大端和小端

在大端系统中，最高有效位存储在低地址内存中，最低有效位存储在高地址中。

例如，0x123456在内存中的存储方式
大端模式：

  低地址 -----> 高地址0x12 | 0x34 | 0x56

小端模式：

  低地址 -----> 高地址（低存低更符合直觉）0x56 | 0x34 | 0x12

Ｗhy？

一开始是由于不同架构的CPU处理多个字节数据的顺序不一样，比如x86的是小段模式，KEIL C51是大端模式。但是后来互联网流行，TCP/IP协议规定为大端模式，为了跨平台通信，还专门出了网络字节序和主机字节序之间的转换接口（ntohs、htons、ntohl、htonl）
大小端模式各有优势：小端模式强制转换类型时不需要调整字节内容，直接截取低字节即可（也更符合直觉）；大端模式由于符号位为第一个字节，很方便判断正负。

如何判断大小端？

 BOOL IsBigEndian(){short a = 0x1234;char b = *(char*)&a;　　　//强制类型转化if(0x12 == b){return TRUE;}return FALSE;}

32和64位系统

处理数据的能力：32位计算机的CPU一次最多能处理32位数据。64位计算机一次能处理64位数据。这和寄存器位数有关
支持的内存不同(寻址能力不同)：32位的系统许多支持4G的内存，而64位则可以支持上百G的内存。
架构不同：不同位处理意味着指令集等要做重新设计，一般64位向32位兼容

栈和堆

栈

栈内存首先是一片内存区域，存储的都是局部变量，凡是定义在方法中的都是局部变量（方法外的是全局变量），for循环内部定义的也是局部变量，是先加载函数才能进行局部变量的定义，所以方法先进栈，然后再定义变量，变量有自己的作用域，一旦离开作用域，变量就会被释放。栈内存的更新速度很快，因为局部变量的生命周期都很短。

堆

存储的是数组和对象（其实数组就是对象），凡是new建立的都是在堆中，堆中存放的都是实体（对象），实体用于封装数据，而且是封装多个（实体的多个属性），如果一个数据消失，这个实体也没有消失，还可以用，所以堆是不会随时释放的。

进程和线程

进程： 一个正在运行的程序，为系统中分配和管理内存资源的最小单元
线程： 程序执行的最小单元（函数）

进程

孤儿进程： 一个父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。
僵尸进程： 一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程。
守护进程：守护进程就是在后台运行，不与任何终端关联的进程，通常情况下守护进程在系统启动时就在运行，它们以root用户或者其他特殊用户(apache和postfix)运行，并能处理一些系统级的任务。

如何处理僵尸进程：

子进程退出时向父进程发送SIGCHILD信号，父进程处理SIGCHILD信号。在信号处理函数中调用wait进行处理僵尸进程。

fork两次，父进程fork一个子进程，然后继续工作，子进程fork一个孙进程后退出，那么孙进程被init接管，孙进程结束后，init会回收。不过子进程的回收还要自己做。两次fork的原理是将子进程成为孤儿进程，从而其的父进程变为init进程，通过init进程可以处理僵尸进程。

多进程

优点：

资源隔离，不同进程变量之间不会相互冲突
每个进程相互独立，子进程崩溃不影响主进程（安全）
每个进程能使用的空间很大（4G）
可以尽量减少线程加锁/解锁的影响，极大提高性能（IPC很少涉及加锁）

缺点：

多进程调度开销较大（需要上下文切换）
进程间通讯效率低，比较适合小数据量传送（涉及IPC）

多线程

优点：

共享内存和变量，数据交互效率高
程序逻辑和控制方式简单

缺点：

共享内存和变量处理不好，可能会发生冲突
可用空间相互受限，且线程数量过多影响性能提升
一个线程崩了可能影响整个程序
线程之间同步比较麻烦

使用场景

频繁创建和销毁资源优先线程（创建和销毁一个进程代价是很大）
频繁切换，需要大量计算（耗时操作）尽量使用线程
多机分布用进程（跨平台通讯），多核分布用线程
大量数据交互选线程
需要稳定安全时用进程

进程/线程状态和转换

异常和中断

异常一般指软中断，由程序产生，目的是要产生系统调用，需要切换进程上下文
中断是指硬中断，由硬件产生，目的是响应外设，需要切换中断上下文

中断处理流程：

中断响应前准备：准备中断向量表
CPU检查是否有中断产生，得到中断号
查表得到中断程序
cpu根据优先级决定要运行的中断程序
保存上下文
跳转到中断程序执行
执行完，恢复先前状态

上下文

上文： 已执行过的进程指令和数据在相关寄存器与堆栈中的内容（前面执行状态和数据）
正文： 正在执行的指令和数据在寄存器和堆栈中的内容
下文： 待执行的指令和数据在寄存器与堆栈中的内容（即将要执行的程序）

进程上下文

当触发系统调用或异常，进程由用户态切换到内核态时，需要保存当前进程的所有状态（用户态时cpu寄存器中的值，进程状态以及堆栈上的内容），即进程上下文

进程上文： 切换时cpu寄存器中的值，进程状态以及堆栈上的内容
进程下文： 主要指切换到内核态后执行的程序

中断上下文

由硬件产生中断，导致需要切到中断服务程序过程中，需要保存硬件信息和当前状态

中断上文： 看作是硬件传递过来的这些参数和内核需要保存的一些其他环境（主要是当前被中断的进程环境）
中断下文： 主要指马上要执行的中断服务程序

同步和互斥

同步：一个程序/线程的执行依赖于另一个的消息
互斥：共享资源只允许一个进程/线程使用

用户空间与内核通讯

系统调用，提供特定的用户空间与内核空间的信息传递。
信号，内核空间出现一些异常时候会发送信号给进程，如SIGSEGV、SIGILL、SIGPIPE等。
/proc，proc可以读取内核空间的信息并且设置部分属性的值，需要循环检测。
文件，可以通过指定文件的读写操作来实现通信，但是流程不够实时，需要循环检测来实现。
netlink，类似socket通信方式，可以读写大量的数据，实现稍微复杂。
ioctl，可以实现数据量比较少时候的通信。

系统调用

系统调用是操作系统提供给应用程序（程序员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序发出系统调用请求来获得操作系统的服务。

作用

操作系统作为用户和硬件的接口，向上提供一些简单易用的服务，向下执行具体硬件操作
安全，防止非法操作

分类

设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、内存管理

具体如何实现

程序在用户空间中通过0x80中断，将控制权交给内核空间，内核根据调用好调用对应的内核函数，来执行实际处理
如：用户空间read()–> 0x80中断 -->内核空间sys_read()–>scull_fops.read–>scull_read()

linux同步和互斥

原子操作

原子操作内不可被软中断（如系统调用机制）打断，汇编层面实现，操作对象只能是整数

自旋锁

它锁住的是一块临界区，进入临界区时需要先获取自旋锁，在离开临界区时需要释放自旋锁。如果有进程已经获取了自旋锁，但是还没有释放，那么其它想要获取自旋锁的进程就得等(而且不会让出cpu，死等)

读写锁

这种锁允许多个进程同时对同一数据结构进行读操作，但不允许多个进程同时对同一数据结构进行写操作。

信号量

信号量和自旋锁类似，也是为了控制进程进入临界区。本身就是为多核处理器服务的。

但是信号量和自旋锁的最大区别是：

自旋锁禁止cpu抢占，而信号量不禁止cpu抢占。 所以自旋锁在锁住后进程不能进入睡眠，否则将不会有进程抢占cpu而运行。
信号量只能用于进程上下文，而不能用于中断上下文。 由于信号量发生争用的时候，没获取到信号量的进程会睡眠，而中断上下文不允许睡眠（执行过程也不允许抢占），所以中断上下文中只能使用自旋锁；
获取自旋锁的过程，不会主动调用schedule()进行进程切换，而是占着CPU，拼命的自旋，类似于while耗时操作；
信号量中存在一个进程等待队列，为获取锁的进程将挂接到该队列中，然后主动调用schedule()切换进程，让出CPU。适用于长时间持有情况。

内存屏蔽

在指令之间插入一道屏障，两句屏障指令之间的指令不会因为优化而重排。

互斥锁

死锁

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ARM、DSP和FPGA

ARM具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及应用程序等，其优势主要体现在控制方面，它的速度和数据处理能力一般，但是外围接口比较丰富，标准化和通用性做的很好，而且在功耗等方面做得也比较好，所以适合用在一些消费电子品方面；

DSP主要是用来计算的，比如进行加密解密、调制解调等，优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度。由于其在控制算法等方面很擅长，所以适合用在对控制要求比较高的场合，比如军用导航、电机伺服驱动等方面。

FPGA是可编程逻辑阵列，用硬件描述语言定义各硬件之间连接关系，非常灵活定义不用电路功能，且擅长进行并行处理

IO口工作方式

上拉电阻：将一个不确定的信号，通过一个电阻与电源VCC相连，固定在高电平。在IO口为输入模式且为上拉电阻时，IO口的常态为高电平。
下拉电阻：将一个不确定的信号，通过一个电阻与地GND相连，固定在低电平。在IO口为输入模式且为下拉电阻时，IO口的常态为低电平。
推挽输出：可以输出高、低电平，连接数字器件。推挽结果一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管导通时令一个三极管截止。（推挽输出的最大特点是可以真正的输出高电平和低电平，且两种电平下都有驱动能力）。IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC
开漏输出：输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要加上拉电阻才行。适合做电流型的驱动，其吸收电流的能力比较强（20mA左右）（开漏输出最主要的特性就是高电平没有驱动能力，需要借助外部上拉电阻才能真正输出高电平）。开漏只能输出低电平，高电平的时候实际上是个高阻态，需要外接电阻来拉高的。

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