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内存管理总结：
? ? 1、mmap/munmap ?底层是不维护任何东西，只返回一个映射后的内存首地址，所映射的内存位于堆中
? ? 2、brk/sbrk 底层维护一个指针，记录了所映射的内存结尾下一位，所映射的内存也是位于堆中，底层调用了mmap/munmap
? ? 3、malloc/free底层维护一个双向链表和必要的维护信息，所映射的内存也是位于堆中，底层调用了brk/sbrk
? ? 4、每个进程都有4G(32位操作系统)的虚拟内存空间，虚拟内存只是个数字，必须与物理内存建立映射关系才能使用
? ? 5、平时所说的内存的分配和释放有两层含义：
? ? ? ? a、权限的分配和释放
? ? ? ? b、映射关系的建立和取消
? ? 6、重点不是sbrk/brk/mmap/munmap函数的用法，而是理解Linux系统的内存管理机制
一、系统调用(API)
? ? 系统调用就是操作系统提供的一些功能给程序员使用，这些功能已经被封装成C函数的形式，但它们不是标准C的一部分
? ? 一般应用程序运行在用户态(使用的是[0~3G)的虚拟内存)，系统调用时工作在内核态(使用的是[3~4G)的虚拟内存)
? ? 常用的标准库函数绝大部分时间运行在用户态，底层偶尔也会调用系统调用进入内核态
? ? 系统调用时运行就是内核代码，内核代码属于内核的一部分，该代码的外部接口以函数形式定义在共享库中(linux-gate.so ? ?ld-linux.so.2) ?ldd ./a.out
? ? time ./a.out
? ? real ? ?0m0.012s ? ?执行总用时
? ? user ? ?0m0.000s ? ?用户态执行时间
? ? sys ? ? 0m0.000s ? ?内核态执行时间
二、一切皆文件
? ? UNIX/Linux ?为操作方便把所有的服务、设备等内容都抽象成了文件的形式，并提供了一套简单而统一的接口，这部分接口称为系统文件IO
? ? 也就是说UNIX/Linux把任何对象都可以当做文件处理，以文件的形式来访问
? ? 文件分类：
? ? ? ? 普通文件 ? ? ? ?- ? 包括纯文本文件、二进制文件、各种压缩文件
? ? ? ? 目录文件 ? ? ? ?d ? 类似Windows文件夹(必须有执行权限才能进入)
? ? ? ? 块设备文件 ? ? ?b ? 保存大块数据的设备，例如硬盘
? ? ? ? 字符设备文件 ? ?c ? 例如键盘、鼠标等等
? ? ? ? 链接文件 ? ? ? ?l ? 类似Windows的快捷方式
? ? ? ? 管道文件 ? ? ? ?p ??
? ? ? ? Socket文件 ? ? ?s ? 通常用于网络数据链接
三、文件相关的系统调用
? ? #include <sys/types.h>
? ? #include <sys/stat.h>
? ? #include <fcntl.h>
? ? int open(const char *pathname, int flags);
? ? 功能：打开文件
? ? pathname：文件的路径
? ? flags：打开文件的方式
? ? ? ? O_RDONLY ? ?只读?
? ? ? ? O_WRONLY ? ?只写
? ? ? ? O_RDWR ? ? ?读写
? ? ? ? O_APPEND ? ?追加，文件位置指针在末尾
? ? ? ? O_CREAT ? ? 文件不存在则创建
? ? ? ? O_EXCL ? ? ?文件存在则创建失败
? ? ? ? O_TRUNC ? ? 如果文件存在则清空
? ? ? ??
? ? 返回值：文件描述符，类似于标准库函数中的FILE*，代表了一个打开的文件，成功返回非负数，失败返回-1
? ? int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
? ? 功能：创建文件
? ? pathname：文件的路径
? ? flags：打开文件的方式
? ? ? ? 只能写O_CREAT
? ? mode：权限掩码 ?0644 ? S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH
? ? ? ? S_IRWXU ?00700 拥有者 读写执行权限
? ? ? ? S_IRUSR ?00400 拥有者 读权限
? ? ? ? S_IWUSR ?00200 拥有者 写权限
? ? ? ? S_IXUSR ?00100 拥有者 执行权限
? ? ? ? S_IRWXG ?00070 同组 读写执行权限
? ? ? ? S_IRGRP ?00040 同组 读权限
? ? ? ? S_IWGRP ?00020 同组 写权限
? ? ? ? S_IXGRP ?00010 同组 执行权限
? ? ? ? S_IRWXO ?00007 其它 读写执行权限
? ? ? ? S_IROTH ?00004 其它 读权限
? ? ? ? S_IWOTH ?00002 其它 写权限
? ? ? ? S_IXOTH ?00001 其它 执行权限
? ? int creat(const char *pathname, mode_t mode);
? ? 功能：创建文件?
? ? mode：同open的mode?
? ? 返回值：文件描述符?
? ? 练习1:
? ? ? ? 测试fopen的打开方式与open的对应关系 strace ./a.out
? ? ? ? r ? ? ? O_RDONLY
? ? ? ? r+ ? ? ?O_RDWR
? ? ? ? w ? ? ? O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666
? ? ? ? w+ ? ? ?O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0666
? ? ? ? a ? ? ? O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND, 0666
? ? ? ? a+ ? ? ?O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND, 0666
? ? #include <unistd.h>
? ? ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
? ? 功能：把内存中的数据写入到文件中
? ? fd：文件描述符，也就是open的返回值
? ? buf：待写入的内存首地址
? ? count：要写入的字节数
? ? 返回值：成功写入的字节数
? ? ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
? ? 功能：从文件中读取数据到内存中
? ? fd：文件描述符
? ? buf：数据存储的内存首地址
? ? count：想要读取的字节数
? ? 返回值：实际读取到的字节数
? ? int close(int fd);
? ? 功能：关闭文件
? ? 返回值：成功返回0，失败返回-1
? ? 练习2：分别用标准IO和系统IO写入一百万个整数到文件中，测试谁更快，为什么？
? ? 系统IO ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? real?? ?0m1.561s ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? user?? ?0m0.076s ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? sys?? ? ? ?0m1.232s ? ? ??
? ? 标准IO
? ? real?? ?0m0.115s
? ? user?? ?0m0.056s ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? sys?? ? ? ?0m0.004s ?
? ? 直接使用标准IO比系统IO写入的速度更快，原因是标准IO有缓冲区机制，在写入数据时并不是直接调用系统IO，而是先把缓冲区填满，
? ? 然后再调用系统IO把缓冲区中的数据一并写入到文件中，提高读写速度?
? ? 直接使用系统IO会频繁地切换用户态和内核态，更加耗时
? ? 如果我们也给系统IO增加一个缓冲区机制，它的速度就会比标准IO要快
? ? 标准IO > 系统IO?
? ? 系统IO + 缓冲区 > 标准IO ? ? ??
四、随机读写：
? ? 每个打开的文件都有一个记录着读写位置的文件位置指针，对文件的读写操作都从该指针指向的位置进行，位置指针会随着读写操作而增加移动
? ? 一个打开的文件，位置指针指向开头，如果使用O_APPEND，则在文件末尾
? ? 如果想要随意读取文件中的任意位置的数据，可以通过调整位置指针来实现
? ? // 标准IO
? ? int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
? ? 返回值：成功0，失败-1
? ? // 系统IO
? ? off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
? ? fd：文件描述符
? ? offset：偏移量
? ? whence：基础位置
? ? ? ? SEEK_SET ? ?文件开头
? ? ? ? SEEK_CUR ? ?当前位置
? ? ? ? SEEK_END ? ?文件末尾
? ? 返回值：调整后文件位置指针所在的位置
? ?如果在越过文件末尾的位置写入数据，将在中间形成空洞，空洞会被计算入文件大小中，但是不会占磁盘空间
五、系统IO读写文本文件
? ? 系统IO是没有fprintf/fscanf函数的，因此不能直接读写文本文件
? ? 写文本文件：
? ? ? ? 对象 sprintf 转换成字符串，然后在通过write写入文件
? ? 读取文本文件：
? ? ? ? read字符串形式读取，然后再使用 sscanf 解析转换成对应的数据使用
六、文件描述符
? ? 1、非负整数，代表一个打开的文件
? ? 2、通过系统调用(open\creat)返回，也可以被内核空间引用
? ? 3、它代表了一个内核对象(类似于FILE)，因为内核不能暴露该对象的地址，因此通过它来表示
? ? 4、内核中有一张表记录了所有打开的文件对象，文件描述符就是访问这张表的下标，相当于访问文件对象的凭证
? ? ? ? 内核中有三个默认打开的文件描述符
? ? ? ? ? ? 0 ? 标准输入 ? ?stdin
? ? ? ? ? ? 1 ? 标准输出 ? ?stdout
? ? ? ? ? ? 2 ? 标准错误 ? ?stderr
? ? 文件描述符的复制：
? ? int dup(int oldfd);
? ? 功能：复制一个已经打开的文件描述符
? ? 返回值：返回一个没有用过的最小的文件描述符
? ? int dup2(int oldfd, int newfd);
? ? 功能：复制成一个指定的文件描述符
? ? newfd：想要复制成的文件描述符，如果newfd已经打开，会先关闭，再复制
? ? 返回值：返回newfd的值
? ? 注意：复制成功后，相当于两个不同的文件描述符对应同一个打开的文件
? ? 练习3：使用系统IO实现一个带覆盖测试的cp命令
? ? ? ? ? ? ./cp src dest
? ? ? ? ? ? 目标文件存在，是否覆盖(y/n)?
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