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# 信号基础 # 中断 中断是计算机系统中硬件和操作系统之间进行通信的一种基础机制，它使得系统能够响应紧急事件或需要立即处理的情况。中断分为两大类： 硬件中断：由硬件设备触发，例如键盘、鼠标、磁盘驱动器等。当这些设备需要 CPU 注意时，它们会发送一个信号给 CPU，请求进行某些操作，如数据传输或状态变更。 软件中断：由软件程序触发，通常是通过执行特定的中断指令来实现。软件中断用于实现系统调用，允许用户态程序请求操作系统提供的服务。 中断机制允许硬件设备或软件程序在需要时通知 CPU，从而确保了系统能够及时响应外部事件或程序请求。CPU 接收到中断信号后，会保存当前状态，转而执行相应的中断

# 管道 进程间通信（IPC）是多任务操作系统中的关键功能，允许进程之间交换信息。一种自然的 IPC 方式是利用文件系统作为中介： 基于文件的通信：在这种方式中，一个进程通过打开并读写文件来存储信息，而另一个进程则打开同一个文件来读取这些信息。尽管这种方法简单直观，但它依赖于磁盘 I/O 操作，这可能导致较低的通信效率。 为了提高通信效率，操作系统提供了一种特殊的文件系统对象，即 命名管道（Named Pipe，FIFO）： 命名管道：这是一种特殊的文件，存在于文件系统中，但它允许进程通过内核维护的缓冲区直接交换数据，而不是通过磁盘。这种方式减少了磁盘 I/O 操作，从而提

# 进程控制 # 孤儿进程 在操作系统中，如果父进程在子进程退出之前终止，子进程的状态会发生变化，成为所谓的 “孤儿进程”。在这种情况下，操作系统会将孤儿进程自动分配给 PID 为 1 的特殊进程，即 init 进程，作为其新的父进程。 孤儿进程的处理： 收养机制：操作系统确保所有孤儿进程都有一个父进程。当父进程退出时，操作系统会介入，将孤儿进程的父进程设置为 init 进程（PID 为 1）。 资源清理：当孤儿进程退出时，它的资源清理工作将由其新的父进程 ——init 进程来完成。这确保了系统资源得到适当的释放和回收。 init 进程的角色：init 进程：在类 UNIX 系统中，ini

# 进程 # 操作系统的背景 批处理系统： 操作系统的最初原型是批处理系统，这种系统允许操作员将所有任务集中起来，由系统自动读取并执行。当一个任务完成后，系统会自动执行下一个任务。然而，批处理系统的主要问题是在任务执行过程中经常需要等待 IO 操作，导致 CPU 频繁空闲。 多道程序设计： 为了解决 CPU 空闲的问题，引入了多道程序设计技术。在这种设计中，内存被划分为多个区域，每个区域存储一个任务的指令和数据。这样，当一个任务等待 IO 操作时，另一个任务可以使用 CPU，从而提高 CPU 的利用率。 分时系统： 除了提高 CPU 利用率，程序员还希望计算机能够快速响应他们的操作。这种需求催

# 管道 # 通信的方式 在通信系统中，根据数据传输的方向和方式，通信可以被分为单工、双工和半双工三种模式。 通信方式 描述 单工通信 永远只能由一方向另一方发送数据 半双工通信 双方都可以收发数据，但是在同一时刻只能一端发另一端收 全双工通信 两端可以同时收发数据 # 命名管道 Linux 中的命名管道（named pipe）是一种特殊类型的文件，又称为 FIFO。它为进程提供一个独立于文件的实际 I/O 来源和目的地。在 Linux 系统中它是一种重要的进程间通信（IPC）的机制。 管道虽然看起来像是磁盘上的文件，但实际上是一个数据流或缓冲区，与匿名管

# 无缓冲文件流 带用户态缓冲区的文件流： 这类文件流属于语言的库函数，是对系统调用的封装。 它们使用用户态缓冲区来减少系统调用的次数，提高 I/O 操作的效率。 用户程序通过缓冲区与文件进行交互，而不需要直接进行系统调用。 用户态缓冲区的作用： 用户态缓冲区作为数据传输的中间层，由语言的标准库管理。 它的存在简化了用户程序的 I/O 操作，因为用户程序不需要关心缓冲区的内部管理。 无缓冲的文件 I/O： 在某些情况下，应用程序可能需要直接与内核进行数据交互，而不是通过用户态缓冲区。 无缓冲的 I/O 通常使用系统调用直接进行，这种 I&#x

# 文件系统编程概述 # 三种类型的函数对比 ISO C 标准库函数： 这些函数是由 ISO（国际标准化组织）提供的，具有最好的通用性和跨平台性。在所有遵循 ISO 标准的现代 C 编译平台上，这些函数的行为都是一致的。 这些函数提供了一些通用的功能实现，例如： printf 、 scanf 、 fopen 、 malloc 等。 它们在 man 手册的第 3 部分（3 号手册）中有所描述。 POSIX 标准库函数： POSIX-C 标准旨在为不同的类 Unix 操作系统提供一致的编程接口，以实现应用程序的跨平台移植。 这些函数同样是库函数，也在 man 手册的第 3

# Linux 系统层次结构 # 内核交互 内核交互的定义： 内核交互是指用户空间程序请求操作系统内核执行某些操作的过程。由于内核控制着计算机的所有硬件资源，因此任何需要访问或控制这些资源的操作都需要通过内核来完成。 内核的作用： 内核负责管理计算机的硬件资源，包括但不限于： CPU 调度 内存管理 外部设备（如键盘、鼠标、显示器等） 进程和线程的创建、调度和管理 网络通信 何时需要与内核交互： 当程序需要执行以下操作时，通常需要与内核交互： 文件系统访问和管理 外部设备的输入 / 输出操作 动态内存分配（如使用 malloc 或 free ） 进程间通信或网络通信

# C 语言标准 ISO C 标准（International Standardization Organization C）是一套确保 C 语言函数在不同平台上具有一致行为的标准。这些标准定义了语言的语法、库函数以及它们的行为，从而为开发者提供了跨平台开发的便利。 例如，一些常见的 C 语言函数如 printf 、 scanf 、 malloc 和 fopen 等，都遵循 ISO C 标准，这意味着在兼容 ISO C 标准的编译平台上，它们的行为是一致的。 POSIX 标准（Portable Operating System Interface）是一套更为广泛的标准，它不仅包括语言规

# 输入输出流 # 文件打开方式 在处理文件操作时，我们可以通过指定不同的模式来打开文件，主要的模式有： 'r' 只读模式：此模式下，文件将被打开用于读取，不允许写入或修改文件内容。 'w' 只写模式：此模式下，文件将被打开用于写入。如果文件已存在，其内容将被截断，即原有内容将被删除。 'a' 附加模式：此模式下，文件将被打开用于追加数据到文件末尾。如果文件不存在，将创建新文件。 这些模式可以与以下选项结合使用： 't' 文本模式：指示以文本文件形式打开文件。在文本模式下，系统会自动处理换行符，根据不同操作系统的规则转换为相