操作系统
Unix/Linux环境C语言，以学习操作系统的接口的方法来学习，理解操作系统的运行机制以及一些网络协议。
C/C++ 语言和数据结构算法 与平台无关，重点是算法逻辑
Unix/linux/Android/ios平台相关，系统接口
嵌入式/驱动/移植 硬件相关，硬件接口
环境介绍
内存管理
文件操作
文件管理
信号处理
进程管理
进程通信
网络通信
线程同步
线程管理
2、 Unix操作系统
系统特点：多用户、多任务，支持多种处理器架构，高安全性，高可靠性，高稳定性。
既可以构建大型关键业务系统的商用服务器，也可以构建面向移动终端的，手持设备等相关的嵌入式应用
三大衍生版本：System V（银行，电信在使用的服务器系统） ， Berkley（MacOS IOS带界面） ，Hybrid（Minix Linux）
3、Linux操作系统
类Unix系统，免费开源，它指的是系统的内核，凡是使用这种内核的操作系统都叫Linux系统（发行版），严格意义上将Lunix指的是内核，隶属于GUN工程。
手机，平板电脑，路由器，视频游戏控制平台，PC，大型计算机，超级计算机
标志是一个企鹅
Minix操作系统是一个微型的类Unix系统、免费开源，而Linux之父就是参照了这款操作系统，才写出了第一个版本的Linux内核代码
GUN工程是 自由软件基金会 所创立的一个开源组织，基本原则就是共享，主旨是发展出一个有别于商业Unix的免费且完整的类Unix系统–GUN Not Unix.目前Linux内核由它进行维护，所以Linux也叫GUN Linux
GPL通用公共许可证：
允许对某些成果及派生成果重用，修改，复制，对所有人都是自由的，但不申明做了原始工作，或申明由他人所作。
POSIX标准：统一的系统编程接口规范：接口形式 名字 参数 返回值，它保证了应用程序源码级的可移植性
特点：
多用户、多用户
遵循GUN/GPL 具有开放性
有丰富的网络功能
可靠的系统安全
良好的可移植性
发行版：
Debian
Ubuntu
Fedora
Radhat
CentOS
4、GUN编译器（编译框架）
1、支持众多编程语言，平台
2、构建过程（C代码是如何变成可执行文件的）
预处理：把程序员所编译的C代码翻译成标准的C代码
汇编：把预处理后的C代码翻译成汇编代码
编译：把汇编代码翻译成二进制指令
链接：把若干个目标文件合并成一个可执行文件
3、查看版本:gcc -v
4、文件后缀
.h 头文件
.gch 头文件的编译结果，一般删除不要保留
.c 源文件
.i 预处理文件
.s 汇编文件
.o 目标文件
.a 静态库文件
.so 共享库文件
5、参数
-E 预处理
-S 汇编
-c 编译（只生成目标文件）
-o 指定编译结果的名字
-Wall 产生尽可能多的警告
-Werror 把警告当错误处理
-x 指定编译的语言
-g 生成调试信息
-On 编译优化的级别
头文件的作用是什么？编译时头文件找不到怎么办
-D 编译时定义宏
-l 链接里添加库
-I 指定头文件的查找路径，配置环境变量
1、打开 vim ~/.bashrc
2、在文件末尾，添加一行export C_INCLUDE_PATH=$C_INCLUDE_PATH:NEW_PATH
3、重新加载配置文件 source ~/.bashrc
注意：如果要删除的环境变量需要在~/.bashrc文件中删除环境变量后，退出终端重新打开
考题1：#include<> / #include""区别？
考题2：头文件中可以编写哪些内容？
考题3：头文件的作用？
1、说明对应的.c文件的内容有哪些（声明函数，全局变量）。
2、定义结构、联合、枚举、宏
3、类型重定义。
虽然函数可以隐式申明，但不准确，而且非常有可能造成严重错误
6、预处理指令
#include 文件包含，区分""和 <>的区别
#define 定义宏常量或函数
#undef 删除宏
#把标志符转换成字符串 hehe->"hehe"
##合并标识符
#error 在编译期间产生错误
#warning 在编译期间产生警告
#pragma GCC dependency 用于监控文件，防止所依赖的文件，修改后不知道
#pragma GCC poison 禁用某些表示符
#pragma pack(n)设置结构、联合的补齐和对齐字节数
n的值必须比默认的要小
对齐边界必须是2的较小次方
#line 指定当前行的行号
5、库
库就是目标文件（代码）的集合，我们把不需要升级更新维护的代码打包合并在一起，方便使用，也可以对源代码进行保密。
1、静态库
静态库在使用时是把被调用的代码复制到调用模块中，然后在执行程序时，静态库就不需要了
静态库的执行速度快，但占用空间大。当库中的内容发生变化时，需要重新编译出新的程序，因此不能轻易修改库中的内容
2、共享库
共享库只是在调用模块中嵌入调用代码的在库的相对位置的地址，当执行程序时，共享库的程序一起加载到内存中，当执行到调用共享库中代码的指令时条转到共享中执行，执行完毕后在跳转回来。
占用空间小，方便更新（共享库发生变化后，程序不需要再次编译），相对于静态库执行效率略低。
静态库的扩展名.a 共享库（动态库）的扩展名.so
6、静态库
1、创建静态库
编译源代码：vi .c/.h
编译源代码：gcc -c XXX.c->xxx.o
打包生成静态库：ar -r libxxx.a x1.o x2.o
ar命令的一些参数：
-r 把目标文件添加到静态库中，已经存在的更新
如果库文件不存在就创建
-q 将目标文件追加到静态库的末尾
-d 从静态库中删除目标文件
-t 显示静态库中有哪些目标文件
-x 把静态库展开成目标文件
2、调用静态库
直接调用：调用者和库在同一路径下
gcc main.c libxxx.a(一起gcc)
设置环境变量：设置方法与C_INCLUDE_PATH类似
1、打开vim ~/.bashrc 文件
2、在文件末尾添加一行
export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:库文件的路径
3、重新加载配置文件 source ~/.bashrc
4、编译时要指定库名
gcc main.c -lmath
设置参数： -L路径
gcc main.c -L路径 -lmath
3、运行
在编译时已经把函数的二进制复制到可执行文件中了，在执行文件时不在需要静态库文件
7、共享库
1、创建共享库
编写代码： vi .c/.h
编译出位置无关的目标文件：
gcc -c -fpic xxx.c ->xxx.o
链接生成共享库：
gcc -shared xxx.o xxx2.o… -o libxxx.so
2、调用共享库
直接调用：调用者和库在同一路径下
gcc main.c libxxx.so(一起gcc)
设置环境变量：设置方法与C_INCLUDE_PATH类似
1、打开vim ~/.bashrc 文件
2、在文件末尾添加一行
export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:库文件的路径
3、重新加载配置文件 source ~/.bashrc
4、编译时要指定库名
gcc main.c -lmath
设置参数： -L路径
gcc main.c -L路径 -lmath
3、运行
在使用共享库时，调用者只是记录了被调用代码在库的位置，因此在执行时需要共享库同时被加载
操作系统会根据LD_LIBRARY_PATH中的环境变量的设置来共享库。
8、动态加载共享库
使用前加头文件
#include<dlfcn.h>
1、加载共享库:
2、获取标志符地址，使用handle:共享库的句柄
symbol:标识符的名字
返回值：标识符在共享库中的位置（地址可以解引用，或跳转过去）
3、卸载共享库
handle:共享库的句柄
返回值：成功返回0，错误返回-1
4、获取错误信息
在共享库的过程中出现错误，以字符串的形式返回
9、辅助工具
nm：察看目标文件、可执行文件、静态库、共享库中的符号列表
ldd:查看可执行程序所依赖的共享库有哪些
strip:减肥，去掉目标文件，可执行文件，静态库和共享库中的符号列表，调试信息
objdump:显示二进制模版的反汇编信息
作业
把链表、栈、队列、有序二叉树、查找、排序封装成算法共享库
把之前做项目常用的函数，封装成工具共享库（libtools.so）
10、错误处理
1、通过函数返回值表示错误
返回值合法表示成功，非法表示失败
返回有效指针表示成功，空指针（NULL/0xffffffff）表示失败
返回0表示成功，-1表示失败
永远成功,printf
练习1:求字符串的长度 str_len，若指针为空则返回错误
练习2:字符串拷贝函数 str_cpy（char* dest,size_t dlen,char* src），考虑目标的溢出问题，如果目标位置无效或超出则报错
练习3:intmin 求两个整数的最小值，二者相等则报错
练习4:intagv 求两个整数的平均值，该函数永远成功
2、通过errno表示错误
errno是一个全局变量，它的声明在errno.h文件中，随时发生变化
可以将他转化成有意义的字符串strerror(errno)<=>perror("msg")
注意：在函数执行成功的情况下不会修改errno的值
因此不能以errno的值不等于0就判断函数执行出错了（还要看函数返回值，一般于之配合使用）通过返回值判断是否出错，而通过perror查询出了什么类型的错误。
11、环境变量
以字符串形式存在的，绝大多数记录的是路径信息，他表示了当前操作系统的资源配置，环境设置等相关消息。
1、环境变量表
每个程序运行时，操作系统都会把所有的环境变量记录到一张表中，传给程序。
(1)通过main函数参数获取 int main(int argc,char* argv,char* environ)
(2)通过申明为全局变量获取 extern char** environ
2、环境变量函数
char *getenv(const char *name);
功能：根据环境变量名，获取环境变量的值
int putenv(char *string);
功能：以name=value形式设置环境变量，如果环境变量存在则更新，不存在则添加
返回值：成功返回0，失败返回-1
int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite)
功能：设置name环境变量的值为value,如果name存在且overwrite不为0则更新，否则不变
int unsetenv(const char *name)
功能：从环境变量表中删除name
int clearenv(void);
功能：清空环境变量标
注意：操作系统记录的环境变量的数据记录是一块特殊的存储空间，而在程序自己添加的环境变量需要自己准备存储空间
注意：对于环境变量的修改，只能影响自己，不能影响别人
练习5：从文件中读取一个程序的配置信息
ServerIP = 192.168.0.1
Port = 8899
Maxsize = 100
ContinueSec = 3
LogPath = /zhizhen/temp/
DataDath = /zhizhen/data/
练习6：给LIBRARY_PATH添加一个路径（/home/zhizhen/lib）
12、内存管理
自动分配/释放内存（智能指针auto_ptr） STL 调用标准C++中的new/delete
new/delete 构造/析构 C++ 标准C中的malloc/free
malloc/free 标准C 调用Linux系统接口
Linux的brk/sbrk POSIX（操作系统的标准接口）调用内核接口
mmap/munmap Linux 调用内核接口
kmalloc/vmalloc 内核层 调用驱动
get_free_page 驱动 。。。。
13、进程映像
程序是保存在磁盘上的可执行文件，加载到内存中被操作系统调用执行的程序叫进程。（正在运行的程序），同一个程序，可以被操作系统调用多次，形成多个不同的进程（身份不同，功能相同）
进程在内存空间的分布的情况叫进程映象，从低地址到高地址排列的是：
代码段/只读段：
放的是可执行指令（二进制指令、字符串字面值、具有const属性且被初始化过的全局变量静态变量）
数据段：被初始化过的全局变量静态变量
BSS段：没有被初始化过的全局变量静态变量，进程一旦加载成功就会把这段内存清理为零
堆：动态的分配，动态的管理，需要程序员手动操作
栈:非静态的局部变量，包括函数的参数、返回值
从高地址向低地址使用，和对内存之间存在一段空隙
命令行参数及环境变量表:能改。存放命令行参数、环境变量表(存储在栈里面)
练习7：在一个程序中打印各段内存的地址，然后与操作系统中的内村分配情况表比较，然后一一对应内存的分配情况
getpid() 可以获取进程的编号
cat /proc/xxxx/maps
size 程序名 查看text data bss个段的大小
14、虚拟内存（32位）
每一个进程都有各自独立的4G字节的虚拟地址空间，我们在编程时使用的永远都是这4G的虚拟地址空间中的地址，永远无法直接访问物理地址
操作系统不让程序直接访问物理内存而只能使用虚拟地址空间，一方面为了操作系统自身的安全，另一方面可以让程序使用到比物理内存更大的空间（把硬盘上的特殊文件与虚拟地址空间进行映射）。
这4G的虚拟地址空间被分为两个部分：
0-3G 为用户空间
3~4G 为内核空见（操作系统使用）
注意：用户空间的代码不能直接访问内核空间的代码和数据，但可以通过系统调用（不是函数，但以函数形式调用）进入到内核态，间接与内核交换数据 内核占据主动
如果使用了没有映射过或者访问了没有权限的的虚拟内存地址，就会产生段错误（非法内存访问）
一个进程对应一个用户空间，进程一旦切换，用户空间也会发生变化，内核空间由操作系统管理，不会随着进程的切换而变换。
内核空间由内核所管理的独立且唯一的init_mm表进行内存映射，而用户空间的表是每一个进程一张
注意：每个进程的内存空间完全独立，不同的进程间交换虚拟内存地址没有任何意义，所以进程之间不能直接进行通行。但可以由内核中转协调
虚拟内存到物理内存映射是以页为单位，一页= 4K = 4096 字节
15、内存管理API
sbrk,brk都可以进行映射内存的取消映射（系统级的内存管理）
void *sbrk(intptr_t increment);
increment：
0 获取未分配前的内存首地址（也就是已经分配的尾地址）
>0 增加内存空间
<0 释放内存空间
返回值：未分配前的内存首地址，以字节为单位
int brk(void *addr);
功能：设置未分配内存的首地址
返回值：成功返回0，失败返回-1
它们背后维护着一个指针，该指针记录的是未分配内存的首地址，也是当前堆内存的最后一个字节的下一个的位置，每次至少一个页。
但为了方便，一般用sbrk分配内存，用brk释放内存
注意：sbrk和brk分配和释放的都是使用权，真正的映射工作由其他的系统调用完成（mmap/munmap）
练习8：计算1000以内的素数，存储到堆内存中，不要浪费内存（sbrk,brk）