Linux程序设计模式(机制与策略)
linux程序设计知识点
linux程序设计知识点Linux操作系统是开源的，因此在软件开发领域有着广泛的应用。
了解Linux程序设计的基本知识点对于想要从事软件开发的人来说至关重要。
本文将介绍一些Linux程序设计的关键知识点，帮助读者更好地理解和应用Linux系统。
一、Linux的基本概念和架构1. Linux的起源和发展Linux起初是由Linus Torvalds开发的，目前由全球范围内的开发者共同维护和改进，已经成为最流行的操作系统之一。
2. Linux的内核Linux的内核是系统的核心部分，负责管理硬件资源、进程和文件系统等，其可靠性和稳定性为用户提供了强大的功能和性能。
3. Linux的文件系统Linux使用一种层级式的文件系统来组织和管理文件，不同目录和文件可以通过路径进行访问和操作。
常见的文件系统包括EXT4、XFS 等。
二、Linux程序设计的基础知识1. Shell脚本编程Shell是Linux下一种重要的脚本语言，用于执行各种系统命令和程序。
Shell脚本可以帮助程序员实现自动化任务和批处理。
2. 编译和链接Linux程序设计通常需要通过编译和链接来将源代码转换为可执行文件。
常用的编译器包括GCC、Clang等，链接器用于将编译后的目标文件合并成最终的可执行文件。
3. 进程和线程管理Linux支持多进程和多线程的并发执行，进程是程序的基本执行单位，而线程是在进程内执行的轻量级任务。
理解进程和线程的概念及其管理对于编写高效的并发程序至关重要。
4. 文件IO操作Linux提供了灵活的文件IO接口，程序可以通过文件描述符对文件进行读写操作。
对文件IO的理解可以帮助开发者处理输入输出流和文件的读写。
5. 网络编程Linux支持各种网络协议和套接字编程，开发者可以利用这些功能实现网络通信和应用程序间的数据传输。
三、Linux程序设计的高级知识1. 进程间通信Linux提供了多种IPC机制，如管道、信号量、共享内存等，用于实现进程间的通信和数据共享。
Linux操作系统的内核设计分析
Linux操作系统的内核设计分析Linux操作系统作为开源操作系统的代表，已经在各个领域得到了广泛应用。
而Linux操作系统的内核则是这个系统之所以能够运转的关键所在。
本文将就Linux操作系统的内核设计进行分析，并探讨其优劣之处。
一、Linux内核设计的基础Linux内核的设计基础主要包括以下几个方面：1. 开放源码Linux内核采用的是GPL协议，这意味着它是一个开放源码的项目。
这为世界各地的开发人员提供了极大的便利，方便他们进行开发和修改。
同时，这也确保了Linux内核的透明度，并且鼓励开发者贡献代码的同时，深度参与到Linux开源社区的构建和升级中。
2. 模块化Linux内核的构造采用的是模块化设计。
这种设计方式将内核代码分成独立的模块，每个模块都可以独立编译、加载和卸载。
采用模块化的设计，能够使得开发人员能够更加细致地打包、编译、并部署只包含他们需要的模块的系统。
3. 多任务Linux内核是一个基于多任务设计的系统。
这意味着它能够使得多个程序同时运行，并能够平滑高效地进行任务的切换。
这给开发人员提供了各种各样的自由，使得他们能够更加高效地进行开发。
4. 支持众多处理器架构Linux内核的支持范围非常广泛，它可以适配众多处理器架构。
这意味着一个制造商可以使用不同的处理器架构去生产设备，并且这些设备都能够安装和运行Linux操作系统。
5. 外层调用接口Linux内核支持开放式的外层调用接口。
这使得用户层可以很容易地调用Linux 内核执行某个任务。
这些用户层应用包括网上购物网站、应用程序和各种驱动程序。
6. 子系统Linux内核的子系统主要包括进程管理、内存管理、I/O管理和网络管理等。
二、Linux内核的优点Linux内核具有以下主要优点：1. 开源性Linux内核本身是一个开源的、由社区驱动的项目。
这意味着在它的附加组件和周边产品中，广大的开发者社区都可以为用户提供帮助和支持。
2. 安全性相比其他闭源操作系统，Linux内核在安全性方面更具优势。
Linu程序设计模式机制与策略
01
网络协议
采用各种网络协议来实现不同主机之间的通信，如 TCP/IP、HTTP、FTP 等。
02
数据传输方式
采用不同的数据传输方式，如点对点传输、广播传输、组播传输等。
05
Linux程序设计与应用场景
服务器领域
Linux在服务器领域的应用
Web服务器
数据库服务器
文件服务器
智能手表
Linux还被用于智能手表，如Pebble、Android Wear等，提供通知、健康监测等功能。
可读性：函数式编程强调代码的可读性和模块化，通过函数组合和抽象实现代码复用。
简洁性：函数式编程以简洁的表达式和组合方式描述程序逻辑，易于理解和维护。
定义：函数式程序设计模式是一种以函数为基本单元的程序设计范式，通过组合和传递函数实现程序逻辑。
特点
定义：并发程序设计模式是一种处理多个任务同时执行的程序设计范式，通过多线程、多进程等方式实现并发执行。
系统调用机制
中间件定义
中间件分类
中间件的作用
中间件机制
内核机制
要点三
内核概述
内核是操作系统的核心部分，负责管理系统资源、调度程序执行、保护系统安全等任务。
要点一
要点二
内核结构
Linux内核主要由进程调度、内存管理、文件系统、网络管理和设备驱动等模块构成。
内核的作用
内核通过管理系统资源来协调各个程序对计算机资源的访问，使得每个应用程序都能得到及时、公正的执行。
人工智能领域
Linux在人工智能领域也有着广泛的应用，如机器学习、深度学习等领域。
Linux在人工智能领域的应用
机器学习
Linux可以作为机器学习平台，提供各种算法库和工具，如TensorFlow、PyTorch等。
程序设计模式机制与策略
程序设计模式机制与策略1. 简介程序设计模式是一种解决常见软件设计问题的经验总结。
它们提供了一种问题解决的框架，帮助开发者编写可重用、可扩展、易于维护的代码。
「机制与策略」是一种程序设计模式，它将程序中的多个机制和策略分离出来，使得它们可以独立改变而不对其他部分造成影响。
这种分离使得程序更加灵活、可扩展和易于维护。
本文将介绍程序设计模式的机制与策略，并提供一些常见的示例和使用场景。
2. 机制与策略的概念机制与策略设计模式的核心思想是将程序中的一些核心机制和策略从具体的实现中解耦出来。
机制是指实现某种功能的方式或方法，策略是指使用何种机制来实现某种功能。
在机制与策略模式中，通常将机制作为可替换的组件，而策略作为使用机制的高层组件。
机制可以独立改变，而不会影响到策略，这种设计使得程序更加灵活、可配置和可扩展。
3. 示例3.1 日志记录机制与策略假设我们需要在一个程序中记录日志。
我们可以使用机制与策略的设计模式来实现这个功能。
首先，我们定义一个日志接口：public interface Logger {void log(String message);}接下来，我们实现两种不同的日志记录机制：public class FileLogger implements Logger {public void log(String message) {// 将日志记录到文件中}}public class ConsoleLogger implements Logger {public void log(String message) {// 将日志记录到控制台中}}然后，我们定义一个日志记录策略：public class LogManager {private Logger logger;public void setLogger(Logger logger) {this.logger = logger;}public void log(String message) {logger.log(message);}}使用示例：```java LogManager logManager = new LogManager(); logManager.setLogger(new FileLogger()); logManager.log(。
linux下常见的调度策略及调度原理
linux下常见的调度策略及调度原理Linux是一种开源的操作系统，广泛应用于服务器和嵌入式设备中。
在Linux系统中，进程调度策略是操作系统的核心组成部分之一，它决定了进程的执行顺序和时间分配。
本文将介绍Linux下常见的调度策略及其调度原理。
在Linux系统中，常见的进程调度策略包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）和优先级调度（Priority Scheduling）等。
先来先服务（FCFS）是一种简单而直观的调度策略，它按照进程到达的先后顺序进行调度。
即当一个进程到达系统时，它将被放入就绪队列的末尾，并等待CPU的分配。
当CPU空闲时，系统将选择就绪队列中的第一个进程分配给CPU执行。
这种调度策略的优点是公平性强，但缺点是无法处理长作业和短作业的差异，容易产生"饥饿"现象。
最短作业优先（SJF）调度策略是根据进程的执行时间来决定优先级的调度策略。
即系统会选择执行时间最短的进程先执行，以减少平均等待时间。
这种调度策略的优点是能够最大程度地减少平均等待时间，但缺点是可能会出现长作业等待时间过长的问题。
时间片轮转（RR）是一种基于时间片的调度策略，每个进程被分配一个固定长度的时间片。
当一个进程的时间片用完时，系统将把CPU分配给下一个进程。
这种调度策略的优点是能够有效地平衡进程之间的响应时间，但缺点是可能会导致频繁的上下文切换。
优先级调度（Priority Scheduling）是一种根据进程优先级来决定调度顺序的策略。
每个进程被分配一个优先级，优先级越高的进程越容易被调度执行。
这种调度策略的优点是能够根据不同进程的需求进行灵活调度，但缺点是可能会导致低优先级进程的"饥饿"问题。
在Linux系统中，调度算法的实现是通过内核的进程调度器来完成的。
内核中的调度器会根据不同的调度策略来选择下一个要执行的进程，并将其上下文切换到CPU中执行。
请描述linux下常见的调度策略及调度原理。
请描述linux下常见的调度策略及调度原理。
Linux下常见的调度策略有：完全公平调度（CFS）、实时调度（RT）、多级反馈队列调度（MFQ）、最短任务优先（SJF）等。
1. 完全公平调度（CFS）：CFS是Linux内核默认的调度策略，它基于红黑树数据结构来表示任务的优先级队列。
每个任务都有自己的虚拟运行时间（vruntime），调度器会根据任务的虚拟运行时间来决定下一个执行的任务。
CFS调度策略的目标是在尽量公平地分配系统资源的同时，保证任务执行的效率。
2. 实时调度（RT）：实时调度分为实时先进先出调度（FIFO）和实时轮转调度（RR）两种。
实时调度策略主要针对实时任务，确保其能够在预定的时间内得到执行，并且具有可预测性。
3. 多级反馈队列调度（MFQ）：多级反馈队列调度策略将进程划分为多个优先级队列，每个队列具有不同的时间片大小。
当一个任务的时间片用完后，会被降级到下一个更低优先级队列中，从而避免了饥饿问题。
4. 最短任务优先（SJF）：最短任务优先调度策略会根据任务的估计运行时间进行排序，选择估计运行时间最短的任务优先执行。
这种调度策略可以最大限度地减少平均等待时间和响应时间。
调度原理：Linux调度策略的原理是根据任务的优先级和一定的规则来决定下一个要执行的任务。
调度器会根据任务的类型、优先级、运行时间等因素来分配CPU资源，并保证不同类型的任务得到合理的调度。
调度器还会考虑任务的公平性，尽量均衡地分配CPU时间片，防止某些任务占用过多的资源。
调度器还会根据实时任务的时间限制要求，确保它们能够按时得到执行。
各种不同的调度算法和策略都是为了实现这些原则和目标。
Linux内核架构和工作原理详解
Linux内核架构和工作原理详解作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
目前支持模块的动态装卸(裁剪)。
Linux内核就是基于这个策略实现的。
Linux 进程采用层次结构，每个进程都依赖于一个父进程。
内核启动init程序作为第一个进程。
该进程负责进一步的系统初始化操作。
init进程是进程树的根，所有的进程都直接或者间接起源于该进程。
virt/ ---- 提供虚拟机技术的支持。
Linux内核预备工作理解Linux内核最好预备的知识点：懂C语言懂一点操作系统的知识熟悉少量相关算法懂计算机体系结构Linux内核的特点：结合了unix操作系统的一些基础概念Linux内核的任务：1.从技术层面讲，内核是硬件与软件之间的一个中间层。
作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
2.从应用程序的层面讲，应用程序与硬件没有联系，只与内核有联系，内核是应用程序知道的层次中的最底层。
在实际工作中内核抽象了相关细节。
3.内核是一个资源管理程序。
负责将可用的共享资源(CPU时间、磁盘空间、网络连接等)分配得到各个系统进程。
4.内核就像一个库，提供了一组面向系统的命令。
系统调用对于应用程序来说，就像调用普通函数一样。
内核实现策略：1.微内核。
最基本的功能由中央内核（微内核）实现。
所有其他的功能都委托给一些独立进程，这些进程通过明确定义的通信接口与中心内核通信。
2.宏内核。
内核的所有代码，包括子系统（如内存管理、文件管理、设备驱动程序）都打包到一个文件中。
内核中的每一个函数都可以访问到内核中所有其他部分。
目前支持模块的动态装卸(裁剪)。
Linux内核就是基于这个策略实现的。
哪些地方用到了内核机制？1.进程（在cpu的虚拟内存中分配地址空间，各个进程的地址空间完全独立;同时执行的进程数最多不超过cpu数目）之间进行通信，需要使用特定的内核机制。
linux内核任务调度机制
linux内核任务调度机制Linux内核是一个开源的操作系统内核，其任务调度机制是操作系统中非常重要的一部分。
任务调度机制决定了操作系统如何有效地分配和调度进程或线程的执行时间，以实现资源的合理利用和系统性能的优化。
Linux内核的任务调度机制采用了多任务调度的方式，即多个任务在同一时间片内轮流执行。
任务调度的目标是使系统的响应时间最小化，吞吐量最大化，并保证系统的公平性和稳定性。
Linux内核的任务调度机制主要有两个方面：进程调度和实时调度。
进程调度是指对普通进程的调度，而实时调度是针对实时任务的调度。
在进程调度方面，Linux内核采用了抢占式调度策略。
抢占式调度是指系统在任何时候都可以中断当前正在执行的进程，并将CPU资源分配给其他优先级更高的进程。
这种调度策略可以确保高优先级的任务能够及时响应，并且避免了低优先级任务长时间占用CPU资源的情况。
Linux内核使用了基于优先级的调度算法，通过给不同进程分配不同的优先级来实现任务的调度。
在实时调度方面，Linux内核支持实时任务的调度。
实时任务是指对任务响应时间有严格要求的任务，如航空控制、工业自动化等领域的任务。
Linux内核使用了两种不同的实时调度策略：先进先出（FIFO）调度和循环调度（Round Robin）。
先进先出调度策略是指按照任务到达的顺序进行调度，即先到达的任务先执行，后到达的任务后执行。
这种调度策略适用于对任务响应时间要求非常高的场景，但可能会导致饥饿问题，即某些任务可能永远无法得到执行。
循环调度策略是指将任务按照一定的时间片进行轮转执行。
每个任务在一个时间片内执行一段时间，然后切换到下一个任务，依此类推。
这种调度策略可以确保每个任务都能够得到执行，但可能会导致任务响应时间不确定。
除了以上两种实时调度策略，Linux内核还支持实时任务集的调度。
实时任务集是指一组具有实时属性的任务，它们共享CPU资源，并且需要满足一定的调度约束。
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Linux程序设计模式—机制与策略什么是设计模式（Design pattern）?设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、软件设计经验的总结。
使用设计模式是为了提高代码或模块的重用、让程序更容易被他人理解、提高代码可靠性和可维护性。
同时，通过学习设计模式可以降低解决一般性问题的开发难度。
Linux程序设计模式的起源和发展Linux程序的设计模式起源于Unix文化，是Unix哲学的重要组成部分，而Linux本身就是Unix的一个发展分支。
Unix哲学说来不算是一种正规设计方法，它是自下而上的，而不是自上而下的。
Unix哲学注重实效，立足于丰富的经验。
你不会在正规方法学和标准中找到它，它更接近于隐性的半本能的知识，即Unix文化所传播的专业经验。
它鼓励那种分清轻重缓急的感觉，以及怀疑一切的态度，并鼓励你以幽默达观的态度对待这些。
什么是Unix哲学？Unix管道的发明人、Unix传统的奠基人之一Doug McIlroy在[McIlroy78]中曾经说过：I. 让每个程序就做好一件事。
如果有新任务，就重新开始，不要往原程序中加入新功能而搞得复杂。
II. 假定每个程序的输出都会成为另一个程序的输入，哪怕那个程序还是未知的。
输出中不要有无关的信息干扰。
避免使用严格的分栏格式和二进制格式输入。
不要坚持使用交互式输入。
III. 尽可能早地将设计和编译的软件投入试用, 哪怕是操作系统也不例外，理想情况下, 应该是在几星期内。
对拙劣的代码别犹豫，扔掉重写。
IV. 优先使用工具而不是拙劣的帮助来减轻编程任务的负担。
工欲善其事，必先利其器。
后来他这样总结道（引自《Unix的四分之一世纪》）：Unix哲学是这样的：一个程序只做一件事，并做好。
程序要能协作。
程序要能处理文本流，因为这是最通用的接口。
从整体上来说，可以概括为以下几点：01.模块原则：使用简洁的接口拼合简单的部件。
02.清晰原则：清晰胜于机巧。
03.组合原则：设计时考虑拼接组合。
04.分离原则：策略同机制分离，接口同引擎分离。
05.简洁原则：设计要简洁，复杂度能低则低。
06.吝啬原则：除非确无它法，不要编写庞大的程序。
07.透明性原则：设计要可见，以便审查和调试。
08.健壮原则：健壮源于透明与简洁。
09.表示原则：把知识叠入数据以求逻辑质朴而健壮。
10.通俗原则：接口设计避免标新立异。
11.缄默原则：如果一个程序没什么好说的，就沉默。
12.补救原则：出现异常时，马上退出并给出足够错误信息。
13.经济原则：宁花机器一分，不花程序员一秒。
14.生成原则：避免手工hack，尽量编写程序去生成程序。
15.优化原则：雕琢前先要有原型，跑之前先学会走。
16.多样原则：决不相信所谓“不二法门”的断言。
17.扩展原则：设计着眼未来，未来总比预想来得快。
给大家推荐一本书《UNIX 编程艺术》————这不是一本讲如何编程的书，而是一本讲UNIX设计哲学的书，当然也适应于Linux。
这本书是我来威胜工作后，同事们推荐我读的第二本书(范律推荐)。
第一本书是《UNIX环境高级编程》(邱云松推荐)，第三本书是《UNIX网络编程第2卷进程间通信》（张栋推荐），第四本书是《Linux设备驱动程序第三版》（刘利方推荐）,第五本书是《linux程序设计第三版》（我推荐）。
什么是机制与策略？我们通过下面文字来理解什么是机制与策略：设备驱动程序的作用在于提供机制，而不是提供策略。
X(windows)致力于提供一套机制，而不是策略。
策略相对短寿，而机制才会长存。
前端实现策略，后端实现机制。
策略和机制是按照不同的时间尺度变化的，策略的变化要远远快于机制。
把策略同机制揉成一团有两个负面影响：一来会使策略变得死板，难以适应用户需求的改变，二来也意味着任何策略的改变都极有可能动摇机制。
相反，将两者剥离，就有可能在探索新策略的时候不足以打破机制。
另外，我们也可以更容易为机制写出较好的测试（因为策略太短命，不值得花太多精力在这上面）。
机制与策略的实例：（下面的讲解过程中，我会提出一些问题。
如果回答错误将会有一个小小的惩罚）1.Uboot的环境变量(bootcmd)2.Linux驱动程序(examples/scull)3.cmdline中的mtdparts解析程序(linux-2.6.32.2/drivers/mtd/cmdlinepart.c)4.udev的rules文件自动执行U盘脚本(60-removable-storage.rules)5.udev的net.agent，实现USB网卡的自动挂接(80-drivers.rules)6.BusyBox工具集介绍（sed，awk，inetd，chat，crond，find，grep，getty-login-bash，start-stop-daemon，run-parts）7.嵌入式数据库（TokyoCabinet，Sqlite3）8.脚本语言（SHELL，TCLSH，Lua，TCC，python）9.图形界面库(qt,pyGTK)MCU嵌入式系统中的机制与策略：MCU（Micro Control Unit，微控制器单元）片上集成外围器件，没有外扩总线，不带MMU 单元是其的主要特征，比如ARM7，Cortex-M3系列等。
与之相对的是MPU（Micro Processor Unit，微处理器单元）不带外围器件（例如存储器），是高度集成的通用结构的处理器，比如ARM926，Cortex-A8系列等。
在资源非常紧张的深度嵌入式系统中，同样也有使用机制与策略设计模式的成功案例与成熟方案。
例如：1.p Forth，eForth，RetroForthForth是六十年代末期，由Charles H. Moore发展出来在天文台使用的电脑自动控制系统及程序设计语言，允许使用者很容易组合系统已有的简单指令，定义成为功能较复杂的高阶指令。
forth是一种可扩展的，交互式的语言。
最初为小型的嵌入式电脑设计的，现在它几乎可以在任何主流的芯片上解译和编译，甚至已有多种可直接运行forth指令的芯片。
//~bimu/forth//pforth/2. Pawn, Pawn+freeRTOSAn embedded scripting language formerly called Small.pawn is a simple, typeless, 32-bit extension language with a C-like syntax. A pawn "source" program is compiled to a binary file for optimal execution speed. The pawn compiler outputs P-code (or bytecode) that subsequently runs on an abstract machine. Execution speed, stability, simplicity and a small footprint were essential design criteria for both the language and the abstract machine./pawn/pawn.htm3. eLua, nutlua(Lua+Nut/OS)eLua stands for Embedded Lua and the project aims to offer the full implementation of the Lua Programming Language to the embedded world, extending it with specific features for efficient and portable software embedded development./http://www.ethernut.de/en/firmware/nutlua.htmlForth、Pawn和Lua在其他领域的应用：Atari 的许多投币游戏机都是用 Forth 开发的。
他们相信开发高性能代码的最快方法是使用 Forth ，加上使用汇编语言来重写最内层的循环。
按照最近与著名的 Infocom 高级游戏开发者的谈话，他们的游戏解释器也是用 Forth 写成的。
Unison World 为 CP/M 操作系统开发了许多游戏，全部都是用 FIG-Forth 编写的。
按他们技术总监 Marc de Groot 的说法，把一个基于 Z80 的游戏移植到 6502 或者 MC6809 上，典型的时间不多于 3 个月。
美国 Federal Express （联邦快递）公司的手持式行李分捡系统的程序是用 Forth 编写的。
项目经理 Gene Farrar 说，他可以按需要在几个星期内升级新固件，相比而言，其它的小组维护 C 语言代码则至少需要 6 个月的时间。
1990 年 11 月哥伦比亚航天飞机的 4 个载荷中有 3 个是用 Forth 编程的。
按设计团队之一Johns Hopkins University's Applied Physics Laboratory的 John Hayes 说法，他们选择 Forth 来解决飞行中的硬件问题，灵活性是一个主要的因素。
SUN 公司把 Forth 用于它的工作站可编程 Boot ROM 中，以每天 500-1000 台的速度发货，是可编程 Forth 系统中数量最大的。
1994 年 IEEE 1275-1994 将 Forth 用于 BOOT（初始配置）固件的标准，这也是 POWER PC 通用硬件平台的基础。
在电影《终结者 II ：世界末日》中， Cyberdyne Systems T1000 系统的特技效果是基于Morphing 软件包 Forth 产生的。
Pleo是一只可爱的小恐龙，是由富士康公司研发的电子宠物，所有Pleo的个性都是通过PAWN的脚本实现。
官方网站：著名的第一人称射击类游戏《CS反恐精英》就是使用了Pawn脚本语言来控制游戏。
而另两款著名的3D即时策略类游戏《魔兽争霸3》和RPG类在线游戏《魔兽世界》中也大量使用lua脚本。
还有在移动设备上一直很火热的游戏《愤怒的小鸟》也使用lua脚本。
机制与策略设计模式在游戏中的应用是最为广泛的，常常关卡的设计和场景的变换都是利用脚本语言来完成策略部分。
而画面的渲染和动画的着色这交给图形引擎库来完成机制功能。
Terminal中的机制与策略：Terminal平台大量使用了机制与策略的设计模块。