第一二章学习笔记

第一章

第一章向我们介绍了本书的学习目标以及一些基本概念，和Linux的简单操作，但是对于基础的概念解析较少，于是我用GPT了解了一下

进程概念和进程管理

进程是计算机科学中的重要概念，它是正在运行的程序的实例。每个进程都有自己的内存空间、代码、数据和系统资源，它们在操作系统中独立运行，彼此之间通常是隔离的。以下是关于进程的一些重要概念和进程管理的要点：

1. 进程的特征：

   • 独立性：每个进程都是独立运行的，互不干扰。
   • 资源隔离：进程拥有自己的内存和资源，不共享除非明确要求。
   • 并发执行：多个进程可以同时运行，实现并发处理。
   • 程序实例：进程是程序的实例，每个进程对应一个正在运行的程序。

2. 进程状态：

   • 就绪：进程已准备好执行，等待分配CPU时间。
   • 运行：进程正在CPU上执行。
   • 阻塞：进程暂时停止执行，等待某个事件的发生（例如，等待I/O完成）。
   • 终止：进程已经执行完毕或被终止，等待被回收。

3. 进程管理任务：

   • 创建进程：操作系统可以创建新的进程，通常通过复制父进程的内容来创建子进程。
   • 调度进程：操作系统负责决定哪个进程在什么时候运行，以实现公平分配CPU时间。
   • 进程通信：进程之间可以通过进程间通信（IPC）机制来交换信息和数据。
   • 终止进程：操作系统可以终止进程，释放其资源。
   • 进程状态管理：跟踪和维护进程的状态，以确保它们能够正确运行。

4. 进程控制块（PCB）：每个进程都有一个关联的数据结构，称为进程控制块。PCB包含了关于进程的重要信息，如进程状态、寄存器值、程序计数器、内存分配信息、打开文件列表等。

5. 进程调度：操作系统使用调度算法来决定哪个进程在什么时候获得CPU时间。这可以根据优先级、时间片轮转、先来先服务等策略来完成。

6. 多进程与多线程：多进程和多线程是实现并发性的两种常见方式。多进程更重，因为每个进程都有自己的独立内存空间，但线程共享相同的内存空间，因此更轻量级。不同的应用场景可能更适合使用其中一种。

进程管理是操作系统的核心功能之一，它确保计算机上的多个程序能够同时运行，并在需要时有效地协同工作。进程管理有助于资源的合理利用，提高了系统的效率和可靠性。

并发编程

并发编程是一种编程方式，用于处理多个任务同时执行的情况，以提高程序的性能和效率。在并发编程中，多个任务可以同时执行，而不必等待其他任务完成。这对于需要处理大量I/O操作、多核处理器的利用、实时系统等场景非常重要。以下是并发编程的一些关键概念和技术：

1. 线程和进程：

   • 线程：线程是程序执行的最小单位，多个线程可以在同一进程内并发执行。它们共享进程的内存空间，因此可以方便地共享数据和资源。
   • 进程：进程是程序的实例，每个进程都有自己独立的内存空间和资源。多个进程可以在操作系统级别并发执行。

2. 共享内存和消息传递：

   • 共享内存：多个线程或进程可以通过共享内存来共享数据，这使它们可以直接读取和写入相同的内存位置。但需要小心处理并发访问的同步问题。
   • 消息传递：线程或进程之间可以通过消息传递机制来通信，将消息发送到接收者并等待响应。这种方式更安全，因为数据不会直接共享，但会引入一些开销。

3. 同步和互斥：

   • 同步：同步是一种控制多个线程或进程的执行顺序和协作的机制，以避免竞态条件和不确定性行为。
   • 互斥：互斥是一种同步技术，用于确保在任何给定时刻只有一个线程或进程能够访问共享资源。通常使用互斥锁、信号量等来实现。

4. 并发模型：

   • 多线程并发：使用多线程编程模型时，多个线程在同一进程内并发执行。Java、Python、C++等编程语言提供了多线程支持。
   • 多进程并发：使用多进程编程模型时，多个进程在操作系统级别并发执行。Python的multiprocessing模块可以用于多进程编程。
   • Actor模型：Actor模型是一种并发编程模型，其中的"actors"（类似于独立的并发实体）通过消息传递相互通信，而不共享状态。Erlang语言使用了这个模型。

5. 死锁和竞态条件：并发编程中常见的问题包括死锁（多个线程或进程互相等待对方释放资源）和竞态条件（多个线程或进程同时访问和修改共享资源时可能导致不确定性行为）。必须小心设计和同步来避免这些问题。

6. 线程池和并发工具：为了更有效地管理线程，可以使用线程池和各种并发工具，如计数器、信号量、阻塞队列等，来协调和管理并发任务的执行。

并发编程是复杂的，因为它引入了许多潜在的问题，如竞态条件和死锁。因此，在编写并发代码时，需要谨慎考虑并发问题，并使用适当的同步和控制机制来确保程序的正确性和稳定性。

TCP/IP和网络编程

TCP/IP是一种用于计算机网络通信的协议套件，它包括传输控制协议（TCP）和互联网协议（IP），用于实现数据在网络中的传输和路由。网络编程是使用这些协议来创建网络应用程序的过程，这些应用程序可以在网络上发送和接收数据。以下是关于TCP/IP网络编程的一些关键概念和步骤：

1. Socket编程：

   • 在TCP/IP网络编程中，通信的基本单位是套接字（Socket）。套接字是一种用于在网络上进行通信的编程接口，它允许应用程序创建、发送和接收数据。

2. 客户端和服务器：

   • 网络应用程序通常分为客户端和服务器两部分。
   • 客户端：客户端应用程序发送请求到服务器，并接收服务器的响应。它通常主动发起连接。
   • 服务器：服务器应用程序监听来自客户端的连接请求，并响应这些请求。它被 passively 侦听并处理连接。

3. TCP连接：

   • TCP是一种可靠的协议，它提供面向连接的通信。在网络编程中，使用TCP套接字来建立可靠的连接。
   • 客户端和服务器分别创建自己的套接字，并通过 IP 地址和端口号来识别对方。客户端发起连接请求，服务器接受连接。
   • 一旦建立连接，客户端和服务器可以通过套接字进行数据传输。

4. IP地址和端口号：

   • IP地址用于标识网络中的主机，而端口号用于标识主机上运行的不同应用程序或服务。
   • IP地址通常是IPv4或IPv6格式的，例如，IPv4地址是如 "192.168.1.1" 这样的格式。
   • 端口号是一个整数，通常在范围0到65535之间。0到1023的端口号是预留给系统和常用服务的。

5. 编程语言和库：

   • 不同的编程语言提供了用于网络编程的库和工具。例如，Python有socket库，Java有java.net包，C/C++有sockets库等。
   • 这些库允许开发人员创建套接字、建立连接、发送和接收数据，以及处理网络通信中的各种任务。

6. 错误处理和异常处理：

   • 在网络编程中，网络连接可能会发生错误，如连接超时、连接中断、数据包丢失等。
   • 开发人员需要编写适当的错误处理和异常处理代码，以确保应用程序能够在不稳定的网络环境中正确运行。

7. 安全性和加密：

   • 在网络通信中，数据的安全性是一个关键问题。敏感数据通常需要加密，以防止中间人攻击和数据泄露。
   • 使用安全套接字层（SSL）或传输层安全性协议（TLS）等协议来加密数据传输。

网络编程是一个广泛的领域，涵盖了各种应用程序类型，包括Web应用程序、游戏服务器、聊天应用程序、文件传输和远程控制等。了解TCP/IP协议和套接字编程是开发网络应用程序的关键，它们允许开发人员实现数据通信和交互。

信号、信号处理和进程间通信

信号、信号处理和进程间通信是操作系统和多进程编程中的重要概念。让我们分别介绍它们：

1. 信号（Signal）：

   • 信号是一种异步通知机制，用于在操作系统中处理各种事件和异常情况。它们是操作系统向进程发送的小型消息。
   • 信号可以由操作系统本身、其他进程或进程自身生成。例如，Ctrl+C键盘组合键会向前台进程发送中断信号(SIGINT)。
   • 常见的信号包括SIGINT（中断）、SIGTERM（终止）、SIGKILL（强制终止）等。
   • 进程可以注册信号处理函数，以便在接收到信号时采取特定的操作。默认情况下，某些信号会导致进程终止，但可以通过信号处理函数来更改其行为。

2. 信号处理（Signal Handling）：

   • 信号处理是指为进程中的特定信号定义处理程序的过程。处理程序是一段代码，用于指定在接收到信号时要采取的操作。
   • 在大多数编程语言中，可以使用信号处理函数来捕获和处理信号。例如，在C语言中，可以使用signal函数来注册信号处理函数。
   • 信号处理程序可以执行各种操作，如记录日志、清理资源、重新启动进程等，具体取决于信号的类型和应用程序的需求。

3. 进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）：

   • 进程间通信是不同进程之间交换数据和信息的机制。在多任务操作系统中，多个进程可能需要协同工作或共享数据。
   • 常见的IPC机制包括管道、套接字、消息队列、共享内存和信号量等。
   • 信号可以用于简单的进程间通信，例如，一个进程可以向另一个进程发送信号来触发某些操作。
   • 更复杂的IPC机制允许进程直接交换数据，共享资源或通过消息传递进行通信。

总之，信号是一种用于通知进程事件和异常情况的机制，信号处理允许进程在接收到信号时采取特定的操作。而进程间通信是一种机制，允许不同进程之间交换数据和信息，以实现协同工作和共享资源的目的。这些概念对于多任务编程和操作系统编程非常重要。

文件系统

文件系统是计算机系统中用于组织和管理数据存储的关键组成部分。它提供了一种层次结构的方法来存储、检索和管理文件和目录，使用户和应用程序能够有效地访问和操作数据。以下是文件系统的主要概念和功能：

1. 文件（File）：

   • 文件是数据的基本单位，可以是文本文件、图像、音频、视频等各种类型的数据。
   • 每个文件都有一个唯一的名称（文件名）和相关的元数据，如文件大小、创建时间、修改时间等。

2. 目录（Directory）：

   • 目录是一种特殊类型的文件，用于组织和存储其他文件和子目录。
   • 目录可以形成层次结构，允许用户创建文件夹以更好地组织和分类文件。

3. 路径（Path）：

   • 路径是描述文件或目录位置的字符串，它从根目录开始一直到目标文件或目录。
   • 绝对路径从根目录开始，相对路径从当前工作目录开始。

4. 文件系统层次结构（File System Hierarchy）：

   • 大多数操作系统使用树形结构来组织文件系统，其中根目录是顶级目录，下面可以有多个子目录和文件。
   • 不同的操作系统具有不同的文件系统层次结构，例如，Linux系统使用的是类似于"/"的根目录，而Windows系统使用的是类似于"C:"的根目录。

5. 文件权限（File Permissions）：

   • 文件系统通常提供了对文件和目录的访问控制，这些权限规定了哪些用户或进程可以读取、写入或执行文件。
   • 常见的文件权限包括读（read）、写（write）、执行（execute）权限。

6. 文件操作（File Operations）：

   • 文件系统允许用户和应用程序执行各种操作，如创建、复制、移动、删除文件和目录。
   • 文件系统还支持文件的打开、关闭、读取和写入等操作。

7. 磁盘管理（Disk Management）：

   • 文件系统负责在物理存储设备上管理数据的分布和存储。
   • 这包括文件的存储分配、磁盘空间的管理、文件的分散存储以及磁盘碎片整理。

8. 文件系统类型（File System Types）：

   • 不同的操作系统可以使用不同类型的文件系统，例如，Linux常用的文件系统包括EXT4、XFS、Btrfs，而Windows使用的是NTFS。
   • 文件系统的选择取决于操作系统的需求和性能要求。

9. 网络文件系统（Network File Systems）：

   • 文件系统还可以通过网络访问，允许用户从远程计算机访问文件和目录，这称为网络文件系统（NFS）或类似的协议。

文件系统是计算机操作系统的核心组件之一，它为用户和应用程序提供了一种方便的方式来管理和操作数据。不同的操作系统和文件系统类型可能具有不同的特性和功能，但它们的基本目标都是提供高效、可靠和安全的数据存储和访问机制。

第二章

第二章主要介绍了文本编辑器的使用、程序开发、C语言中的函数调用、C语言程序与汇编代码的链接、链接库、Makefile、GBD、以及大二是数据结构学的结构体、链表、树等知识

自学总结

EMACS

下载完后第一次使用

数据结构课程学过的知识再次不再赘述，直接去找GPT玩——苏格拉底挑战

最终评价

学习过程中遇到的问题

虚拟机太久不用不能正常启动

首先向GPT问了一下，但是它给出的方法似乎并不奏效


于是去CSDN上找大佬文章参考了一下，解决方法参考链接: 这里参考了方法一

我在网上找到的GPT是API模型，对于API模型到底是什么的问题，我还有些不清楚，于是我也请教了gpt

总结

本次学习主要学了课本一二章，第一章是对本书学习的总体介绍，第二章是一些编程背景，其中很多都是大二学过的课程，其他的老师在课上也有演示，跟着GPT的指引EMACS下载也很简单，整体是一次不难但是收获满满的学习，本次学习共与GPT对话58次，多数是有效问答，但是也有少数“人工智障”的情况，我让他向我提问它可能还反问我的问题是什么，一是说明我用的这个版本不够先进，另外也说明我的promote技巧需要提升。