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第一章学习总结及自测
知识点归纳
什么是Unix/Linux
Unix和Linux都是操作系统，它们具有很强的相似性，因为Linux是在Unix的基础上发展起来的。
Unix
Unix是一种多用户、多任务的操作系统，最早由贝尔实验室（Bell Labs）的工程师开发。它的历史可以追溯到20世纪70年代初。Unix以其稳定性、安全性和强大的多任务处理能力而著称。它采用了分层的设计，使得用户可以同时运行多个任务，并且可以通过命令行界面来操作系统。
Unix的设计哲学强调了简洁、可重用和可扩展的原则，这也是许多现代操作系统所采用的基本思想之一。Unix也是许多其他操作系统的基础，包括Linux和macOS等。
Linux
Linux是一个类Unix操作系统的内核，最早由芬兰的计算机科学家Linus Torvalds在1991年创建。Linux内核采用了与Unix类似的设计原则，并且完全兼容POSIX（可移植操作系统接口）标准。
Linux通常指的是基于Linux内核的完整操作系统，这类系统通常包括了一个图形用户界面（如GNOME或KDE）、各种工具和应用程序。Linux也以其开放源代码的特性而著名，这意味着任何人都可以查看、修改和重新分发Linux的源代码。
Linux在服务器领域非常流行，因为它稳定、安全，并且能够高效地运行在各种硬件平台上。此外，许多嵌入式设备和超级计算机也使用了Linux作为其操作系统。
Unix和Linux都是强大的操作系统，它们在计算机科学和工业界中扮演着重要的角色。它们提供了强大的工具和环境，使得开发者和用户可以高效地进行工作和学习。
Linux启动
在启动期间，Linux启动加载程序首先会定位Linux内核映像（文件）。然后：
加载BOOT+SETUP至实模式内存的0x90000处。
加载Linux内核至高端内存的1MB处。
对于常见的Linux内核映像，该加载程序还会将初始ramdisk映像initrd加载到高端内存中。然后转移控制权，运行0x902000处的SETUP代码，启动Linux内核。首次启动时，Linux内核会将initrd作为临时根文件系统，在initrd上运行。Linux内核将执行一个sh脚本，该脚本指示内核加载实际根设备所需的模块。当实际根设备被激活并准备就绪时，内核将放弃初始ramdisk，将实际根设备挂载为根文件系统，从而完成Linux内核的两阶段启动。
Linux运行级别
Linux内核以单用户模式启动。它可以模仿System V Unix的运行级别，以多用户模式运行。然后，创建并运行INIT进程P1，后者将创建各种守护进程和供用户登录的终端进程。之后，INIT进程将等待任何子进程终止。
登录进程
各登录进程将在其终端上打开三个文件流：stdin（用于输入），stdout（用于输出），stderr（用于错误输出）。然后等待用户登录。在使用X-window作为用户界面的Linux系统上，X-window服务器通常会充当用户登录界面。用户登录后，（伪）终端默认属于用户。
命令执行
登录后，用户进程通常会执行命令解释程序sh，后者将提示用户执行命令。sh将直接执行一些特殊命令，如cd（更改目录）、exit（退出）、logout（注销）、&。
使用Ubuntu Linux
Ubuntu Linux的特性
（1）在台式机或笔记本电脑上安装Ubuntu时，需要输入用户名和密码来创建一个默认主目录为“/home/username”的用户账户。当Ubuntu启动时，它会立即在用户环境中运行，因为其已自动登录默认用户。
（2）出于安全原因，用户应为普通用户，而不是根用户或超级用户。
要运行任何特权命令，用户必须输入
sudo command
（3）用户的“PATH”（路径）环境变量设置通常不包括用户的当前目录。为在当前目录下运行程序，用户每次必须输入./a.out。为方便起见，用户应更改路径设置，以包含当前目录。在用户的主目录中，创建一个包含以下代码的.bashrc文件：
PATH=$PATH:./
用户每次打开伪终端时，sh都会先执行.bashrc文件来设置路径，以包含当前工作目录。
（4）很多用户可能都安装了64位的Ubuntu Linux。本书中的一些编程练习和作业是针对32位机器的。在64位Linux下，使用
gcc -m32 t.c # compile t.c into 32-bit code
生成32位代码。若64位Linux不采用-m32选项，则用户必须安装适用于gcc的附加支持插件，才能生成32位代码。
（5）Ubuntu具有友好的GUI用户界面。许多用户都习惯于使用GUI，以至于产生了过度依赖，这往往需要反复拖动和点击指向设备，从而浪费了大量时间。在系统编程中，用户还需要学习如何使用命令行和sh脚本，它们比GUI要通用和强大得多。
Unix/Linux文件系统组织
Unix/Linux命令
Unix/Linux中最常用的命令：
ls：ls dirname：列出CWD或目录的内容。
cd dirname：更改目录。
pwd：打印CWD的绝对路径名。
touch filename：更改文件名时间戳（如果文件不存在，则创建文件）。
cat filename：显示文件内容。
cp src dest：复制文件
mv src dest：移动或重命名文件。
mkdir dirname：创建目录。
rmdir dirname：移除（空）目录。
rm filename：移除或删除文件。
ln oldfile newfile：在文件之间创建链接。
find：搜索文件。
grep：搜索文件中包含模式的行。
ssh：登录到远程主机。
gzip filename：将文件压缩为.gz文件。
tar -zcvf file.tgz.:从当前目录创建压缩tar文件。
tar -zxvf file.tgz.:从.tgz文件中解压文件。
man：显示在线手册页。
zip file.zip filenames：将文件压缩为.zip文件。
unzip file.zip：解压.zip文件。
学习自测
第二章学习总结及自测
Linux中的文本编辑器
Vim
vim(Linux Vi和Vim Editor 2017)是Linux的标准内置编辑器。它是Unix原始默认vi编辑器的改进版本。与其他大多数编辑器不同，vim有3种不同的操作模式，分别是
命令模式：用于输入命令
插入模式：用于输入和编辑文本。
末行模式：用于保存文件并退出。
vim启动时，处于默认的命令模式，在该模式下，大多数键表示特殊命令。移动光标的命令键示例如下：
h：将光标向左移动一个字符
l：将光标向右移动一个字符
j：将光标向下移动一个字符
k：将光标向上移动一个字符
在X-window中使用vim时，也可以通过箭头键来完成光标的移动。要输入文本进行编辑，用户必须输入i（插入）或a（追加）命令将vim切换到插入模式：
i：切换到插入模式，插入文本。
a：切换到插入模式，追加文本。
要退出插入模式，请按ESC键一次或多次。在命令模式下，输入“:”进入末行模式，将文本保存为文件或退出vim：
:w：写入（保存）文件。
:q：退出vim。
:wq：保存并退出。
:q!：不保存更改，强制退出。
虽然许多Unix用户已经习惯了vim不同的操作模式，但是其他用户可能认为与其他基于图形用户界面（GUI）的编辑器相比，vim使用起来既不自然也不方便。以下类型的编辑器属于通常所说的所见即所得（WYSIWYG）编辑器。在WYSIWYG编辑器中，用户可以输入文本，用箭头键移动光标，和普通的文本输入一样。通常，通过输入一个特殊的meta键，接着输入一个字母键即可创建命令。例如：
Ctrl+C：中止或退出。
Ctrl+K：删除行到缓冲区。
Ctrl+Y：从缓冲区内容中复制或粘贴。
Ctrl+S：保存已编辑文本等。
程序开发
程序开发步骤
（1）创建源文件；
全局变量、局部变量、静态变量、自动变量和寄存器变量。
（2）用gcc把源文件转换成二进制可执行文件。
gcc t1.c t2.c
（3）gcc的步骤：
1.将C源文件转换为汇编代码文件，即将.c文件转为.s文件。
2.将汇编代码转换为目标代码，即将.s文件转为.o文件。
每个.o文件包含：
一个文件头
一个代码段
一个数据段
一个BSS段
指针、数据和重定位信息
符号表
3.链接。
将.o文件的所有代码段组合成单一代码段。
将所有数据段组合成单一数据段。
将所有BSS段组合成单一bss段。
使用.o文件的重定位信息调整组合指针、数据和bss段的偏移量。
用符号表来解析各个.o文件之间的交叉引用。
静态与动态链接
这是创建二进制可执行文件的两种方式。
静态库的特点：
链接器将所有必要的库函数代码和数据纳入a.out文件中。这使得a.out文件完整、独立，但通常非常大。
动态链接的优点：
减小每个a.out文件大小；
许多执行程序共享相同库函数；
修改库函数无需重新编译源文件。
动态链接所用的库称为动态链接库（DLL）。它们在Linux中称为共享库(.so文件)。动态加载（DL）库是指按需加载的共享库，可用作插件和动态加载模块。
可执行文件格式
1.二进制可执行平面文件
2.a.out可执行文件
3.ELF可执行文件
a.out文件的内容
1.文件头
2.代码段
3.数据段
4.符号表
程序执行过程
1.读取a.out文件头，以确定所需总内存大小；
2.sh从总大小中分配一个内存区给执行映像；
3.接着，sh放弃旧映像，开始执行新映像
4.执行从crt0.o开始，调用main()
程序终止
1.正常终止
2.异常终止
C语言中的函数调用
32位GCC中运行时堆栈使用情况
1.进程执行映像
2.每个CPU都有以下寄存器或同等寄存器：
PC（IP）：指向CPU要执行的下一条指令。
SP（SP）：指向栈顶。
FP（BP）：指向当前激活函数的栈帧。
返回值寄存器（AX）：函数返回值的寄存器。
3.main函数由crt0.o调用。
4.每个函数入口，编译后的代码完成如下功能：
将FP压栈，在堆栈上保存CPU的FP寄存器。
让FP指向保存的FP#建立栈帧。
向下移动SP为堆栈上的自动局部变量分配空间。
编译后的代码可能继续向下移动SP，在堆栈上分配一些临时工作空间，用temps表示。
链接库
创建静态链接库
gcc -c mysum.c
ar rcs libmylib.a mysum.o
gcc -static t.c -L. -lmylib
a.out
创建动态链接库
gcc -c -fPIC mysum.c
gcc -shared -o libmylib.so mysum.o
gcc t.c -L. -lmylib
export LD_LIBRARY_PATH=./
a.out
GDB调试工具
GDB断点设置指令总结：
(gdb)break 7 //以行号设置断点
(gdb)break function_name //以函数名设置断点
(gdb)clear 行号 //删除这行的断点
(gdb)clear 函数名 //删除该函数的断点
(gdb)delete breakpoints n //删除第n次(指定编号)设置的断点
(gdb)clear //删除程序中所有的基于行设置的断点
(gdb)delete //删除程序中所有的断点
(gdb)r //执行程序
(gdb)n //单步调试
(gdb)c //执行到下一个断点
(gdb)print 变量或表达式 //打印变量或表达式当前的值。
(gdb)print 变量=值 //对变量进行赋值
(gdb)whatis 变量或表达式 //显示变量类型
(gdb)set variable 变量=值 //变量赋值
C语言结构体
（1）结构体是包括变量或数据对象集合的复合数据类型。C语言结构体类型由 struct 关键字定义。
next：指向下一个节点结构体的指针；
key：一个整数；
name：一个由64个字符组成的数组。
（2）定义结构体时，该结构体的每个字段都必须具有一个·1编译器已知的类型，但自引用指针除外；
每个C语言结构体数据对象都分配了一个连续内存块。C语言结构体的单个字段通过使用 .operater (.运算符)访问。
x.next:指向另一个NODE类型对象的指针；
x.key：这是一个整数；
x.name：这是64个字符组成的数组。
运行时，每个字段相对于结构体起始地址的偏移量进行访问。
（3）一个结构体的大小可以根据sizeof（struct type）确定。C编译器将计算该结构体的总字节数大小。由于内存排列受限制，C编译器可能会用额外字节填充结构体的某些字段。如果需要，用户可以用PACKED属性定义C语言结构体。
（4）假设“NODE x , y"为两个相同类型的结构体，除了复制粘贴，还可以通过C语句y=x 将 x 分配给 y ；
（5）C语言联合体与结构体类似。要定义一个联合体，只需要将关键字 struct 替换成关键字union。
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