笔记 嵌入式Linux C

作者:神秘网友 发布时间:2020-10-05 16:43:39

笔记 嵌入式Linux C

笔记 嵌入式Linux C

01 嵌入式Linux C_进程与线程

原创转载链接：https://blog.csdn.net/weixin_45781914/article/details/108916984

进程是资源分配的单元，线程是资源调度的单元。两者就像生活中房子（进程）和房间（线程）的关系。
线程只能属于一个进程，但一个进程可以有多个线程。

1). 通信方式上：

	进程间通信，通过管道，共享内存，消息队列，socket，信号量共5种方式。
	线程间通信，通过全局变量，锁，文件方式。

2). 执行效率上：

	进程在切换时，需要重新把线程移至缓存，耗时大。相较于线程直接从缓存中找要慢很多。二者本制区别是地址切换。
	特例补充说明：
	前后两个执行的任务都在同一个进程中，则不存在太多的地址切换。不过发生的概率比较低。
	Q1：既然线程比进程执行速度块，创建代码的时候，只用线程好了，不用进程可以吗？
	A1：不可以。从健壮性和安全性考虑的话，不能只创建线程，而不创建进程。

	Q2：什么时候用线程，进程？
	A2：从以下三个方面考虑：
		判断这个任务和当前进程任务的紧密程度；
		该任务崩溃后，影响大不大；
		执行效率考虑。
		# 01嵌入式Linux C_进程与线程

02 嵌入式Linux C_栈和堆

笔记 嵌入式Linux C

	栈的内存 ，Linux是8KB，由编译器自动分类与释放；
	堆的内存，最多申请3GB（进程空间最大为3GB），实际取决于进程实际空间，由程序员手动分配（malloc函数）与释放（free函数）。

	栈是自顶向下增长，堆则是自下而上使用。
	备注：
		栈的大小可以更改，Linux提供ulimit -s指令来对栈的大小进行修改。

	Q1：如果系统处于用户态，用malloc函数申请堆的内存，系统崩溃，没有被释放的内存，会不会被释放掉？
	A1：会。进程回调，会有的引用和内存会被释放掉。

03 嵌入式Linux C_中断

	Q1：为什么有中断？
	A1：响应，处理外部设备的特殊事件。
	Q2：中断和轮询？区别？选择？
	A2：中断时被动的响应外部请求，非实时，不可控；
		轮询是主动询问请求，实时，可控。
		二者共用（NAPI技术实现），二者适用于不同的场景，在于设备本身的特性。
	Q3：中断类型，与异常的区别？
	A3：外部中断，内部中断。中断和异常都是处理的一种方式，异常极有可能引发中断，用中断的方式处理当前的异常。
	Q4：如何处理中断？中断的应用场景，如何被使用？使用时注意哪些？什么是中断上下文，进程上下文？怎么设计中断？
	A4：中断上下文：可以理解为硬件传递过来的这些参数和内核需要保存的一些环境，主要是被中断的进程的环境。
		进程上下文：当内核需要切换到另一个进程时，它需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的进程上下文，以便再次执行该进程时，能够恢复切换时的状态，继续执行。
		响应中断时，先现场保持（存储任务，环境），然后布置中断入口。
		中断上文响应紧急事务（不可以睡眠，也不可以处理其他调用），返回后，中断上文结束；
		中断下文处理不是很紧急的任务（但有实时性要求）。
	注意：中断可以及时响应，不代表会及时执行。整个事情完成后才叫中断。

04 嵌入式Linux C_用户态和内核态

	Q1：用户态和内核态区别？
	A1：资源操作权限不同。
			用户态无法调用内核态相关资源，内核态也不会干涉用户态的资源使用，二者相互协作。
		运行空间不同。
			Linux中0-3GB作为用户态使用，3-4GB作为内核态使用（内核只有一个）。所有的用户态进程共享一个内核，二者不可以互相访问（执行权限不同）。
	Q2：内核态能否访问用户空间的一些数据？
	A2：可采用短暂更改内核空间的方式。由3-4GB改为0-3GB，访问完后再改回来。
	Q3：用户态如何访问内核态，有几种方式？***重点***
	A3：系统调用（不同于C函数调用，区分开）；中断（中断返回的时候处于内核态）；异常。
备注：从用户态到内核态，需要进行权限切换，地址空间切换。
	Q4：为什么把系统调用叫做用户态切换到内核态，或内核态帮助用户态执行相应的执行任务，或用户态嵌入到内核态？
	A4：每一个任务都有一个结构体记录当前的任务，当做了一个系统调用（通过异常，中断等方式），pid（指向当前CPU正在执行的任务是谁）改变，内核不认识pid，实际任务指向的进程，还是用户态指向的进程且是在内核态执行的。
	Q5：用户态和内核态如何通信？
	A5：IO-Controler；发消息；socket；文件。

05 嵌入式Linux C_锁

	只有有限个人可以占有，锁住的是关键结构，数据，区域。

	种类：自旋锁（原子锁），信号量，互斥锁，读写锁。
		自旋锁：多个CPU同时进入一个关键的数据结构，锁CPU。禁止了中断，调度，常应用于中断中。
		信号量：可以睡眠，可以被调度，不可以用于中断。
	备注：自旋锁不可以嵌套互斥量。
	扩充：内存屏障，挡住编辑器进行优化，按照设定的顺序执行。当物理存储信息和内存存储的信息是不对称时，有可能是还没有回写造成的。

06 嵌入式Linux C_字节对齐

	Q1：为什么结构体本身需要字节对齐？
	A1：平台原因（移植原因）：
		不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些地址处取特定类型的数据，否则会抛出异常。
		性能原因：
		数据结构（尤其是栈）应该尽可能在自然边界上对齐，原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问，而对齐的内存访问仅需要一次访问。

	例题1：结构体，三部分组成，char,int,char,sizeof(结构体) = 12B
	解析：字节对齐中，既要数据本身字节对齐，结构体本身也要对齐。
	例题2：
		#pragma pack(2)
		struct AA {
		int a;       //长度4 > 2 按2对齐；偏移量为0；存放位置区间[0,3]
		char b;  //长度1 < 2 按1对齐；偏移量为4；存放位置区间[4]
		short c;     //长度2 = 2 按2对齐；偏移量要提升到2的倍数6；存放位置区间[6,7]
		char d;  //长度1 < 2 按1对齐；偏移量为7；存放位置区间[8]；共九个字节
		};
		#pragma pack()
	扩充：对于同步和异步，单任务时，不需要考虑同步和异步。多任务或进程执行时，才会考虑此问题。
		强关联，严格时间关系用同步；弱关联用异步。

07 嵌入式Linux C_实时系统和非实时系统

	Q1：区别？判断标准？
	A1：实时系统，VxWorks，freeRTOS；非实时系统，Windows，Linux，Android。
		嵌入式实时系统：能够准确预估当前任务被执行的时间；如生活中的地铁，汽车则不是。
	Q2：实时系统和非实时系统的本制区别？
	A2：任务调度方式不同。
		大部分实时系统是可抢占式的，高优先级任务优先得到执行（实时操作系统的中断，尽量采用轮询的方式，可控性）；非实时操作系统，调度复杂。
		使用场景不同。
	扩充：看门狗分为软件看门狗和硬件看门狗，通过重启来实现。

08 嵌入式Linux C_TCP UDP

	TCP UDP同属于TCP/IP协议（依次是物理层，数据链路层，网路层，传输层和应用层，实际使用）的传输层。
	TCP：可靠，构建了可靠的传输通道，双方确认信息；开销大，网络时延不稳定；以数据流的方式传输，建立TCP服务器端口时，需要Accept。
	UDP：不可靠；开销小，实时性很好；以报文的方式传输，建立UDP服务器端口时，不需要Accept，只需要IP地址和端口。

	第一次：客户端向服务器发送SYN j 包；
	第二次：服务器向客户端发送ACK+SYN;
	第三次：客户端向服务器发送ACK包。

	第一次：客户端向服务器发送FIN报文，请求断开；
	第二次：服务器向客户端发送ACK，表示已经收到客户端的请求，还需要等待一下；（收拾一下建立连接的东西，即现场开销，需要一定时间来回收）
	第三次：服务器向客户端发送FIN，确认客户端可以断开连接；
	第四次：客户端向服务器发送ACK应答。

09 嵌入式Linux C_MTU和MSS

	Q1：MTU与MSS区别与联系？
	A1：以太网传输时，每次报文传输的大小 <= 1512字节。
		MTU(最大传输单元):以太报文中，上限是1512字节。MTU值可以改变。
		MSS(最大分节大小):MSS值是MTU值减去TCP,IP头部的报文值（IP，TCP头各至少20B）。即一次可以接收报文的大小。

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