除此之外，其它不可达的对象就是垃圾对象，可被回收。整个过程分为两个阶段：标记阶段找到所有存活对象；清除阶段清除所有垃圾对象。）

• 引用计数算法

       （优点：内存管理分配的开销分布于整个程序的运行期间。 提供一种类似栈分配方式，当对象的引用计数为0 时，将删除）

• 
  

十一.系统级I/O

1. Unix I/O

• 每个进程开始时都有三个打开的文件：标准输入 标准输出 标准错误 STDIN_FILENO STDOUT_FILENO STDERR_FILENO
• 打开文件  int open（char *filename, int flags, mode_t mode）;

          umask(DEF_MODE);
          fd = open("foo.txt", O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, DEF_MODE);

• 读写文件

          ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);

          ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t n);

• 共享文件 （内核用三种相关的数据结构来表示已经打开的文件）

          （1） 描述符表，每个打开的描述符表项指向文件表的一个表项

          （2） 文件表，打开文件的集合由一张文件表来表示，所有的进程共享这张表。每个文件表的表项（当前的文件位置，引用计数，以及一个指向v-node表中对应表项的指针，内核不会删除这个文件表表项，知道它的引用计数为0）

          （3） v-node表， 所有进程共享这张v-node表，每个表包括stat结构中的大多数信息

• I/O重定向

          int dup2(int oldfd, int newfd); //拷贝描述符表项

2. 标准I/O

    标准库I/O将一个打开的文件模型化为一个流（stream），对于程序员，一个流就是一个指向类型为FILE结构的指针

十二.网络编程

1. 因特网连接

    一个连接由它两端的套接字地址唯一确定，这对套接字地址叫做套接字对（socket pair）

2. Web服务器

    Web服务器以两种不同的方式向客户端提供内容：

•     取一个磁盘文件并将它的内容放回给客户端。（静态内容）
•     运行一个可执行的文件，并将它的内容返回给客户端。（动态内容）

3. HTTP请求

    一个HTTP请求是这样的：一个请求行，后面跟随零个或更多个请求报头，在跟随一个空的文本行来终止报头列表

    <method><uri><version>

    HTTP支持许多不同的方法，包括GET POST OPTIONS HEAD PUT DELETE TRACE。

    GET / HTTP/1.1

    host www.***.com

4. HTTP相应

    <version> <status code> <status message>

十三.并发编程

控制逻辑流在时间上重叠，就是并发

1. 基于进程的并发服务器

    void sigchld_hander(int sig) {

           while (waitpid(-1, 0, WNOHANG) > 0) ;

           return;

    }

    signal(SIGCHLD, sigchld_handler);

    if (fork() == 0) {

         close(listenfd);

         ...........

         close(connfd);

         exit(0);

    }

2. 基于I/O多路复用的并发编程

    使用seliect，使内核挂起进程，只有在一个或多个I/O事件发生后，才将控制返回给应用程序。   select处理类型为fd_set的集合（描述符集合），n位的掩码

3. 基于线程的并发编程

每个线程都有自己的线程上下文（线程ID， 栈，栈指针，程序计数器，通用目的寄存器，条件码），所有进程共享进程的整个虚拟地址空间，代码，数据，堆，共享库和打开的文件

（1）. 线程执行模型

    

2. 分离线程

    一个可结合的线程能够被其他线程收回资源和杀死，在被其他线程回收之前，它的存储器资源是不释放的。

    一个分离的线程是不能被其他线程回收或杀死，它的存储器资源在它终止时由系统自动释放

    int pthread_detach(pthread_t tid);

•     取一个磁盘文件并将它的内容放回给客户端。（静态内容）
•     运行一个可执行的文件，并将它的内容返回给客户端。（动态内容）

3. 初始化线程

    pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;

    int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void （*init_routine）(void));

2. Posix信号量

    #include <semaphore.h>

    int sem_init(sem_t *sem, unsigned int value);

    int sem_wait(sem_t *s);   //P(s)

    int sem_post(sem_t *s)   //V(s)