1 系统编程概念
操作系统的主要任务是什么?什么是系统编程? 2 系统编程特点3 Linux系统编程内容4 网络编程内容 1 系统编程概念 操作系统的主要任务是什么?
计算机用户与计算机操作系统的交互类似于银行客户与银行的交互。对应关系如下:计算机硬件—金库,操作系统—银行,系统接口—办事窗口,计算机程序—银行客户。类比银行通过办事窗口向客户提供服务,操作系统通过系统接口向用户提供服务。
为什么要有操作系统呢?如果大家都能直接操作硬件,将会导致数据混乱不安全,同时也会提高使用计算机的难度。操作系统本质上也是一个软件(系统软件),它能够充分组织利用计算机的各种硬件资源(CPU、内存、硬盘、网络等),使资源利用效率最大化。操作系统的设计者为普通用户提供了一些方便使用的接口(系统调用),用户可以通过这些接口编写计算机程序高效利用计算机硬件,以实现特定的功能;类似于银行办事窗口的存取款业务,只要用户提供特定的信息,如身份证信息、存取款信息,银行便会借助金库为客户实现存取款功能。
总之,操作系统的主要任务就是为用户提供方便使用、功能强大的服务。
什么是系统编程?系统编程就是利用操作系统提供的系统调用(system call,即所谓的接口、函数)进行编程,以达到操作各种计算机硬件资源(如磁盘、终端、网络等)的目的。
计算机开机时,首先运行一段名为boot loader的小程序,其主要功能是检查各种硬件,为操作系统内核的运行提供正确的环境。随后,计算机将操作系统内核加载到内存中(内核空间),这也是计算机一开机便会被占用一部分内存的原因。内存中除内核空间之外的空间叫做用户空间,主要运行用户程序等。系统编程主要研究操作系统提供的系统调用,包括系统调用的分类、功能、调用方法等,同时还要掌握系统调用的原理。
2 系统编程特点
无法跨平台(OS)。类比于不同银行内部的运作机制大同小异,不同操作系统底层运行的机制也会有所差别,其向用户提供的系统调用也各有千秋,如 Linux 和 Windows 都有自己独特的系统调用,调用方法、功能也不一样。
速度慢。用户空间到内核空间的切换需要时间,所以系统编程本身并不高效。
更加底层,接口更复杂。系统调用的功能十分强大、可操作性高,但是使用起来极其复杂。
调用 Glibc 库时,库文件和函数原型为:
#include
进行系统调用时,库文件和函数原型为:
#include
文件I/O,缓冲I/O
文件的打开、关闭、读写阻塞与非阻塞IO同步IO内核内幕:虚拟文件系统标准I/O流的打开、关闭与读写控制缓冲线程安全:对文件加锁 多进程编程(进程:正在运行的程序)
进程体系:进程ID、父子进程关系运行新的进程:fork、exec终止进程等待子进程推出特殊进程:僵尸进程、孤儿进程、守护进程 高级进程管理
进程调度完全公平调度算法实时系统的原理与实现 进程间通信IPC
基于文件的简单进程间通信共享内存:互斥锁、条件变量管道:匿名管道与命名管道(理解为用管子将两个进程连接起来,将一个进程的输出作为另一个进程的输入)共享存储映射消息队列信号量套接字 多线程编程
线程与进程的对比(一个进程的生命周期类似于一个人的一生,多线程即一个进程同时处理多个任务,类似于一个人同时做多件事情)线程模型线程API线程模式
一个连接对应一个线程事件驱动 并发、并行与竞争同步:互斥与死锁 线程池的实现信号
基本信号管理发送信号信号集高级信号管理 时间
时间的表示睡眠与等待定时器 终端IO编程
终端驱动程序的模式ncurses库的使用 4 网络编程内容
计算机网络知识补充
计算机网络概论应用层协议传输层协议:TCP与UDP网络层协议、数据链路层协议 TCP网络通信剖析
三次握手与四次挥手TCP流量控制TCP拥塞避免TCP状态转换 socket网络编程接口
socket的创建与关闭Server端:bind、listen、acceptClient端:connect数据的发送与接收:send、recv UDP编程实现
在UDP中使用connect 基于CS模型的TCP客户端与服务端设计与实现P2P模型网络服务的实现HTTP与BS模型简单的网络并发模型基于多进程与多线程
简单的IO多路复用机制