day_06_内存、文件管理

一内存管理技术
1 内存管理的相关函数
1brk问题电脑无法完全删除分配的动态内存

2sbrk

3mmap

4munmap函数

2 内存管理函数的层次关系
1对于malloc free

2mmap

二文件的管理
1 基本概念

2 常用基本操作函数重点
1open

2close

3read

4write函数

扩展

一、内存管理技术

1.1 内存管理的相关函数

（1）brk()（问题：电脑无法完全删除分配的动态内存）

#include <unistd.h>
int brk(void *addr);

功能：

主要用于调整动态内存的大小，具体调整方式如下：

当addr > 原来的末尾地址时，表示申请动态内存；

当addr = 原来的末尾地址时，表示动态内存不变；

当addr < 原来的末尾地址时，表示释放动态内存；

注意：

  虽然brk()既能申请动态内存，又能释放动态内存，但是释放动态内存更加方便，所以一般与sbrk()搭配使用，sbrk()专门用于申请，brk()专门用于释放；

（2）sbrk()

#include <unistd.h>
void* sbrk (intptr_t increment);  //intptr_t = long int

功能：
主要用于调整动态内存的大小，具体调整方式如下：

当increment > 0时分配虚拟内存；（

increment

：虚拟内存增量，单位：字节）

当increment < 0时释放虚拟内存；

当increment = 0时为当前堆尾指针；

练习：

  使用sbrk函数申请内存，使用brk函数释放内存，首先申请一个int类型大小的动态内存，存放数据66，再申请一个double类型大小的动态内存，存放数据3.14，再申请10个字节大小的字符串空间，存放数据”hello“，打印相关数据，最后释放所有动态内存。

（3）mmap()

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);  //off_t = long int

功能：
主要用于建立文件/设备到虚拟地址的映射；

参数：
第一个参数：建立映射的起始地址；（NULL表示系统内核指定）

第二个参数：建立映射的长度；

第三个参数：映射的访问权限；

  PROT_EXEC - - - - 可执行

  PROT_READ - - - - 可读

  PROT_WRITE - - - 可写

  PROT_NONE - - – 不可访问

第四个参数：具体的操作标志；

  MAP_SHARED —- 映射区的数据直接反映到文件中

  MAP_PRIVATE —- 映射区的数据不会反映到文件中

第五个参数：文件描述符；

第六个参数：偏移量；

返回值：
成功返回映射区的首地址，失败返回MAP_FAILED ((void*)-1)

（4）munmap函数

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);

功能：
主要用于解除参数指定的映射；

参数：
第一个参数：映射区的首地址；

第二个参数：映射区的大小；

1.2 内存管理函数的层次关系

    C++ ’—- 使用new()申请，delete()释放；

     |

   标准C语言 —- 使用malloc()申请，free()释放；[上层]

     |

   POSIX标准 —- 使用sbrk()申请，brk()释放；

     |

   linux系列：ubuntu fedoral redhat debian …

     |

   操作系统 —- 使用mmap()建立映射，munmap()解除映射；[底层]

（1）对于malloc() / free()

注意：
1）malloc/free成对出现；

2）未执行malloc，进程中没有堆区；

3）执行malloc后，系统会最少给当前进程分配33page；

4）每次malloc时，如果申请4个字节，实则耗费了更多的字节，其中多出 来的字节用于存储malloc的附加信息；在使用过程中不能越界，否则可能 造成未知后果。

（2）mmap：

  1）动态申请内存；

  2）映射文件：映射普通文件、映射设备（显存设备）

static的作用：
声明一个静态的变量；（数据段）

1）修饰局部变量；

2）修饰全局变量；（本模块可见）

3）修饰函数；（本模块可见）

const的作用：
常量（的）指针：int const *a;

指针常量：int * const a;

测试：
int a[10][20];

&a + 1 = a的地址+10*20*4的字节

二、文件的管理

2.1 基本概念

在linux系统中，几乎所有的一切都可以看作文件，包括目录、输入输出设备等。

/dev/null —- 空设备文件

如：

$ echo hello

         =>表示打印hello字符串

$ echo hello > a.txt

    =>表示将hello字符串插入到a.txt文件中，插入成功

$ cat /dev/null > a.txt

  =>表示清空文件中的内容

2.2 常用基本操作函数（重点）

标C中函数：

  fopen() / fclose() / fread() / fwrite() / fseek();

UC中函数：

  open() / close() / read() / write() / lseek();

（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);
int creat(const char *pathname, mode_t mode);

功能：
主要用于打开/创建一个文件；

参数：
第一个参数：字符串形式的路径名

第二个参数：具体的操作标志

  必须包含以下三个标志中一个：

    O_RDONLY - - – 只读

    O_WRONLY – – 只写

    O_RDWR - - - - - 可读可写

  除此之外，还可以按位或以下标志：

    O_APPEND —- 以追加的方式打开文件；

    O_CREAT - - - - 若文件不存在则创建，若存在则打开；

    O_EXCL - - - - – 与O_CREAT搭配使用，若文件不存在则创建，若文件存在则创建失败；

    O_TRUNC - - - -若文件存在，则清空文件中的内容；

第三个参数：指定新文件创建时的权限信息；（仅打开已存在的文件时，不需要该参数）

返回值：
success —- 新的文件描述符，error —- -1；

注意：
creat() is equivalent to open() with flags equal to

O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC

.

（2）close()

#include <unistd.h>
int close(int fd);

功能：

  主要用于关闭参数指定的文件描述符，让该文件描述符不再代表任何一个文件，该文件描述符可以被再次使用；

返回值：

  success —- 0，error —- -1；

（3）read()

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);  //ssize_t = long int; size_t = long unsigned int

功能：

  主要用于从参数指定的文件中读取数据；

参数：

  第一个参数：文件描述符；

  第二个参数：缓冲区首地址；

  第三个参数：期望读取的字节数；

返回值：

  success —- 实际读取数据大小，error —- -1

（4）write函数

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

功能：

  主要用于将指定的数据写入到指定的文件中；

参数：

  第一个参数：文件描述符；

  第二个参数：缓冲区首地址；

  第三个参数：期望写入的数据大小；

返回值：

  success —- 实际写入数据大小，error —- -1

注意：

  写入多少字节，则文件读写位置前进多少字节。

练习：

  分别使用标C和UC的文件操作函数向文件num.dat和num2.dat写入数据[1~100万]，观察程序执行的速度快慢。

  测试结果：标C更快0.059s —- 0.949s

扩展：

  执行命令：

$ ls -l 01brk.c

  结果如下：

      -     r w -    r w -     r - -       1

    文件类型  属主权限  属组权限  其他用户权限  硬链接数

     xyq     xyq    906     4月 22 15:37    01brk.c

    属主名称  属组名称  文件大小  最后一次修改时间  文件名称

  注意：

    属主 —- 创建者，属组 —- 创建者所在组

  其中文件的主要类型有：

    -   普通文件

    d  目录文件

  其中文件的权限主要有：

    r   可读 4

    w   可写 2

    x   可执行 1

    -    没有此权限 0

  因此：0664 => r w - r w - r - -