從helloworld說起：

#include <stdio.h>

int main()

{

printf("Hello,World\n");

return 0;

}

你能回答如下問題嗎？

·程序?yàn)槭裁匆?jīng)過編譯才能運(yùn)行？

·編譯器把C語言轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的機(jī)器碼的過程做了什么，怎么做的

·最后編譯出來的可執(zhí)行文件里面是什么？除了機(jī)器碼之外還有什么？它們是怎么存放，怎么組織的？

·#include<stdio.h>是什么意思？把stdio.h包含進(jìn)來意味著什么？C語言庫(kù)又是什么？它怎么實(shí)現(xiàn)的？

·不同的編譯器（VC，GCC）和不同的硬件平臺(tái)（x86,SPARC,MIPS,ARM），以及不同的操作系統(tǒng)（Windows，Linux，Unix，Solaris），最終編譯出來的結(jié)果一樣嗎？為什么？

·Hello World程序是怎么運(yùn)行起來？操作系統(tǒng)是怎么裝載它的？它從哪兒開始執(zhí)行，到哪兒結(jié)束？main函數(shù)之前發(fā)生了什么？main函數(shù)之后又發(fā)生了什么？

·如果沒有操作系統(tǒng)，Hello World可以運(yùn)行嗎？如果要在一臺(tái)沒有操作系統(tǒng)的機(jī)器上運(yùn)行Hello World需要什么？應(yīng)該怎樣實(shí)現(xiàn)？

·printf是怎么實(shí)現(xiàn)的？它為什么可以由不定數(shù)量的參數(shù)？為什么它能夠在終端上輸出字符串

·Hello World程序運(yùn)行時(shí)，它在內(nèi)存中是什么樣子的？

萬變不離其宗：

為了協(xié)調(diào)CPU、內(nèi)存和高速的圖形設(shè)備，人們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)高速的北橋芯片，以便它們之間能夠高速的交換數(shù)據(jù)。磁盤、USB、鼠標(biāo)等低速設(shè)備都連接在南橋上。將它們匯總之后連接到北橋上。

CPU的頻率被限制在了4GHz上，為了進(jìn)一步提高CPU速率，采用多核。SMP（Symmetrical Multi-Processing）——對(duì)稱多核處理器

系統(tǒng)軟件可以分成兩塊：一塊是平臺(tái)性的，如操作系統(tǒng)、內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序、運(yùn)行庫(kù)等；另一塊是用于程序開發(fā)的，如編譯器、匯編器、鏈接工具盒開發(fā)庫(kù)。

系統(tǒng)調(diào)用的接口在實(shí)現(xiàn)中往往以軟中斷的方式提供，Linux使用0x80號(hào)中斷作為系統(tǒng)調(diào)用接口，Windows使用0x2E號(hào)中斷作為系統(tǒng)調(diào)用接口。

為了高效的利用CPU資源，采用了躲到程序技術(shù)

搶占式的操作系統(tǒng)可以強(qiáng)制剝奪CPU資源并且分配給它們認(rèn)為目前最需要的進(jìn)程。

文件系統(tǒng)保存了文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)維護(hù)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且保證磁盤中的扇區(qū)能夠有效地組織和利用。

內(nèi)存不夠怎么辦：

早期的操作系統(tǒng)，程序運(yùn)行時(shí)訪問的地址都是物理地址。

內(nèi)存線性分配的缺點(diǎn)：

地址空間不隔離，惡意程序很容易改寫其他程序的內(nèi)存數(shù)據(jù)

內(nèi)存使用效率低，大量的數(shù)據(jù)換入換出，導(dǎo)致效率十分低下

程序運(yùn)行地址的不確定，有時(shí)候地址需要重定位

解決上面這些問題，可以通過增加一個(gè)中間層來實(shí)現(xiàn)。我們通過把程序給出的地址看作是一種虛擬地址，然后通過某種映射機(jī)制，將這個(gè)虛擬地址轉(zhuǎn)換成實(shí)際的物理地址。

地址隔離：每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的虛擬地址空間，而且每個(gè)進(jìn)程只能訪問自己的地址空間，這樣就有效地做到了進(jìn)程的隔離

分段的基本思路就是把一段與程序所需要的內(nèi)存空間大小的虛擬空間映射到某個(gè)地址空間。

通過分段解決了問題1、3，實(shí)現(xiàn)了地址隔離，不需要對(duì)程序進(jìn)行地址重映射，因?yàn)樵诔绦騿T操作的是虛擬地址。

根據(jù)程序的局部性原理，當(dāng)一個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，它只是頻繁地用到了一小部分?jǐn)?shù)據(jù)，很多數(shù)據(jù)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)都是不會(huì)被用到的。我們可以使用更小的內(nèi)存 分割和映射粒度，這種方法就分頁，達(dá)到提高了內(nèi)存的使用率

虛擬存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)需要依靠硬件的支持，通過一個(gè)叫MMU的部件來進(jìn)行頁映射。

虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換過程：

線程，有時(shí)被稱為輕量級(jí)進(jìn)程(Lightweight Process，LWP），是程序執(zhí)行流的最小單元。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID，當(dāng)前指令指針(PC），寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源，但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤消另一個(gè)線程，同一進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。由于線程之間的相互制約，致使線程在運(yùn)行中呈現(xiàn)出間斷性。線程也有就緒、阻塞和運(yùn)行三種基本狀態(tài)。每一個(gè)程序都至少有一個(gè)線程，那就是程序本身。

引入線程的好處：

1 創(chuàng)建一個(gè)新線程花費(fèi)的時(shí)間少。

2 兩個(gè)線程（在同一進(jìn)程中的）的切換時(shí)間少。

3 由于同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件，所以線程之間互相通信不必調(diào)用內(nèi)核。

4 線程能獨(dú)立執(zhí)行，能充分利用和發(fā)揮處理機(jī)與外圍設(shè)備并行工作的能力。

線程的訪問權(quán)限：

線程的優(yōu)先級(jí)改變一般有三種方式：

·用戶指定優(yōu)先級(jí)

·根據(jù)進(jìn)入等待狀態(tài)的頻繁程度提升或降低優(yōu)先級(jí)

·長(zhǎng)時(shí)間得不到執(zhí)行而被提升優(yōu)先級(jí)

線程在用盡時(shí)間片之后會(huì)被強(qiáng)制剝奪繼續(xù)執(zhí)行的權(quán)利,進(jìn)入到就緒狀態(tài),這個(gè)過程就叫做"搶占"(Preemption)

Linux下的多線程:

Linux將所有的執(zhí)行實(shí)體(無論進(jìn)程還是線程)都稱為任務(wù),每個(gè)任務(wù)概念上都類似于一個(gè)單線程實(shí)體,都成為任務(wù)(Task)

同步：是指在一個(gè)線程訪問數(shù)據(jù)未結(jié)束的時(shí)候，其他線程不得對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。

同步最常用的方法是“鎖”。

二元信號(hào)量是最簡(jiǎn)單的鎖，只有兩種狀態(tài)：占用、與非占用

多元信號(hào)量，簡(jiǎn)稱為信號(hào)量。一個(gè)初值為N的信號(hào)量允許N個(gè)線程并發(fā)訪問。

互斥信號(hào)量：和二元信號(hào)量類似，

區(qū)別：一般的信號(hào)量可以被系統(tǒng)中的一個(gè)線程獲取之后由另一個(gè)線程釋放，而互斥信號(hào)量則要求哪個(gè)線程獲取了互斥信號(hào)量，哪個(gè)線程就要負(fù)責(zé)釋放掉這個(gè)鎖。

臨界區(qū)：是一種比互斥信號(hào)量更嚴(yán)格的同步手段，獲取臨界區(qū)的鎖稱為進(jìn)入臨界區(qū)，釋放稱為離開臨界區(qū)。

區(qū)別：臨界區(qū)和互斥信號(hào)量的區(qū)別在于互斥信號(hào)量在系統(tǒng)的任何進(jìn)程里面都是可見的，也就是說，一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建了一個(gè)互斥量或信號(hào)量，另一個(gè)進(jìn)程試圖去獲取該所是合法的。然而，臨界區(qū)的作用范圍僅限于本進(jìn)程，其他進(jìn)程無法獲取該鎖。

讀寫鎖

條件變量

條件變量與互斥鎖，信號(hào)量的區(qū)別

1.互斥鎖必須總是由給它上鎖的線程解鎖，信號(hào)量的掛出即不必由執(zhí)行過它的等待操作的同一進(jìn)程執(zhí)行。一個(gè)線程可以等待某個(gè)給定信號(hào)燈，而另一個(gè)線程可以掛出該信號(hào)燈。

2.互斥鎖要么鎖住，要么被解開（二值狀態(tài)，類型二值信號(hào)量）。

3.由于信號(hào)量有一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的狀態(tài)（它的計(jì)數(shù)值），信號(hào)量掛出操作總是被記住。然而當(dāng)向一個(gè)條件變量發(fā)送信號(hào)時(shí)，如果沒有線程等待在該條件變量上，那么該信號(hào)將丟失。

4.互斥鎖是為了上鎖而設(shè)計(jì)的，條件變量是為了等待而設(shè)計(jì)的，信號(hào)燈即可用于上鎖，也可用于等待，因而可能導(dǎo)致更多的開銷和更高的復(fù)雜性。

一個(gè)函數(shù)要可重入必須具備以下特點(diǎn)：

·不使用任何（局部）靜態(tài)或全局的非const變量

·不返回任何（局部）靜態(tài)或全局的非const變量的指針

·僅依賴于調(diào)用方提供的參數(shù)

·不依賴任何單個(gè)資源的鎖（mutex等）

·不調(diào)用任何不可重入的函數(shù)

上鎖不一定能實(shí)現(xiàn)線程安全，因?yàn)榫幾g器可能做出過度的優(yōu)化。

編譯器為了提高x的訪問速度，把x放到了某個(gè)寄存器里面，那么我們知道不同線程的寄存器是各自獨(dú)立的。因此可能上鎖也不管用。

可以使用volatile關(guān)鍵字防止編譯器過度優(yōu)化：

·阻止編譯器為了提高速度將一個(gè)變量緩存到寄存器內(nèi)而不寫回

·阻止編譯器調(diào)整操作volatile變量的指令順序

以下部分出自：

源文檔 <http://hi.baidu.com/yibobin/blog/item/e1b13cfa1a335bd1b58f317e.html>

c++new的兩個(gè)步驟：分配內(nèi)存；調(diào)用構(gòu)造函數(shù)

// Singleton《設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖A(chǔ)》

volatile T* pInst=0;

T* GetInstance()

{

// 雙層if讓lock的開銷降低到最小

if (pInst==NULL)

{

lock();

if(pInst==NULL)

/*

1.分配內(nèi)存

2.在內(nèi)存的位置上調(diào)用構(gòu)造函數(shù)

3.將內(nèi)存的地址賦值給pInst

*/

pInst=new T;

/*

上面第2，3步順序可以顛倒，也就是說

pInst的值已經(jīng)不是NULL，但對(duì)象仍然沒有構(gòu)造完畢，這時(shí)另一個(gè)GetInstance的并發(fā)調(diào)用此時(shí)第一個(gè)if里為false

這時(shí)就會(huì)范圍尚未構(gòu)造完全的對(duì)象地址pInst以提供給用戶使用

*/

unlock();

}

return pInst;

}

/* 阻止換序：可以加barrier指令阻止CPU將該指令之前的指令交換到barrier之后。

T* tenp=new T;

barrier();

pInst=tenp;

*/

make it simple, make it happen

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的程序员的自我修养学习笔记——第一章的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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