電腦系統的理解一

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  愛鑽牛角尖的毛病又來了。僅僅是因為以前的一個c語言free記憶體報錯。

  我們知道，malloc分配的記憶體是從堆裡獲得的，而堆是由作業系統維護的，也就是說，在沒有malloc前，記憶體空間是不屬於該進程空間的，malloc函數務必調用了作業系統的系統函數（參考前邊linux記憶體管理heap篇可知，是brk和sbrk）。也就是說，brk和sbrk是linux的系統調用，在沒有linux系統之前，是沒有這兩個函數的。比如我之前寫過的DSP裸機驅動，雖然也是用的c語言，但是是不可能有brk和sbrk及malloc函數的。brk和sbrk函數向作業系統申請記憶體時，作業系統會打破該進程原有的虛擬位址空間（準確的說是增加虛擬位址空間），作業系統負責維護新增的虛擬位址和物理地址的映射（需要硬體MMU等的支援，這裡暫不討論）這時候，申請過的對空間就和該進程空間融合到一起了。記憶體使用量完畢後，調用free函數釋放記憶體時，其實沒有被真正的釋放，作業系統維護堆記憶體的方式是通過chunks，free時僅僅是把chunks標記為可用狀態（參考上一篇部落格），作業系統維護這些chunks是用了一個結構體：

struct mem_control_block {     int is_available;    //這是一個標記？     int size;            //這是實際空間的大小     };

當我們free時，實質是：

 void free(void *ptr)  {        struct mem_control_block *free;        free = ptr - sizeof(struct mem_control_block);        free->is_available = 1;        return; }

  當該進程下一次通過malloc申請記憶體時，作業系統首先會檢查該進程空間的chunks，如果有chunks可用，就直接使用，否則才會調用brk和sbrk系統調用來重新分配記憶體，這樣做的好處時，可以減少不必要的系統調用，提高效率，因為系統調用是很耗系統資源的。
  由此，再加上我做DSP裸機驅動的經驗，可以大概探測出整個電腦硬體和作業系統及編譯器之間的聯絡：硬體支援二進位指令，通過二進位指令開發出一種程式，這種程式可以翻譯我敲進去的會變得代碼，這個程式就是彙編編譯器。通過組合語言開發一種程式，這種程式可以把c源碼翻譯成彙編，再交由彙編編譯器翻譯成為二進位，這種程式就是c語言編譯器。通過c語言編譯器開發一種程式，這種程式可以對電腦硬體進行管理，並且可以有多進程的功能……這種程式就是電腦作業系統比如linux。開發linux時可能也是有一個c語言的主函數，但是不會有brk和sbrk、malloc、free、printf等等這些函數，因為這些函數都是起作用在linux之上的。那為什麼我們在linux系統之寫c源碼時，就可以使用printf、brk、malloc等等這些函數了呢？開發linux系統時不能使用，現在為什麼就能使用了呢？問這個問題的人還是混淆了編譯器和庫（也就是寫好的調用，寫好的程式）的概念。linux作業系統上的編譯器還是開發那個開發linux系統時的編譯器，功能一點都沒有增加，但是多了許多庫可以調用。就好比，一個人來到一個荒漠，他通過自己的能力構建了一個豪華別墅，並且把別墅預留了很多接線口，水龍頭等，雖然說，人還是那個人，還是只有能的功能，但是這時候他已經可以通過。