Unix学习记录（二）

通过上周的初次尝试复习，像是站在一个更高的位置，旁观这些知识的作用，以及为什么要出现这些知识，不足之处是欠缺实践，理解不透彻。

总结的内容对大家可能帮助不大，因为整理复习总结是当事人受益最多。

开始本周的复习！！

虚拟内存相关概念有哪些？

虚拟内存：每个进程中各自独立的地址空间。

页面换出：长期闲置代码或数据从内存缓存到磁盘上的交换分区或换页文件。

页面换入：从交换分区或换页文件中恢复到半导体内存中。

内存映射表动态维护：虚拟内存到物理内存，或者说地址空间到内存空间的映射关系。

每换一页是4*1024字节，而不是1字节。

内存分配：在地址空间中划出一定大小的范围，加以标记，表示占用；在物理内存中找到相应大小的空间，建立映射，记录映射表。

内存释放：解除映射关系，占用范围标记为不占用。

内核空间与用户空间？

在每个进程“独立”的虚拟内存中，一部分高地址的虚拟内存成为内核空间，为系统中所有进程共享，存放系统内核的代码和数据。其余低地址虚拟内存为用户空间，存放该进程自己的代码和数据。

用户空间和内核空间的代码不能直接访问，要借助系统调用（封装好的具有些特定功能的函数）进入内核态。

内核态高度警惕，安全等级高；用户态反之。

内存壁垒？

每个进程的用户空间都有一张专属的内存映射表。但所以进程的内核空间维护的是同一张内存映射表init_mm.pgd。

虚拟内存如何分配与释放？

只有虚拟内存的堆内存区通过编程方法完成内存的分配与释放。其他代码区，数据区，BSS区，栈区，都是系统干的事，也是不允许操作的。

概念：堆尾指针：堆内存的最后一个字节的下一个字节的地址。

注意：分配内存的时候是低地址到高地址，释放内存是从高地址开始释放。

可以分配虚拟内存的函数？

1）sbrk函数：【以相对方式分配和释放虚拟内存】

函数原型：#include <unistd.h> void* sbrk(intptr_t increment);

成功返回该函数之前的堆尾指针，失败返回-1。

参数：堆内存增加字节数。其值>0为分配虚拟内存。<0为释放虚拟内存。=0为获取当前堆尾。

2）brk函数：【以绝对方式分配和释放虚拟内存】

函数原型：#include <unistd.h> int brk(void* end_data_segment);

成功返回0，失败返回-1。

参数：新堆尾指针。其值>当前堆尾指针为分配虚拟内存。<当前堆尾指针为释放虚拟内存。=当前堆尾指针为啥也没做。

总结：sbrk分配虚拟内存简便，释放麻烦。brk反之，这俩搭配着用最好了。

用来建立地址映射的内存操作函数？

1）mmap函数：【建立虚拟内存到物理内存或磁盘文件的映射】

函数原型：#include <sys/mman.h> void* mmap(void* start,size_t length,int port,int flags,int fd,off_t offset);

成功返回映射区（虚拟）内存起始地址，失败返回MAP_FAILED(-1)。

参数：start:映射区（虚拟）内存起始地址，NULL值为系统自动选定后返回

参数：length：映射区字节数。

参数：port：访问权限。PROT_READ读/PROT_WRITE写/PROT_EXEC

参数：flags：映射标志。虚拟内存到物理内存映射，虚拟内存到磁盘文件映射

参数：fd和offset只用于虚拟内存到磁盘文件映射

2）munmap函数：【解除虚拟内存到物理内存或磁盘文件的映射】

函数原型：#include <sys/mman.h> int munmap(void* start,size_t length);

成功返回0 ，失败-1.

参数：start:映射区（虚拟）内存起始地址

参数：length：映射区字节数。

系统调用的执行过程？

系统调用目的：涉及到系统级别资源的操作（例如文件管理、进程控制、内存管理）的时候，就要从用户态进入内核态进行操作。

一个系统调用分为两部分，一部分在用户态执行，定义在系统调用库中的C函数，另一部分在内核态执行，提供实际功能的系统调用函数。二者之间通过80H中断相互联系。

用户时间和系统时间？

进程在这两个状态下执行的时间，称为用户时间和系统时间。

分配内存（内核态）

存入数据（用户态）

打开文件（内核态）

计算数据（用户态）

睡眠（挂起态）

将结果写入文件（内核态）

释放内存（内核态）

关闭文件（内核态）

使用命令“time 可执行程序”看执行的不同时间。

文件系统的结构？

1）硬盘结构：若干个分区（逻辑卷）。

2）分区结构：引导块（引导系统启动的代码）、超级块（分区描述信息）、若干个柱面组（存储数据）。

3）柱面组结构：超级块副本、柱面组信息、i节点映射表（文件号和i节点的映射表）、块位图（区分空闲块）、i节点表（若干个i节点）、数据块集（若干个数据块，用于存储数据）

4）i节点表：若干个i节点。

5）i节点结构：元数据（文件权限，类型等）、数据块索引表。【i节点大小固定】

6）数据块索引表结构：若干个数据块索引号（通过索引号找到数据块，其中包含直接块和间接块，最终这些块拼接成文件）。

文件类型有哪些？

1）普通文件（由-表示），也称为流式文件。

2）目录文件（d表示）：它仅存储文件名和i节点号的映射。这种映射称为目录条目，也叫硬链接。（两个文件i节点号一致）

3）符号链接（软链接）文件（由l表示）：独立的i节点和一个被链接文件路径的字符串。（两个文件i节点号不一致）

4）（有名）管道文件（由p表示）：只有i节点和目录中的硬链接条目，i节点中只有元数据没有数据库索引表。实质是一个内核中的对象，可用于在不同进程之间交换数据。

操作文件的函数有哪些？

1）文件打开：open。成功返回文件描述符。

2）文件关闭：close。成功返回0 ，参数传递文件描述符。

什么是文件描述符？

1）进程表结构：进程表项、文件描述符表。

2）文件描述符表结构：文件描述符、文件表项指针。

3）文件表项结构：状态标志、读写位置、V节点指针。

4）V节点结构：包括i节点和其他信息。

5）i节点结构：元数据（文件权限，类型等）、数据块索引表。【就是在上边讲的可以存储数据的文件结构】

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