day05 进程映射、malloc实现原理、文件操作

回忆昨天内容：
一、程序中错误的处理
errno、perror(3)、strerror(3)
二、GDB调试工具的使用
-g/-ggdb  编译参数
三、进程映射
虚拟地址空间    物理地址
物理内存   虚拟内存
在有操作系统支持的cpu访问的是虚拟地址空间。裸板开发可以直接访问计算机的物理地址空间

内核空间    1G
用户空间    3G

代码段、数据段、堆、栈

作业：
大小段的问题
vi big_little.c

今天内容：
一、进程映射（续）
数据段、代码段、栈、

堆
代码参见process_layout.c

代码段：  字符串、常量
数据段：全局变量、静态的局部变量
堆：使用malloc等一系列函数向系统申请的内存空间在堆里
栈：自动局部变量和形参
注意变量的生命周期


二、使用mmap将物理内存映射到进程的虚拟地址空间

需要使用mmap(2)解决映射的问题
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot,\
         int flags,int fd, off_t offset);
功能：映射文件或设备到内存空间
参数：
addr：映射后的虚拟地址空间的地址（一般为NULL）
length：映射的长度
prot：
PROT_NONE  Pages may not be accessed.
PROT_EXEC  Pages may be executed.
PROT_READ  Pages may be read.
PROT_WRITE Pages may be written.

flags：
MAP_SHARED：
MAP_PRIVATE：

MAP_ANONYMOUS：  不支持文件映射
fd：-1
offset:0
返回值：
MAP_FAILED   错误  errno被设置
成功返回映射区域的地址

int munmap(void *addr, size_t length);
功能：解除内存映射
参数：
addr：是mmap(2)的返回值
length：同mmap(2)函数中的length
返回值：
0 成功
-1 失败  errno被设置

举例：使用mmap将物理内存映射到进程的虚拟地址空间
代码参见mmap.c

补充：
linux操作系统下，一切皆文件。文件是文件，设备也是文件。

值-结果参数。就是指针类型的参数，可以带值返回主调函数。


三、malloc的实现原理（缓存机制）
使用代码验证malloc的缓存机制
代码参见mallo.c
0986f000-09890000
0986f-09890  [heap]   33块*4k/块=132k
09ea5-09ec6
090fe-0911f   33
b7541-b7564   35
了解malloc的缓冲机制。系统一次提供最少33块，每块4k。

四、使用系统调用进行文件的操作
使用库函数对文件进行操作：fopen、fclose、fwrite、fread
使用以下系统调用对文件进行操作
open(2)、close(2)、read(2)、write(2)、lseek(2)
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

int open(const char *pathname, int flags,...);
...代表可变参数
功能：打开一个文件或者设备
参数：
pathname：指定文件的路径名字
flags：
三选一：
O_RDONLY  ：只读方式
O_WRONLY  ：只写方式
O_RDWR    ：读写方式
file creation flags&file status flags
O_CREAT  ：如果文件不存在，则创建文件，需要提供文件的权限。权限的有效性是提供的权限和umask的运算结果
mode & ~umask

O_EXCL   ：与O_CREAT一起指定。文件存在报错。

O_TRUNC  ：如果文件存在将文件内容清0.

O_APPEND ：追加到文件末尾的方式打开文件

mode：
返回值：
-1  错误  errno被设置
返回一个新的文件描述符


文件描述符 非负数 最小的没有被使用的

补充：
-rw-rw-r-- 1 tarena tarena  407  3月 21 11:07 mmap.c

最前边的第一个字符决定了文件的类型
-    普通文件
d    文件夹文件
b    块设备文件
c    字符设备文件
s    socket文件
l    软链接文件
p    管道文件

rw-rw-r--
 u  g  o
    a
u  user  文件的属主
g  group 文件的属组
o  other 其他人
a  all   所有人
0664

umask权限掩码
普通文件创建时，需要将可执行权限去掉。0666
day05$touch a
day05$ls -l a
-rw-rw-r-- 1 tarena tarena 0  3月 21 14:47 a
0664
day05$umask
0002

0666   rw-rw-rw-  110110110    110110110
0002   -------w-  000000010    111111101
0664   rw-rw-r--               110110100

mode&~umask
day05$umask 0033
day05$touch b
day05$ls -l b
-rw-r--r-- 1 tarena tarena 0  3月 21 14:53 b
day05$umask
0033

0666   rw-rw-rw-
0033   ----wx-wx
0644   rw-r--r--

文件描述符：

每个进程都有自己的身份证号。pid
除此之外，每个进程还有自己的户口本。PCB(process control block).PCB中记录了每个进程使用到的计算机的资源的状况。

文件描述符中
0    STDIN_FILENO    标准输入
1    STDOUT_FILENO   标准输出
2    STDERR_FILENO   标准错误输出
close(2)
#include <unistd.h>
int close(int fd);
功能：关闭一个文件描述符
参数：
fd：open(2)的返回值
返回值：
0  成功
-1 错误  errno被设置

举例验证，文件的打开和关闭。
1、以只读方式打开文件。
代码参见read_file.c

2、以读写的方式打开文件，如果文件不存在，创建文件，文件的权限指定为0664.如果文件存在报错。
代码参见  rw_file.c

read(2)
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
功能：从一个文件描述符中读取
参数：
fd：指定文件描述符
buf：将读取出来的内容存放到buf指定的空间里
count：指定读取的最大字节数
返回值：
-1  失败  errno被设置
读取到的字节数

write(2)
#include <unistd.h>
ssize_t  write(int fd,const void *buf,size_t count);
功能：向指定的文件里写内容
参数：
fd：指定文件描述符
buf:buf指定的缓存，将这个缓存里的内容写入文件中
count:最多写入的字节数
返回值：
-1 失败 errno  被设置
实际写入文件的字节数

举例验证。编写代码实现cat命令的功能。生成可执行文件mycat。
代码参见mycat.c

cat filename

总结：
一、进程映射（续）
二、使用mmap将物理内存映射到进程的虚拟地址空间
三、malloc的缓冲机制
四、文件的操作  open、read、write、close

作业：
编写代码实现cp命令的功能。生成可执行文件mycp。