创立门庭：编写和透视主程序

创立门庭：编写和透视主程序

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本讲的主要内容是“创立门厅”，顾名思义是创立一个空间，并且程序在空间内活动

本讲的主要内容是“创立门厅”，顾名思义是创立一个空间，并且程序在空间内活动

一、 两大空间

“如何组织和优化空间布局， 是很多学科的永恒话题”

1. 图灵时代

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  • CRT内存，图灵时代最牛的的记忆材料，电子打到屏幕上存在的静电残留，跟电流强度也有关系
  • 最早的内存页交换机制：要跑算法，当时的总内存很小，再怎么精打细算都完全不够用。
    • 图灵提出虚拟内存的概念，磁鼓便宜，存储空间比CRT内存要大，
    • 磁鼓一个磁道相当于两个CRT内存页
    • 紧急的调到CRT内存中，暂时不用的数据放到磁鼓（外存）中

2. IBM大型机

IBM大型机的时代，内存外存统一叫做storage。现在内存叫做memory，外存叫做storage

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  • swap共享内存image-20211014224427596

  • 节约物理内存的思想：用的进来，不用的先出去image-20211014224447474

  • 动态内存翻译:软件用的是虚地址，虚地址查表后翻译成真实地址，然后访问物理内存。

    • image-20211014224543540

  • 内存地址翻译image-20211014225107012

内存交换机制的内容要很熟悉，swap in、 swap out，需要花时间掌握（详细参考张银奎老师讲解的计算机系统原理），这是一个很重要的基础内容

  • 虚空间的布局image-20211014225629403image-20211014225655832

3. 两大空间

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上面是用户空间，下面内核空间。用户空间很多个，内核空间只有一个

二、 为子请命

1. IBM父子进程机制

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2. 代码分析

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三、 建档立户

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fork.c

关键在于父子进程 类似于人类的繁衍生息，复制基因给后代 以父进程为模板复制一份，有很多copy动作

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进程描述符

软件世界中最核心的结构体 task_struct 第一个copy动作 很庞杂，抓关键即可 表述每个进程在内核里的基本数据结构，用这个基本数据结构来管理进程

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mm指针指向 *mm_struct,虚地址 mm_struct:进程地址空间描述符（联想第一幅图-两大空间） 指针pgd指向页表 切进程使用不同的页表

mm_struct还指向vma，有很多个虚拟内存区，每一个虚空间叫做vma，挂在mmap的链表上

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返璞归真 内存管理

内核始终映射在所有空间里，mvs用来管理 给每个进程一个虚空间——包括进程描述符、页表 使用进程时，使用进程对应的页表，也同时使用对应的翻译（字典的目录)

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查表的过程

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四、 添砖加瓦(Loader)

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丰富进程、生机勃勃 使用gdb慢动作查看添砖加瓦的动作

gdb的关键指令：starti image-20211014231806799

starti命令

在新进程初始第一条指令下设一个断点 fdc24ff38cbbb22eb9db208b

pstree观察进程树

480645adaebb21a194fed9ad

使用!ps命令观察创建的gespace进程：

父进程发起（内核发起请求）-为子请命-内核创建空间 下一步：新进程里面跑初始化过程，添砖加瓦，装内容（新房装修买家具） f0984e9eb12bdef81d590b3f

!cat命令观察进程空间
  • !cat /proc/2139/status， 查gespace进程状态
  • proc这个虚拟文件系统会在后面教授如何写代码实现 681d406896d4a33e38243cab 关键词：名字、ID、自己的内存区(内核放进来的东西)
查看当前进程空间里的内容 info shared

查看当前进程空间内的内容， 创建好空间后，内核分配让进程自己跑的代码，也就是这个.so文件，ld-linux-x86-64.sod95d4f6e967175119428d52b

查看虚文件系统：!cat /proc/2139/maps

2bb54ea19ba090faf1591801 创立好进程后，使用映射手段映射vma 现在gcc在x86 64位下创建的应用程序起始地址很有意思，很多个5，这是gcc编译选项决定的

  • 操作系统loder放在比较高的位置 ldxxx.so
  • loder有很多行，多个属性 64位机，7后面最多有11个f 最下面一行映射很高的系统调用，这里先不用深究 倒数第二行是栈空间，
info func

列出所有函数，_dl_开头的代表dynamic loder， 0b054c3bad86f1e0bc8f8ea3

ec0b4b12833b822315e46818

关键步骤埋断点

在启动函数下埋断点

b _start:接下来要启动的启动函数
b _libc_start_main：libc里面调用主函数的函数，
// loder设置断点，调用so
b main

a20448fc9ce6c91de181bbb6 continue c74a40969d68a344a4d05838 查看info shared f4e643a295f80e6d6b6b2aea 冯诺依曼架构，程序写硬盘里面，需要时放在内存中调用，因此需要loder引导到内存 cb824857bc42c77ebe0f949b

ld在用户空间内跑，不过与内核耦合度特别高，内核对其进行特殊处理，

创建每个进程时就映射到每个进程中，新进程从loder开始跑起 9d8f4830b799145bfde7b4c3

loder有一个_dl_start 0d8c4402a3b441bd8cd50480 loder有两个名称: ld和dl dl是动态链接器的缩写

链接分为编译器和运行期链接，运行时有些信息是动态的，rt_ld.c动态链接 83d64697a672ba3562a57d76

回顾 添砖加瓦

59444d9eae23cec390a6fcf3 1. 链接

  1. 从_dl_start开始
  2. 加载动态库libc
  3. 加载其他库（这些库的索引放在表里，加载时遍历这张表的依赖)
  4. libc_start_main(libc编译时设计注册的入口
  5. 用户main函数，运行用户代码

写程序要有操作系统观念，程序都是在操作系统上运行 5a5a47a7888b09d85dbd8c57

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五、 文件映射

文件映射代码

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性能对比

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常见函数

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六、 子承父业

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