程序员的自我修养——链接，装载与库（一）

程序员的自我修养——链接，装载与库这本书看了差不多有一个多月了，这本书讲了很多计算机底层的知识，也补充了我的知识盲区。但是感觉看完以后前面有的知识有遗忘，因此就想好好的总结一下，也可以更好的理解这本书。

• 计算机三个最重要的硬件是：中央处理器CPU，内存和I/O控制芯片。

• 为了协调I/O设备与总线之间的速度，也为了能够让CUP能够和I/O通信，每个设备都有一个I/O控制器。

• 计算机系统的软件体系结构的设计是分层次的，每个层次之间需要相互的通信，互相通信就需要协议，我们称其为接口。

• 应用程序和操作系统内核通过中间的桥梁系统调用接口进行交互,系统调用是通过中断来实现的。

• 操作系统的功能是：提供抽象的接口和控制硬件的资源。

• 硬件驱动程序对硬件进行管理，硬件驱动程序是操作系统内核的一部分。

• 硬盘的基本存储单位是扇区。

• 早期的内存分配机制存在很多问题，第一，地址空间不隔离。第二，内存使用效率低。第三，程序运行的地址不确定。因此，我们把CPU分配的地址看作一种虚拟地址（虚拟地址往往比物理地址大很多），然后通过某些映射的方法，将这个虚拟地址映射到物理地址，这样就可以解决物理内存地址不足的问题。

• 地址空间分为两种：虚拟地址空间和物理地址空间。物理地址空间是实际存在的地址空间。虚拟地址空间是指虚拟的，人们想象出来的地址空间，其实它并不存在，每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，而且每个进程只能访问自己的地址空间。

• 我们可以使用分段的方法，把程序所需要的虚拟地址空间的大小映射到物理地址空间。分段的方法是将虚拟地址空间进行分段（以程序为单位），然后通过映射函数一一映射到物理地址空间。分段的方法内存的使用效率较低。会产生大量的外部碎片。

• 分页的基本方法是把虚拟地址空间等分成固定的页，把常用的数据和代码页装载到内存中，不常用的代码和数据保存到磁盘里，需要时从磁盘中取出即可。我们把虚拟空间中的页叫虚拟页，把物理空间的页叫做物理页。每个页我们可以设置其属性。

• 线程有时被称为轻量级进程，是程序执行流的最小单元，线程由线程ID，指令指针（程序计数器），寄存器集合和堆栈组成。线程可以共享进程的内存空间。线程可以访问进程内存里面的所有数据。每个线程都有自己私有的内存空间（包括栈，线程局部存储和寄存器）。

• 通过对CPU切换对线程进行调度。

• 线程至少包括三种状态：运行，就绪，等待。当运行态的线程的时间片使用完后，该线程会进入到就绪态。

• 线程调度大都都有优先级调度和轮转法的思想。每个线程都拥有各自的优先级，具有高优先级的线程会更早的执行。

• 频繁等待的线程成为I/O密集型线程。很少等待的线程称为CPU密集型线程。

• 饿死是指线程的优先级相对于其他线程较低，以至于长时间无法被执行，因此导致了该线程进入饿死状态。

• 线程的优先级的改变有三种方式：用户指定优先级，根据进入等待状态的频繁程度提升或降低优先级，长时间得不到执行而提升优先级（饿死状态）。

• 抢占（存在于可以抢占的线程中）：线程在用尽时间片之后会被强制的剖夺继续执行的权力，进入就绪状态，这个过程叫做抢占。

• 不可抢占的线程，线程主动放弃执行存在两种情况：第一，线程试图等待某事件。第二，线程主动放弃时间片。

• 协程是用户态的轻量级的线程。

• 写时复制：指的是两个任务可以同时自由的读取内存，但任意一个任务对内存进行修改时，内存就会复制一份提供给修改方使用，以免影响到其他的任务使用。

• 同步：指在一个线程读取内存时，其他线程不得对这个内存进行读取。

• 同步的最常见的方法是使用锁。下面就让我们介绍一下实现同步的一些方法：

1. 二元信号量是一种最简单的锁，它有两种状态：占用和非占用。它适合只能有一个线程独占访问的资源。当一个线程读取内存时，二元信号量处于占有状态，当这个线程读取完内存时，由另一个线程释放这个二元信号量，以便这个信号量使用。

2. 信号量是对二元信号量的一种扩展，它允许多个线程对内存进行访问。

3. 互斥量和二元信号量很类似，当一个线程获得互斥量对内存数据进行限制，并读取完内存数据后，必须由这个线程对互斥量进行释放。

4. 临界区是比互斥量是比更加严格的同步手段。当一个线程创建一个临界区时（也就是该线程获得临界区的锁时），该线程就会进入临界区。临界区的使用范围，只限于本线程。

5. 读写锁致力于一种更加特定的场合的同步。对于读取频繁，而写入很少时，使用其他锁，效率会比较低，读写锁可以避免这个问题。

6. 条件变量作为一种同步的手段，作用类似于一个栅栏。使用条件变量可以让许多线程一起等待某个事件，当事件发生时，所有的线程可以一起恢复执行。

• 线程的并发（多个任务同时执行，cup对任务进行切换）是由多处理器或操作系统调度来实现的。

• 用户使用的是用户级的线程，用户级的线程与内核级的线程并不是一一对应的。

• 用户态多线程的实现方法： 一对一模型（一般使用API和系统调用的线程）,多对一模型，多对多模型。