os复习
2019-06-21

1题基本概念
2题进程和虚存
1题文件系统
1题并发编程

编译链接

`gcc -o`的系统调用

预处理->编译->链接
strace:
- -f:跟踪由fork调用所产生的子进程

`elf`文件格式

readelf命令

终端 shell

为什么按键能显示在屏幕上?按下回车命令就会执行?

I/O设备模型

I/O设备:可以与计算机(?)进行数据传输的硬件(?)
1. 发送命令
2. 读取状态
3. 传输数据
设备驱动程序:进程(operating system?)与设备控制器(?)之间的通信程序

$ ps
  PID TTY          TIME CMD
 6577 pts/3    00:00:00 zsh
 9178 pts/3    00:00:00 ps

$ ps -l
F S   UID   PID  PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
0 S  1000  6577  1883  0  80   0 -  7676 sigsus pts/3    00:00:00 zsh
4 R  1000  9265  6577  0  80   0 -  7531 -      pts/3    00:00:00 ps

polling
interupt
hybrid
DMA(直接存储器访问):允许外设可以独立地直接读写系统的存储器(?),而不需要cpu介入处理

`./hello`如何被执行

先调用fork
子进程调用execve->hello
父进程wait

execve不会改变进程文件的状态,只会把进程替换成另一个程序

$ sudo echo "a" > shit
zsh: 权限不够: shit # 重定向发生在`execve`之前,open失败

$ sudo bash -c 'echo "a" > shit'

加载器(文件如何变成进程?)

第一条指令在哪里?

`main`函数执行之前,系统发生了什么?

gdb shit

(gdb) starti
Program stopped.
0x00007ffff7fd4090 in _start () from /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 
# 不是hello的_start,是加载器的_start(静态链接)(动态加载在操作系统的...)

(gdb) info inferior # 查看进程号
* 1    process 6569      /shit

$ pmap 6569
6569:   /shit
0000555555554000      4K r---- shit # 代码和数据
0000555555555000      4K r-x-- shit
0000555555556000      4K r---- shit
0000555555557000      8K rw--- shit
00007ffff7fce000     12K r----   [ anon ]
00007ffff7fd1000      8K r-x--   [ anon ]
00007ffff7fd3000      4K r---- ld-2.28.so
00007ffff7fd4000    128K r-x-- ld-2.28.so
00007ffff7ff4000     32K r---- ld-2.28.so
00007ffff7ffc000      8K rw--- ld-2.28.so
00007ffff7ffe000      4K rw---   [ anon ]
00007ffffffde000    132K rw---   [ stack ]
ffffffffff600000      4K r-x--   [ anon ]
 total              352K

(gdb) b _start
Breakpoint 1 at 0x555555555060

(gdb) c
Breakpoint 1, 0x0000555555555060 in _start ()

$ pmap 6569
6569:   /shit
0000555555554000      4K r---- shit
0000555555555000      4K r-x-- shit
0000555555556000      4K r---- shit
0000555555557000      4K r---- shit
0000555555558000      4K rw--- shit
00007ffff7dc3000    136K r---- libc-2.28.so # printf的代码
00007ffff7de5000   1476K r-x-- libc-2.28.so
00007ffff7f56000    304K r---- libc-2.28.so
00007ffff7fa2000      4K ----- libc-2.28.so
00007ffff7fa3000     16K r---- libc-2.28.so
00007ffff7fa7000      8K rw--- libc-2.28.so
00007ffff7fa9000     24K rw---   [ anon ]
00007ffff7fce000     12K r----   [ anon ]
00007ffff7fd1000      8K r-x--   [ anon ]
00007ffff7fd3000      4K r---- ld-2.28.so
00007ffff7fd4000    128K r-x-- ld-2.28.so
00007ffff7ff4000     32K r---- ld-2.28.so
00007ffff7ffc000      4K r---- ld-2.28.so
00007ffff7ffd000      4K rw--- ld-2.28.so
00007ffff7ffe000      4K rw---   [ anon ]
00007ffffffde000    132K rw---   [ stack ]
ffffffffff600000      4K r-x--   [ anon ]
 total             2320K

...
Breakpoint 1, 0x0000555555555149 in main ()

$ pmap 6569
# 输出同上

printf

`printf`代码位于何处?

objdump

static void __attribute__ ((constructor)) fuck()// 在main之前执行
{
  printf("hello\n");// 编译优化,puts
}

实现线程安全的`printf`?(20分的并发编程题)

PV操作

P操作P(S):将信号量S减去1,若结果小于0,则把调用P(S)的进程置成等待信号量S的状态,即为请求资源
V操作V(S):将信号量S加上1,若结果不大于0,则释放一个等待信号量S的进程,即为释放资源

生产者消费者问题

条件变量(先上锁?)

void producer() 
{
  while (1) {
    mutex_lock(&mutex);

    if (count == n) wait(&notfull, &mutex);
    produce();
    count ++;
    signal(&notempty);

    mutex_unlock(&mutex);
  }
}

void consumer() 
{
  while (1) {
    mutex_lock(&mutex);

    if (count == 0) wait(&notempty, &mutex);
    consume();
    count --;
    signal(&notfull);
    
    mutex_unlock(&mutex);
  }
}

信号量(后上锁?)

void producer()
{
  while (1) {
    P(&space);
    mutex_lock(&mutex);

    produce();

    mutex_unlock(&mutex);
    V(&items);
  }
}

void consumer()
{
  while (1) {
    P(&items);
    mutex_lock(&mutex);

    consume();

    mutex_unlock(&mutex);
    V(&space);
  }
}

printf末尾换行

异常退出

int main()
{
  FILE *fp = fopen("del", "w");
  setbuf(fp, NULL); // 自定义fp的缓冲区,NULL:不要缓冲区
  fputs("fuck", fp);
  assert(0);// 程序异常退出
  return 0;
}

# cont'd
$ gcc hello.c -o shit
$ ./shit
shit: hello.c:11: main: Assertion `0' failed.

$ cat del
fuck%

fork

int main()
{
  for (int i = 0; i < n; i ++) {
    fork();
    printf("hello\n");
  }
  return 0;
}

n	`./hello │ wc -l`	`./hello`
1	2	2
2	8	6

int main()
{
  setbuf(stdout, NULL);
  for (int i = 0; i < n; i ++) {
    fork();
    printf("hello\n");
  }
  return 0;
}

n	`./hello │ wc -l`	`./hello`
1	2	2
2	6	6

printf的系统调用

ltrace命令
libc缓冲区
write系统调用

write

write写到哪里?

文件描述符对应的文件,例如一个设备(/dev/ttyx),或是文件系统中的一个文件

文件系统如何实现?

文件系统:存储和组织计算机数据的方法(?)

FAT(文件分配表)

FAT32文件系统快速入门,CSDN
长文件名

ext2(inode)

鸟哥的Linux私房菜:Linux的ext2档案系统

最大单一文件大小
1. 12直接,1间接,1双间接,1三间接,设块大小为x(kb),1个block号4byte
2. x*12 + x*(x*1024/4) + x*(x*1024/4)^2 + x*(x*1024/4)^3(byte)
资料存放区:inode table,data block
metadata:superblock,block bitmap,inode bitmap

如何保护我们的数据不受损害?

RAID

鸟哥的Linux私房菜:Software RAID

RAID	容量	容错	顺序度	随机读	顺序写	随机写
0	$n$	0	$n$	$n$	$n$	$n$
1	$n/2$		$> n/2$	$n$	$n/2$	$n/2$
4	$n-1$	1	$n-1$	$n-1$	$n-1$	$1/2$
5	$n-1$	1	$n-1$	$n$	$n-1$	$n/4$

fsck

扫描inodes里的所有数据块,检查bitmap的一致性

日志

鸟哥的Linux私房菜:Linux的ext2档案系统

在磁盘上保存所有对数据结构的操作,每次启动时重做这些操作,在内存里重新建立文件系统

优化

批处理
Metadata journaling
- 只对inode和bitmap做journaling,数据可以随意写入

编译 链接

gcc -o的系统调用

elf文件格式

终端 shell

为什么按键能显示在屏幕上?按下回车命令就会执行?

I/O设备模型

./hello如何被执行

加载器(文件如何变成进程?)

第一条指令在哪里?

main函数执行之前,系统发生了什么?

printf

printf代码位于何处?

实现线程安全的printf?(20分的并发编程题)

PV操作

生产者消费者问题

printf末尾换行

printf的系统调用

write

write写到哪里?

文件系统如何实现?

FAT(文件分配表)

ext2(inode)

如何保护我们的数据不受损害?

RAID

fsck

日志

编译链接

`gcc -o`的系统调用

`elf`文件格式

`./hello`如何被执行

`main`函数执行之前,系统发生了什么?

`printf`代码位于何处?

实现线程安全的`printf`?(20分的并发编程题)