Linux系统编程：进程管理、内存对比与树莓派应用
一、认识进程和线程，在Linux系统下检察系统中各进程的编号pid并终止一个进程pid1.进程和线程
进程：操纵系统分配资源（如内存、CPU时间片）的基本单位。每个进程有独立的内存空间，进程间通信须要较复杂的机制（如管道、信号、共享内存等）。
线程：进程内的执行单元，共享同一进程的资源（如内存、文件句柄）。线程间通信更高效，但需注意同步问题（如竞态条件）。
2.用 ps -a 命令检察系统中各进程的编号pid且用 kill 命令终止一个进程pid
命令如下
#在后台运行一个 sleep 120 秒的进程
sleep 120 &
#查看进程的PID
ps -a
输出示例：
PID TTY TIME CMD
1234 pts/0 00:00:00 bash
5678 pts/1 00:00:00 ps
终止进程
kill PID（如kill 1234） 操纵结果：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d928e113c19c4105bca3d52faf732f26.png
二、Linux的“虚拟内存管理”与stm32中的 真实物理内存（内存映射）的区别
1.Linux虚拟内存管理
虚拟内存是操纵系统对物理内存的抽象层，通过 硬件（MMU） 和 软件（内核页表） 协作实现。
特性阐明虚拟地址空间每个进程拥有独立的虚拟地址空间（如0x0000~0xFFFF），与物理内存解耦。分页机制内存按固定大小（如4KB）分页，通过页表（Page Table）映射虚拟页到物理页或磁盘（Swap）。内存掩护页表项标志内存权限（读/写/执行），防止非法访问（如代码区只读）。按需分配物理内存仅在实际访问时分配（触发缺页中断），克制浪费。共享内存多个进程可共享同一物理页（如动态库代码）。Swap机制将不活跃的内存页换出到磁盘，缓解物理内存不足。 示例：
[*]进程A访问虚拟地址0x1234 → MMU查页表 → 映射到物理地址0x5678。
[*]若目的页不在物理内存中，触发缺页中断 → 内核从磁盘加载该页。
2.STM32物理内存映射
TM32等微控制器无MMU，直接通过物理地址访问内存和外设，其设计目的是实时性和确定性：
特性阐明物理地址直接访问全部代码直接操纵物理地址（如0x20000000为SRAM起始地址）。内存与外设同一编址外设寄存器通过特定地址访问（如0x40000000为GPIOA寄存器地址）。静态内存分配内存布局在编译时确定（通过链接脚本），无动态分页或互换机制。无内存掩护全部代码均可访问任意物理地址，易因错误操纵导致系统崩溃。确定性耽误无地址转换开销，访问外设和内存的时间可准确盘算，适合实时系统。 示例：
操纵STM32的GPIO：
volatile uint32_t *GPIOA = (uint32_t*)0x40020000;// 直接访问GPIOA寄存器地址
*GPIOA |= 0x01;// 设置PA0引脚为高电平 3. 关键区别对比
维度Linux虚拟内存STM32物理内存地址空间虚拟地址隔离（进程安全）直接物理地址（无隔离）硬件依赖依赖MMU实现地址转换无MMU，直接访问物理地址内存分配动态分页，按需分配静态分配，编译时固定内存掩护通过页表权限实现（读/写/执行）无掩护，代码可任意修改内存或外设实时性因地址转换和缺页中断导致耽误不确定访问耽误确定，适合实时控制应用场景通用多任务系统（如服务器、PC）资源受限的嵌入式实时系统（如电机控制、传感器） 4. 注意事项
[*] 在Linux中：
[*]用户程序通过malloc申请的是虚拟内存，实际物理内存分配由内核管理。
[*]直接访问物理地址需通过/dev/mem或内存映射（mmap），且须要root权限。
[*] 在STM32中：
[*]需手动管理内存，克制溢出（如栈、堆大小需在链接脚本中明确定义）。
[*]操纵外设时需严酷遵循寄存器地址和时序，错误写入可能导致硬件故障。
总结：Linux虚拟内存是抽象层，解决多任务安全与资源扩展问题；STM32物理内存映射是直接控制，满足实时性和硬件服从需求。两者适用于截然不同的场景，明白其差异是开发跨平台系统的关键。
三、Linux系统调用函数 fork()、wait()、exec() 等的寄义和调用方法
1.用xterminal（大概putty等）远程登录自己阿里云服务器Ubuntu系统的账号，在home目次下创建一个子目次，然后使用vi编辑一个c代码，gcc编译，实现一个系统调用函数的例子
下图为整个命令流程：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/410e1c8fe36345dda8ddb124a26558c3.png
c文件起名为fork_exec_wait.c，代码如下（此代码是deepseek写的）：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
pid_t pid = fork();// 创建子进程
if (pid < 0) {
fprintf(stderr, "Fork failed\n");
return 1;
} else if (pid == 0) {
// 子进程执行ls -l命令
execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
perror("exec failed");// 若exec失败，输出错误
return 1;
} else {
// 父进程等待子进程结束
wait(NULL);
printf("子进程执行完毕。\n");
}
return 0;
} 编辑好代码后在下方命令行输入：wq+Enter（一定要Enter！），然后点击发送就退出去了
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/2f7b6b14accf4e9e8082f34f5d60d576.png
2.在树莓派中创建账号，在该账号+home目次下，完成同样的操纵
PS：一定要让树莓派跟你的电脑都连你的手机热门！！！
打开putty毗连树莓派（关于树莓派可以看我另一个博客）无表现器安装访问树莓派3B+_如何在没用表现器的情况下给树莓派安装系统-CSDN博客
（1）创建账号（过程如下，详细看上面链接的博客）
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/15c7011e62614d548171d3dd50319f92.png
（2）授权新账号使用sudo（方便进行安装一些工具等操纵）
指令表明如下：
//添加
sudo usermod -aG sudo cq # -a表示追加，-G指定组
//检查
groups cq # 输出应包含 "sudo" https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d5ae2f26a92042268be0e5b5eb321dd7.png
（3）切换账号并安装gcc（编译工具）
指令表明如下：
//切换用户
pi@raspberrypi:~ $ su - cq
//sudo whoami# 测试sudo权限，返回 "root"
cq@raspberrypi:~ $ sudo whoami
//安装gcc
cq@raspberrypi:~ $ sudo apt install gcc
结果如下：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/3613cab42c414e138b16c711a7ec2c84.png
（4）创建作业目次并编写代码
//创建目录
mkdir -p ~/work6
//进入目录
cd ~/syscall_practice
# 使用nano编辑器(xterminal中用的vi)
nano fork_exec_wait.c c文件代码（同xterminal中）：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
fprintf(stderr, "Fork失败\n");
return 1;
} else if (pid == 0) {
execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
perror("exec失败");
return 1;
} else {
wait(NULL);
printf("子进程执行完毕。\n");
}
return 0;
} 保存退出：Ctrl+O → 回车 → Ctrl+X（nano编辑器操纵）
（5）编译并运行
指令：
//编译
gcc fork_exec_wait.c -o demo
//运行
./demo 结果：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/16141f4562e446dc84a12f58dcc27873.png
四、总结
本次实验我了解了进程和线程，通过查找资料了解了Linux虚拟内存和STM32物理内存的区别，还通过Xterminal在阿里云服务器以及通过Putty在树莓派上完成了系统调用实践。学到了许多，偷偷吐槽一下，putty不能复制粘贴代码，挺难受的。
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