一、目录结构

1. 根目录与系统目录

根目录为 /，核心子目录包括：bin（命令二进制文件）、boot（启动文件）、etc（系统配置文件）、home（普通用户家目录）、root（管理员家目录）、lib（库文件）、usr（用户应用）等。

2. 用户家目录规则

用户名示例：stu、xiaowang。

对应家目录：/home/stu、/home/xiaowang，家目录下可创建 C 语言开发文件/目录（如 main.c、mycode 文件夹）。

特殊路径符号：.（当前目录）、..（上一级目录）、~（家目录）。

3. 路径类型

绝对路径：如 /home/stu/main.c（从根目录开始的完整路径）。

相对路径：基于当前位置的路径（如 cd mycode、cd ..）。

二、文件类型

Windows 后缀区分（.txt、.jpg、.exe 等）
Linux 符号区分：-（普通文件）、d（目录文件）、p（管道）、l（链接文件）、c/b（设备文件）、s（套接字文件）

三、修改权限

1.权限基础逻辑

权限维度：r（读，数字值4）、w（写，数字值2）、x（执行，数字值1）、-（无权限，数字值0）。

归属维度：u（文件所有者）、g（所属组）、o（其他用户）。

2.权限表示方法

符号法：如 rw-r--r--（所有者读/写，组/其他仅读）。

数字法：将归属维度的权限值相加，如 764（u:7=4+2+1、g:6=4+2、o:4=4）。

3.权限修改命令（chmod）

符号法示例：chmod u-x a（移除文件 a 所有者的执行权限）、chmod u+w a.c（给文件 a.c 所有者添加写权限）。

数字法示例：chmod 764 a（设置文件 a 权限为 rwxrw-r--）。

四、基本命令

cd：切换目录 cd /（到根目录）、cd ~（到家目录）、cd mycode（到当前目录下的mycode）
pwd：显示当前工作目录的绝对路径
ls：列出当前目录下的文件/目录
touch：创建空普通文件
mkdir：创建目录（文件夹）

cp：复制文件或目录
rm：删除文件或目录
mv：移动或重命名文件
cat：查看文件内容（全部）
more：分页查看文件（向下翻页）

less：分页查看文件（可上下翻页）
tail：查看文件末尾内容
head：查看文件开头内容
find：查找文件
grep：搜索文件内容

Vim 基础使用

1. 命令模式（默认进入）
2. 插入模式（可输入文本）
3. 末行模式（执行命令）

末行模式常用命令

:w：保存文件
:q：退出（前提是文件未修改）
:wq：保存并退出
:q!：不保存强制退出

模式切换

i：在光标前插入
a：在光标后插入
o：在当前行下方插入新行
I：在行首插入
A：在行尾插入
O：在当前行上方插入新行

进程管理

基本概念

进程：一个正在运行的程序
PID：进程唯一标识符
PCB（进程控制块） / 进程描述符：内核中用于描述进程的数据结构

bash（shell）：命令解释器 用来与用户交互

查看进程

ps：查看当前终端 运行的进程 -f -ef显示详细信息
top：动态显示进程信息

进程控制

kill + PID：结束指定进程

kill + -9 +PID: 强制结束进程
Ctrl + C：结束前台运行的进程
Ctrl + Z：暂停前台运行的进程
&：在命令后加 & 使其后台运行
jobs：查看后台运行的任务 显示任务号

fg+%任务号：后台切换至前台

bg+%任务号：前台切换至后台（需要先ctrl+z）

|管道：将一个进程输出的信息传递给另一个进程

man帮助手册

man：查看命令、系统调用、库函数的帮助文档
1：命令
2：系统调用
3：库函数

行号设置

:set nu：显示行号
:set nonu：取消行号

跳转

:n：跳转到第 n 行
gg：跳转到第一行
G：跳转到文件末尾

复制/粘贴/删除

n + yy：复制 n 行
n + dd：剪切/删除 n 行
p：粘贴
u：撤销
Ctrl + r：恢复（反撤销）
x：删除一个字符
r：替换一个字符
R：进入替换模式，按 ESC 结束
cc：清空当前行并进入插入模式
C：清空光标到行末并进入插入模式

关机与重启

关机：shutdown -h now、halt、init 0
重启：shutdown -r now、reboot、init 6

解压命令

tar zxf xx.tar.gz：解压 .tar.gz 文件

运行级别

3：文本模式（无图形界面）
5：图形界面模式

五、编译全流程

编译四阶段

① 预编译：处理#include、#define等预处理指令，展开宏、插入头文件，删除注释
命令：gcc -E main.c -o main.i
输入：main.c（源文件），输出：main.i（预处理后的C文件）

② 编译：将C代码翻译成汇编助记符（如ADD），同时完成语法检查
命令：gcc -S main.i -o main.s
输入：main.i，输出：main.s（汇编文件）

③ 汇编：将汇编代码翻译成机器指令（二进制0101）
命令：gcc -c main.s -o main.o
输入：main.s，输出：main.o（Linux目标文件）/main.obj（Windows目标文件）

④ 链接：合并目标文件、C标准库等，生成可执行程序
命令：gcc main.o -o main
输入：main.o，输出：main（Linux可执行文件）/main.exe（Windows可执行文件）

编译方式分类

一步编译（多文件）：直接编译多源文件，自动完成四阶段
命令：gcc -o main main.c add.c

分步编译：先分别编译main.c、add.c生成.o目标文件，再链接生成main

工程自动化：Makefile

作用：管理C语言工程，实现自动化编译，避免手动重复执行gcc命令

核心：编写Makefile文件，定义编译规则，执行make命令自动编译

六、GDB调试核心命令

调试准备

编译时加-g参数生成调试信息：gcc -o test test.c -g

常用调试命令

l（list） 显示源代码
b 行号/函数名 设置断点
info break 查看所有断点
r（run） 运行程序
n（next） 单步执行（不进入函数）
s（step） 单步执行（进入函数）
p 变量名 打印变量值
c（continue） 继续运行到下一个断点
finish 跳出当前函数
bt（backtrace） 查看函数调用栈
q（quit） 退出gdb

七、静态库 vs 共享库

核心定义

静态库 libxx.a 预先编译好的方法的集合 编译链接阶段，直接将库代码打包进可执行文件
共享库 libxx.so 预先编译好的方法的集合 程序运行阶段，仅在可执行文件中做标记，运行时加载

静态库

1. 生成静态库

先将源文件编译为目标文件：gcc -c add.c、gcc -c max.c

用ar命令打包生成静态库：ar crv libfoo.a add.o max.o

ar：静态库打包工具

c：创建新库，r：替换库中文件，v：显示详细过程

生成的静态库命名规则：libxxx.a（lib前缀+库名+.a后缀）

2. 使用静态库

编译链接命令：gcc -o main main.c -L. -lfoo

-L.：指定库文件搜索路径为当前目录（.代表当前目录）

-lfoo：链接名为foo的库（自动补全为libfoo.a，省略lib前缀和.a后缀）

运行可执行程序：./main，直接运行成功，输出add=5

静态库在编译链接阶段就将库代码打包进可执行文件，运行不依赖外部库

共享库

先将源文件编译为目标文件（需加-fPIC生成位置无关代码）：gcc -c add.c -o add.o、gcc -c max.c -o max.o

用gcc生成共享库：gcc -shared -fPIC -o libfoo.so add.o max.o

-shared：生成共享库

-fPIC：生成位置无关代码，确保库可在内存任意位置加载

生成的动态库命名规则：libxxx.so（lib前缀+库名+.so后缀）

2. 查看动态库依赖

用ldd命令查看可执行程序依赖的共享库：ldd main

输出显示libfoo.so => /lib/libfoo.so，说明程序成功找到并加载了/lib路径下的libfoo.so

静态库&共享库区别

静态库（libxxx.a）：用到的方法包含到可执行程序
链接时机：编译链接阶段，直接将库代码打包进可执行文件
特点：可执行文件体积大，运行不依赖外部库，移植性强，库更新需重新编译程序

共享库（动态库，libxxx.so）：不包含，所有程序共享
链接时机：程序运行阶段，仅在可执行文件中做标记，运行时加载库
特点：可执行文件体积小，库更新无需重新编译程序，运行依赖系统中的库文件，需确保库在系统搜索路径中，最好将库文件直接放在 存放库文件的标准目录：/use/lib，/lib...

八、fork

main函数的3个参数

int main(int argc, char *argv[], char *envp[])

1.argc (argument count)：命令行参数个数，≥1，程序名字本身也算1个参数。

2.argv (argument vector)：字符串指针数组，存放每个命令行参数字符串。
argv[0] = 程序名；argv[1]是第一个传入参数，末尾argv[argc]=NULL。

3.envp (environment pointer)：环境变量字符串数组，格式"KEY=VALUE"，数组最后以NULL结尾，保存系统全部环境变量（PATH、HOME等）。

printf行缓冲机制（用户态缓冲区）

printf并不会直接把内容打印屏幕，数据先存放到用户缓冲区。
缓冲区刷新（真正输出到屏幕）3种条件：

1. 缓冲区存满，自动输出；

2. 遇到\n换行符 或者调用fflush(stdout)强制刷新；

3. 程序运行结束，自动刷新缓冲区。

fork

1. PCB（进程控制块）：内核结构体struct task_struct，管理每一个进程，每个进程拥有唯一pid进程号。

2. fork()系统调用：创建子进程。返回值>0：父进程，返回值是新建子进程的pid，返回值=0：子进程。

3. fork之后：子进程几乎完全复制父进程，代码、数据、用户缓冲区都会复制一份，父子进程是两个独立进程，各自往下执行。

fork写实拷贝

写时复制，创建子进程时并不立刻复制物理内存页；只有当进程对内存做修改的时候，才复制内存页面。页面大小常见：4K。

vfork：子进程直接共享父进程内存空间，不拷贝；子进程必须exit()或者exec()，不能直接return。

僵死进程

子进程先于父进程结束，父进程没有获取子进程的退出码，那么子进程变成僵死进程。解决办法：父进程调用 wait() / waitpid()，回收子进程资源。

九、io文件

系统调用

open，read，write，close 实现在内核中，即内核中的函数，调用时切换成内核态，产生中断陷入内核。库函数在用户空间，直接跳转函数入口就绪执行。

父进程打开的文件，fork后父子进程都可以共享访问，文件偏移量是共享的。

文件表（每个进程私有）：每个进程自己拥有一张表，fd‑0：标准输入 stdin， fd‑1：标准输出 stdout，fd‑2：标准错误 stderr，open打开文件，返回最小可用fd编号。fork时，子进程完整复制这张表。

printf()->系统调用write() strlen()->库函数 fopen()->open()

进程替换-exec

在当前进程内部加载并运行新程序，PID保持不变，原有代码直接被替换覆盖。

命令解释器

bash属于shell（命令解释器），接收用户输入，和操作系统内核交互。用户在终端输入外部命令时，bash执行fork+exec：先fork创建子进程，子进程调用exec，把自身替换为要执行的命令程序；内核负责管理所有进程。

十、信号

本质是软中断，用来通知进程发生了某个事件。

发送信号：kill() 函数传入参数：进程pid + 信号编号sig，向指定进程发送信号。

处理信号：signal()，进程收到信号有3种响应方式① 默认处理：SIG_DFL，系统默认行为（终止、暂停等）② 忽略信号：SIG_IGN，直接丢弃该信号，不做处理 ③ 自定义捕获：注册回调函数 void fun(int sig);，收到信号执行自己写的处理函数。

十一、进程间通信IPC

IPC通信方式：管道、信号量、共享内存、消息队列、套接字。

管道

无名管道：依靠fork()创建，文件描述符：fd[0]读端，fd[1]写端，只用于有血缘关系的进程。

有名管道FIFO：有管道文件，任意进程之间通信，用open分别打开读、写。

管道特点：数据存放在内存；读端、写端默认都是阻塞模式，半双工通信。

阻塞与返回规则
① 必须两个进程同时打开管道，一个读、一个写，才能正常工作。
② 管道为空：read()读操作阻塞；管道写满：write()写操作阻塞。
③ 写端全部关闭：read()返回0，表示读到末尾。
④ 读端全部关闭：继续执行write()，会触发异常，产生信号。

信号量

p操作代表获取资源-1，可能阻塞；v操作代表释放资源+1

临界资源：同一时刻只能一个进程使用的资源；临界区：操作该资源的代码片段。

死锁：两个或多个进程/线程在竞争资源时，各自持有部分资源并等待对方释放资源，导致互相等待、谁都无法继续执行的僵持状态。

如何避免死锁：① 破坏互斥条件：尽量使用可共享的资源，或用读写锁让多个读者同时访问；② 破坏请求与保持条件：采用一次性申请所有资源（资源预分配）的方式，进程运行前一次性申请所需全部资源，申请不到则一个都不拿；③ 破坏不可剥夺条件：进程申请不到新资源时，主动释放已持有的资源，稍后重新申请；④ 破坏循环等待条件：对资源进行编号，所有进程必须按编号递增的顺序申请资源，避免形成等待环路。

共享内存

速度最快，多个进程把同一块内核内存映射到自己的用户空间。

十二、线程

进程：一个正在运行的程序，动态，进行资源分配的基本单位。

线程：进程内部的一条执行路径，执行序列，用户创建、管理由内核完成，可以使用多个处理器。

pthread_create(&tid, NULL, 入口函数, 参数)：创建线程

pthread_join(tid,NULL)：阻塞等待线程结束，回收资源。

pthread_exit(NULL)：只退出当前线程。

多线程的程序执行fork()后，子进程只有一条执行路径，fork()所在的那条执行路径。

线程同步

保证线程安全，包括信号量，互斥锁，条件变量，读写锁

信号量：sem_init(&sem, 0,初值); //第二个参数0：用于线程
sem_wait(&sem);//P操作:‑1，资源不足阻塞
sem_post(&sem);//V操作:+1，唤醒阻塞线程
sem_destroy(&sem)；

互斥锁：pthread_mutex_init(&m,NULL);
pthread_mutex_lock(&m); //加锁，临界区
pthread_mutex_unlock(&m); //解锁
pthread_mutex_destroy(&m);

读写锁：pthread_rwlock_init(&lock,NULL) ;
pthread_rwlock_lock(&lock); //加锁
pthread_rwlock_unlock(&lock) ;//解锁
pthread_rwlock_destroy(&lock);

条件变量：与互斥锁一起使用，wait会释放锁阻塞，signal唤醒一个线程，broadcast唤醒全部；判断条件必须使用while处理虚假唤醒。

生产者‑消费者模型

2生产者(各产30)，3消费者(各消费20)，缓冲区大小7，总生产=60，总消费=60

信号量：s1空位，初值7：生产者P，消费者V，s2产品，初值0：消费者P，生产者V

互斥锁：保护缓冲区，P(sem_wait)写在加锁外面，否则死锁

生产者 ：sem_wait(s1)占空位；加锁 →放数据 →解锁；sem_post(s2)产品+1

消费者：sem_wait(s2)取产品；加锁 →取数据 →解锁；sem_post(s1)空位+1

读者‑写者模型

读者优先版本：允许多个读者同时读；写者必须独占资源，读写、写写不能同时进行。

计数器：count统计读者数量

互斥锁：rmutex保护count；wmutex为读写共用锁。

读者：第一个读者加wmutex，最后一个读者释放wmutex，中间读者只修改count。

写者：直接对wmutex加锁解锁。

缺点：持续不断的新读者会造成写者饥饿。

十三、网络编程

osi模型 七层 ：应用层->表示层->会话层->传输层->网络层->数据链路层->物理层

tcp/ip协议 四层 ：应用层->传输层->网络层->网络接口层(数据链路层、物理层）

网络编程：可以在不同主机进行进程间通信

ip地址：唯一标识一台主机 ipv4 ipv6

MAC地址：48唯一标识一台主机

tcp协议

面向连接的，可靠的流式服务

服务器：socket()->bind()->listen()->accept()->recv()->send()->close()

客户端：socket()->connect()->send()->recv()->close()

socket()：创建套接字，返回文件描述符，作为后续通信的句柄。

bind()：将套接字绑定到指定的 IP 地址和端口号。

listen()：将套接字设为监听状态，等待客户端连接，内核维护半连接队列和全连接队列。

accept()：从全连接队列中取一个已完成三次握手的连接，返回新的套接字用于与该客户端通信。

connect()：主动向服务器发起连接请求，触发三次握手。

send() / recv()：发送和接收数据，TCP 是面向连接的可靠字节流，可多次收发。

发送缓冲区 / 接收缓冲区：TCP 为每个连接在内核中维护发送缓冲区和接收缓冲区，send() 只是把数据拷贝到发送缓冲区，由内核负责发送；recv() 从接收缓冲区读取数据。

close()：关闭套接字，释放资源；主动关闭方触发四次挥手。

三次握手：TCP建立连接的过程，客户端connect发SYN，服务端回SYN+ACK，客户端再回ACK，完成后连接进入全连接队列。

四次挥手：TCP断开连接的过程，客户端close发FIN，服务端回ACK；等服务端数据发完，close再发FIN，最后客户端回ACK，正式断开。

TCP可靠性：应答确认，超时重传，去重，乱序重排，滑动窗口，进行流量控制。

粘包：TCP 面向字节流，发送方多次 send() 的数据可能被合并成一次 recv() 接收，或一次 send() 的数据被拆成多次 recv() 接收。加起始和结束标记，报文采用固定长度，报头包含数据长度。

TIME_WAIT：主动关闭方在发送最后一个 ACK 后进入 TIME_WAIT 状态，等待 2MSL（最大报文段生存时间，通常为 2 分钟）后才真正关闭连接。

TIME_WAIT 存在的意义：① 保证最后一个 ACK 能可靠到达对方：如果该 ACK 丢失，对方会重发 FIN，主动关闭方需要保留状态以便重发 ACK，否则对方无法正常关闭；② 防止旧连接的延迟报文干扰新连接：等待 2MSL 可确保本次连接的所有报文在网络中消失，避免相同四元组的新连接收到旧连接的残留数据。

udp协议

无连接，不可靠的数据报服务

服务端：socket()->bind()->recvfrom()->sendto()->close()

客户端：socket()->sendto()->recvfrom()->close()

tcp和udp可以同时使用同一个端口

http协议

HTTP 与 HTTPS 区别：① HTTP 明文传输，数据不加密，容易被窃听和篡改；HTTPS 在 HTTP 基础上加入 SSL/TLS 加密层，对传输内容进行加密，保证数据机密性和完整性。② HTTP 默认端口 80，HTTPS 默认端口 443。③ HTTPS 需要向 CA 机构申请数字证书，用于身份认证；HTTP 无需证书。④ HTTPS 建立连接时多一次 TLS 握手，性能略低于 HTTP，但安全性更高。

HTTP GET 与 POST 区别：① GET 用于获取资源，参数拼接在 URL 后面，如 ?name=value，可见且长度受限；POST 用于提交数据，参数放在请求体中，相对隐蔽且长度不受限。② GET 请求可被浏览器缓存、收藏、保留在历史记录中；POST 一般不会被缓存。③ GET 是幂等的，多次请求结果相同；POST 不幂等，多次提交可能产生多次副作用。④ GET 只支持 ASCII 字符；POST 支持二进制数据，可上传文件。

HTTP 应答状态码：服务器处理请求后返回的三位数字状态码，用于告知客户端请求结果。

1xx（信息类）：请求已接收，继续处理。如 100 Continue（继续发送请求体）。

2xx（成功类）：请求成功处理。① 200 OK：请求成功，返回正常数据；② 201 Created：资源创建成功（常用于 POST）；③ 204 No Content：请求成功但无返回内容。

3xx（重定向类）：需要进一步操作完成请求。① 301 Moved Permanently：资源永久移动到新地址；② 302 Found：资源临时重定向；③ 304 Not Modified：资源未修改，可使用本地缓存。

4xx（客户端错误类）：请求有误，客户端需修改。① 400 Bad Request：请求语法错误；② 401 Unauthorized：未认证，需要登录；③ 403 Forbidden：已认证但无权限访问；④ 404 Not Found：资源不存在；⑤ 405 Method Not Allowed：请求方法不被允许。

5xx（服务器错误类）：服务器处理出错。① 500 Internal Server Error：服务器内部错误；② 502 Bad Gateway：网关或代理收到无效响应；③ 503 Service Unavailable：服务器暂时不可用（如过载、维护）；④ 504 Gateway Timeout：网关超时。

http连接网页

1.先DNS解析域名得到服务器IP+80端口，调用connect()建立TCP连接。

2. 短连接：建立TCP连接 → 浏览器发HTTP请求 → 服务器返回HTTP响应 → 立刻close()断开TCP连接，一次请求就断开。

3. 长连接：TCP连接建立后，多次收发HTTP请求响应，连接不马上关闭，用完之后才断开。

十四、IO复用

select/poll/epoll：检测描述符集合中哪些描述符事件已就绪

select 轮询O(n)，epoll 注册回调O(1)

select

FD_ZERO(fd_set*) 清空集合；FD_SET(fd, fd_set*) 将描述符加入集合；FD_CLR(fd, fd_set*) 将描述符从集合移除；FD_ISSET(fd, fd_set*) 判断描述符是否就绪。

工作流程：① 定义并初始化 fd_set 集合，把要监听的描述符加入集合；② 调用 select() 阻塞等待，内核检测集合中是否有描述符就绪；③ select() 返回后，用 FD_ISSET 遍历集合，找出就绪的描述符；④ 对就绪的描述符执行读写操作；⑤ 每次循环前需要重新设置 fd_set，因为 select 会修改集合内容。

poll

工作流程：① 定义 pollfd 数组，为每个要监听的描述符设置 fd 和 events；② 调用 poll() 阻塞等待，内核检测数组中哪些描述符事件就绪；③ poll() 返回后，遍历数组检查每个元素的 revents 字段，判断哪些描述符就绪；④ 对就绪的描述符执行读写操作；⑤ 与 select 不同，poll 不会修改 events，因此无需每次循环重新设置。

epoll

工作流程：① 调用 epoll_create() 创建 epoll 实例；② 调用 epoll_ctl() 把要监听的描述符注册到内核红黑树中；③ 调用 epoll_wait() 阻塞等待，内核把就绪的描述符放入就绪链表并返回；④ 遍历返回的就绪事件数组，对就绪的描述符执行读写操作；⑤ 新增或删除监听对象时，再次调用 epoll_ctl() 维护红黑树。

ET LT