Petua untuk melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem menggunakan C++

Dengan perkembangan teknologi komputer yang berterusan, semakin banyak perisian dan sistem memerlukan pengaturcaraan peringkat sistem. Pengaturcaraan peringkat sistem memerlukan interaksi langsung dengan sistem pengendalian dan memerlukan kecekapan, kestabilan dan keselamatan, jadi ia memerlukan penguasaan beberapa kemahiran profesional. Artikel ini akan menumpukan pada teknik menggunakan C++ untuk melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem.

1. Fahami sistem pengendalian
Sebelum melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem, anda mesti mempunyai pemahaman yang mendalam tentang sistem pengendalian yang digunakan. Sistem pengendalian adalah asas untuk pengaturcaraan peringkat sistem. Contohnya, sistem pengendalian Windows dan sistem pengendalian Linux mempunyai sistem fail, pengurusan proses, pengurusan memori dan mekanisme lain yang berbeza. Ia memerlukan pemahaman mendalam tentang mekanisme ini untuk melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem. Adalah disyorkan untuk membaca lebih banyak buku sistem pengendalian yang berkaitan, termasuk prinsip sistem pengendalian, pengurusan proses, sistem fail, pemacu, dsb.

2. Gunakan panggilan sistem
Panggilan sistem adalah asas pengaturcaraan peringkat sistem. Sistem pengendalian menyediakan satu set API, yang kami panggil panggilan sistem. Panggilan sistem adalah satu-satunya antara muka yang disediakan oleh kernel sistem pengendalian kepada aplikasi. Panggilan sistem boleh menyediakan satu siri perkhidmatan dalam sistem pengendalian, seperti fail I/O, pengurusan proses, komunikasi rangkaian, dsb. Oleh itu, kita mesti belajar cara memanggil panggilan sistem.

C++ menyediakan beberapa fungsi terbina dalam untuk membuat panggilan sistem, seperti buka, baca, tulis, tutup, dll. Terdapat beberapa butiran yang perlu diberi perhatian apabila menggunakan fungsi ini. Contohnya, untuk fungsi terbuka:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int open(const char* path, int flags);

Antaranya, laluan ialah laluan fail, bendera ialah kaedah pembukaan fail, dan nilai pulangan ialah deskriptor fail bagi fail. Semasa menjalankan operasi I/O fail, anda mesti mengendalikan keadaan ralat deskriptor fail, seperti kegagalan membuka fail, kegagalan membaca dan menulis, dsb.

Selain menggunakan fungsi terbina dalam C++ untuk membuat panggilan sistem, anda juga boleh menggunakan perpustakaan panggilan sistem untuk membuat panggilan sistem. Di Linux, anda boleh menggunakan perpustakaan libc, yang menyediakan sejumlah besar fungsi panggilan sistem. Sebagai contoh, fungsi terbuka di atas boleh dipanggil melalui perpustakaan libc:

#include <unistd.h>

int fd = open(path, O_RDWR);

Antaranya, O_RDWR mewakili mod baca dan tulis, dan fd ialah deskriptor fail. Pustaka libc juga menyediakan fungsi panggilan sistem lain, seperti fork, execve, kill, dsb.

3. Pengurusan memori
Apabila melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem, isu pengurusan memori mesti dipertimbangkan. Biasanya, sistem pengendalian memperuntukkan ruang alamat memori untuk setiap proses dan menyediakan beberapa mekanisme untuk mengurus memori. C++ juga menyediakan beberapa alat pengurusan memori, seperti baharu, padam, dsb. Tetapi apabila melakukan pengaturcaraan peringkat sistem, anda perlu memahami mekanisme pengurusan memori yang lebih kompleks.

Dalam C++, anda boleh menggunakan malloc dan fungsi percuma untuk memperuntukkan dan melepaskan memori. Perlu diingatkan bahawa jenis penunjuk yang dikembalikan oleh malloc adalah tidak sah* dan perlu ditukar kepada jenis yang memerlukan peruntukan memori. Pada masa yang sama, apabila menggunakan malloc untuk memperuntukkan memori, anda perlu memberi perhatian kepada isu penjajaran memori. Penjajaran memori boleh meningkatkan prestasi program, tetapi ia juga membazirkan beberapa ruang memori.

Selain menggunakan malloc dan percuma untuk peruntukan dan pelepasan memori, anda juga boleh menggunakan fungsi mmap. Fungsi mmap boleh memetakan fail dan kawasan memori bersama-sama untuk memudahkan operasi I/O fail. Penunjuk yang dikembalikan oleh fungsi mmap boleh terus membaca dan menulis kandungan fail. Sudah tentu, apabila menggunakan fungsi mmap, anda juga perlu memberi perhatian kepada isu penjajaran memori.

4. Pengurusan proses
Apabila melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem, pengurusan proses selalunya diperlukan. Sistem pengendalian menyediakan beberapa panggilan sistem pengurusan proses untuk aplikasi, seperti fork, execve, wait, dsb. Panggilan sistem ini memudahkan untuk mencipta, melaksanakan dan mengurus proses.

Panggilan sistem fork boleh mencipta proses anak, yang berkongsi kod proses induk, tetapi bebas dalam ruang data, dan ruang tindanan proses anak juga bebas. Nilai pulangan fork ialah ID proses anak, yang boleh digunakan untuk membezakan proses induk dan proses anak. Panggilan sistem execve boleh melaksanakan program baharu yang akan menggantikan imej proses semasa. Panggilan sistem tunggu boleh menunggu proses kanak-kanak selesai dan mengembalikan status penamatannya.

Apabila melaksanakan pengurusan proses, anda juga perlu memberi perhatian kepada isu komunikasi data antara pelbagai proses. Komunikasi antara pelbagai proses boleh menggunakan mekanisme seperti paip, memori dikongsi dan baris gilir mesej.

5. Menjalankan pembangunan pemandu
Pemandu adalah bahagian penting dalam pengaturcaraan peringkat sistem. Pemacu boleh menyediakan perkhidmatan perkakasan ke lapisan atas, mengurus peranti perkakasan dan berinteraksi dengan perkakasan ke lapisan bawah. Pemacu biasanya berjalan dalam mod kernel dan cekap dan masa nyata.

Perhatian khusus diperlukan semasa melakukan pembangunan pemandu. Oleh kerana pemandu berinteraksi secara langsung dengan perkakasan, ia mudah menjejaskan sistem dan mungkin menyebabkan sistem ranap. Apabila membangunkan pemacu, perhatian khusus perlu diberikan kepada peruntukan dan pelepasan memori, pengendalian gangguan, penggunaan kunci, dsb.

C++ menyediakan beberapa sintaks khas untuk pembangunan pemacu, seperti fungsi maya, pengendali terlebih beban, dsb. Walau bagaimanapun, apabila membangunkan pemacu, kita perlu mengikut peraturan kernel dan gaya pengekodan. Pemacu perlu ditulis dalam kod kernel dan disusun dan dipautkan melalui makefile. Oleh itu, apabila membangunkan pemacu, anda perlu menguasai pengetahuan berkaitan pengaturcaraan kernel.

Ringkasan
Artikel ini memperkenalkan beberapa teknik untuk menggunakan C++ untuk melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem, termasuk memahami sistem pengendalian, menggunakan panggilan sistem, pengurusan memori, pengurusan proses, pembangunan pemacu, dsb. Pengaturcaraan peringkat sistem memerlukan pemahaman yang mendalam tentang sistem pengendalian dan beberapa kemahiran profesional Ia juga memerlukan gaya pengekodan yang ketat dan perhatian terhadap keselamatan program dan isu lain. Saya harap artikel ini dapat membantu pembaca semasa melakukan pengaturcaraan peringkat sistem.

Atas ialah kandungan terperinci Petua untuk melaksanakan pengaturcaraan peringkat sistem menggunakan C++. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!