Linux环境编程导引
计算机系统硬件组成
总线
贯穿整个系统的一组电子管道称为总线, 分为:
片内总线
系统总线
数据总线DB
地址总线AB
控制总线CB
外部总线
I/O设备
I/O设备是系统与外界联系的通道
键盘鼠标是输入设备,显式器是输出设备,磁盘既是输入设备也是输出设备,输入输出是相对于内存来说的。
内存
内存是一个重要的部件，它是与CPU进行沟通的桥梁。它用来存放程序以及程序要处理的数据，磁盘中的程序要加载到内存才能运行。
处理器
中央处理器（CPU），简称处理器。
CPU主要有运算器、控制器、寄存器构成
取指: PC, IR
译码: 指令译码器, RISC, CISC
执行: ALU
写回: -> 内存
跳转: JMP
系统结构图
DMA传输
DMA (直接访问内存)传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间的一种技术。当 CPU 初始化这个传输动作时，传输动作本身是由 DMA 控制器 来实行和完成, 而CPU可以继续去完成其他的工作, CPU仅在传输动作的开始和结束的时候参与数据传输的控制。 典型的例子就是移动一个外存的区块到芯片内部的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以使CPU重新去处理其他的工作。在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线。
操作系统
什么是操作系统
操作系统是”有效地管理计算机系统中的资源，合理地管理计算机系统的工作流程，方便用户使用”的程序的集合。
操作系统三个基本抽象
操作系统拥有三个基本抽象概念: 进程、虚拟存储器和文件。
文件是对I/O设备的抽象表示，虚拟存储器是对主存和磁盘I/O设备的抽象表示，进程则是对处理器、主存和I/O设备的抽象表示。
进程
进程是操作系统对正在运行的程序的一种抽象。一个系统可以运行多个进程，而每个进程好像在独占使用硬件。
进程上下文切换
虚拟存储器
虚拟存储器为每个进程提供了一个大的、一致的、私有的地址空间;
它将内存看成是存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动区域，并根据需要在主存与磁盘中来回交换数据。
为每个进程提供一致的地址空间，简化了存储管理,保护每个进程的地址空间不被其他进程破坏。
进程虚地址空间
文件
文件是一系列的字节序列,它向应用程序提供了一个统一的视角，来看待系统中各式各样的I/O设备。
虚拟文件系统VFS
虚拟文件系统是内核实现的一种架构，为用户空间提供统一的文件操作接口，即文件系统调用。它在内核内部为不同的真实文件系统提供一致的抽象接口。
用户通过系统调用与内核中的虚拟文件系统交互，进而操作实际的文件系统和设备。
系统编程 VS. 应用编程
系统编程
在操作系统之上利用系统调用、C库进行对系统资源进行访问。编写如apache 、gcc、gdb 等的服务应用.
系统资源包括:处理器,输入输出,进程管理,内存,设备,定时器,进程间通信,网络
应用编程
在更高层次的编程接口或者库之上构建应用程序。如android程序（android sdk）、iphone程序（iphone sdk）、QT程序设计（QT）、MFC程序设计（MFC）等。
系统调用在系统中所处的位置
所有操作系统都提供多种服务的入口点，由此程序向系统核请求服务。这些入口点被称之为系统调用(system call)，
C库
这里我们所说的C库（libc），指的是标准C定义的Ｃ函数的集合。如标准输入输出函数、字符串处理函数、动态存储分配函数、日期时间函数、数学函数等。
GNU发布的libc称为glibc.
系统调用与C库关系
系统调用与Ｃ库从形式上来看都C函数;
但C库函数有些是调用系统调用来实现的，比如说malloc、free调用brk，printf调用write系统调用，而有些函数不需要任何系统调用，比如abs(fabs)、strcpy、atoi等，因为它并不是必需要使用内核服务;
因此系统调用通常提供的是最小界面，而Ｃ库函数通常提供更复杂的功能。
内核如何处理系统调用
内核通过软中断的方式实现系统调用, 每个系统调用被赋予一个系统调用号, 在i386平台上，执行一个系统调用需要通过 INT 0x80 指令来完成, 从用户态切换到核心态.
寄存器eax存放系统调用号, 寄存器ebx、ecx、edx、esi、edi存储系统调用参数，对于超过5个参数的系统调用，用一个寄存器(如ebx)指向用户空间的某个缓存, 该缓存存储所有系统调用的参数(可以多于5个)。
错误处理
在系统编程中通常通过函数返回值来表示错误(一般-1代表函数执行出错)，并通过特殊变量errno来描述。
errno这个全局变量在 errno.h 头文件中声明如下：extern int errno;
错误处理函数:perror, strerror;
//示例
int main()
{
int ret = close(10);
/*
if (ret == -1)
{
perror("close error");
}
*/
if (ret == -1)
{
fprintf(stderr, "close error with message: %s, errno = %d\n",
strerror(errno), errno);
}
return 0;
}常见错误代码 | |
E2BIG | 参数列表太长 |
EACCESS | 权限不足 |
EAGAIN | 重试 |
EBADF | 错误的文件描述符 |
EBUSY | 设备或资源忙 |
ECHILD | 无子进程 |
EDOM | 数学参数不在函数域内 |
EEXIST | 文件已存在 |
EFAULT | 地址错误 |
EFBIG | 文件太大 |
EINTR | 系统调用被中断 |
//常见错误代码打印程序
int main()
{
for (int i = 0; i < 140; ++i)
{
errno = i;
cout << "errno " << i << ": " << strerror(errno) << endl;
}
return 0;
}