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pid

1.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

1. #在后台运行一个 sleep 120 秒的进程
2. sleep 120 &
5. #查看进程的PID
6. ps -a
7. 输出示例​​：
8.   PID TTY          TIME CMD
9.   1234 pts/0    00:00:00 bash
10.   5678 pts/1    00:00:00 ps
13. 终止进程
14. kill PID（如kill 1234）

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操纵结果：

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：

1. volatile uint32_t *GPIOA = (uint32_t*)0x40020000;  // 直接访问GPIOA寄存器地址
2. *GPIOA |= 0x01;  // 设置PA0引脚为高电平

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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：

c文件起名为fork_exec_wait.c，代码如下（此代码是deepseek写的）：

1. #include <stdio.h>
2. #include <unistd.h>
3. #include <sys/wait.h>
5. int main() {
6.     pid_t pid = fork();  // 创建子进程
8.     if (pid < 0) {
9.         fprintf(stderr, "Fork failed\n");
10.         return 1;
11.     } else if (pid == 0) {
12.         // 子进程执行ls -l命令
13.         execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
14.         perror("exec failed");  // 若exec失败，输出错误
15.         return 1;
16.     } else {
17.         // 父进程等待子进程结束
18.         wait(NULL);
19.         printf("子进程执行完毕。\n");
20.     }
22.     return 0;
23. }

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 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

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）

（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： 

1. //添加
2. sudo usermod -aG sudo cq   # -a表示追加，-G指定组
4. //检查
5. groups cq   # 输出应包含 "sudo"

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（3）切换账号并安装gcc（编译工具）
指令表明如下：

1. //切换用户
2. pi@raspberrypi:~ $ su - cq
4. //sudo whoami  # 测试sudo权限，返回 "root"
5. cq@raspberrypi:~ $ sudo whoami
7. //安装gcc
8. cq@raspberrypi:~ $ sudo apt install gcc

复制代码

结果如下： 

（4）创建作业目次并编写代码​

1. //创建目录
2. mkdir -p ~/work6      
4. //进入目录
5. cd ~/syscall_practice   
7. # 使用nano编辑器(xterminal中用的vi)
8. nano fork_exec_wait.c     

复制代码

 c文件代码（同xterminal中）：

1. #include <stdio.h>
2. #include <unistd.h>
3. #include <sys/wait.h>
5. int main() {
6.     pid_t pid = fork();
8.     if (pid < 0) {
9.         fprintf(stderr, "Fork失败\n");
10.         return 1;
11.     } else if (pid == 0) {
12.         execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
13.         perror("exec失败");
14.         return 1;
15.     } else {
16.         wait(NULL);
17.         printf("子进程执行完毕。\n");
18.     }
20.     return 0;
21. }

复制代码

保存退出：Ctrl+O → 回车 → Ctrl+X（nano编辑器操纵）
（5）编译并运行
指令：

1. //编译
2. gcc fork_exec_wait.c -o demo
4. //运行
5. ./demo                 

复制代码

结果：

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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