【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)