C++源文件从文本到可执行文件的过程

对于C++源文件，从文本到可执行文件一般需要四个过程:

预处理阶段

对源代码文件中文件包含关系(头文件)、预编译语句(宏定义)进行分析和替换，生成预编译文件。

编译阶段

将经过预处理后的预编译文件转换成特定汇编代码，生成汇编文件。

汇编阶段

将编译阶段生成的汇编文件转化成机器码，生成可重定位目标文件。

链接阶段

将多个目标文件及所需要的库连接成最终的可执行目标文件。

include头文件的顺序以及双引号“”和尖括号<>的区别

Include头文件的顺序:对于include的头文件来说，如果在文件a.h中声明一个在文件b. h中定义的变量，而不引用b.h。 那么要在a.c文件中引用b.h文件，并且要先引用b.h,后引用a.h,否则汇报变量类型未声明错误。
双引号和尖括号的区别:编译器预处理阶段查找头文件的路径不一样。
对于使用双引号包含的头文件，查找头文件路径的顺序为:

  1. 当前头文件目录。
  2. 编译器设置的头文件路径(编译器可使用-I显式指定搜索路径)。
  3. 系统变量CPLUS INCLUDE PATH/C INCLUDE PATH指定的头文件路径。

对于使用尖括号包含的头文件，查找头文件的路径顺序为:

  1. 编译器设置的头文件路径(编译器可使用-I显式指定搜索路径)。

  2. 系统变量CPLUS INCLUDE PATH/C INCLUDE PATH 指定的头文件路径。

    malloc的原理，brk系统调用和mmap系统调用的作用

    Malloc函数用于动态分配内存。为了减少内存碎片和系统调用的开销，malloc 其采用内存池的方式，先申请大块内存作为堆区，然后将堆区分为多个内存块，以块作为内存管理的基本单位。当用户申请内存时，直接从堆区分配-块合适的空闲块。Malloc 采用隐式链表结构将堆区分成连续的、大小不一的块，包含已分配块和未分配块;同时malloc采用显示链表结构来管理所有的空闲块，即使用一个双向链表将空闲块连接起来，每一个空闲块记录了一个连续的、未分配的地址。
    当进行内存分配时，Malloc 会通过隐式链表遍历所有的空闲块，选择满足要求的块进行分配;当进行内存合并时，malloc 采用边界标记法，根据每个块的前后块是否已经分配来决定是否进行块合并。
    Malloc在申请内存时，-般会通过brk或者mmap系统调用进行申请。其中当申请内存小于128K时，会使用系统函数brk在堆区中分配;而当申请内存大于128K时，会使用系统函数mmap在映射区分配。

    C++的内存管理

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    在C++中，虚拟内存分为代码段、数据段、BSS 段、堆区、文件映射区以及栈区六部分。

    代码段

    包括只读存储区和文本区，其中只读存储区存储字符串常量，文本区存储程序的机器代码。

    数据段

    存储程序中已初始化的全局变量和静态变量。

    bss段

    存储未初始化的全局变量和静态变量(局部+全局)，以及所有被初始化为0的全局变量和静态变量。

    堆区

    调用new/malloc函数时在堆区动态分配内存，同时需要调用delete/free来手动释放申请的内存。

    映射区

    存储动态链接库以及调用mmap函数进行的文件映射。

    栈

    使用栈空间存储函数的返回地址、参数、局部变量、返回值。

    判断内存泄漏

    内存泄漏通常是由于调用了malloc/new等内存申请的操作，但是缺少了对应的free/delete。为了判断内存是否泄露，我们一方面可以使用linux环境下的内存泄漏检查工具Valgrind、Mtrace,另一方面我们在写代码时可以添加内存申请和释放的统计功能,统计当前申请和释放的内存是否一致，以此来判断内存是否泄露。

    内存访问段错误

    段错误通常发生在访问非法内存地址的时候，具体来说分为以下几种情况:

  3. 使用野指针。

  4. 试图修改字符串常量的内容。

    new和malloc的区别

  5. new分配内存按照数据类型进行分配，malloc 分配内存按照指定的大小分配;

  6. new 返回的是指定对象的指针，而malloc返回的是void*，因此malloc的返回值一般都需要进行类型转化。
  7. new 不仅分配一段内存，而且会调用构造函数，malloc 不会。
  8. new分配的内存要用delete销毁，malloc要用free来销毁; delete 销毁的时候会调用对象的析构函数,而free则不会。
  9. new是一个操作符可以重载，malloc是一个库函数。
  10. malloc分配的内存不够的时候，可以用realloc扩容,new 没用这样操作。
  11. new如果分配失败了会抛出bad_ malloc的异常，而malloc失败了会返回NULL。

  12. 申请数组时:new[]一次分配所有内存，多次调用构造函数，搭配使用delete[]，delete[]多次调用析构函数，销毁数组中的每个对象。而malloc则只能sizeof(int) * n。

    reactor模型组成

    reactor模型要求主线程只负责监听文件描述上是否有事件发生，有的话就立即将该事件通，知工作线程，除此之外，主线程不做任何其他实质性的工作，读写数据、接受新的连接以及处理客户请求均在工作线程中完成。其模型组成如下:
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    Handle

    即操作系统中的句柄，是对资源在操作系统层面上的一种抽象，它可以是打开的文件、一个连接(Socket)、Timer 等。由于Reactor模式-般 使用在网络编程中， 因而这里一般指Socket Handle,即一个网络连接。

    Synchronous Event Demultiplexer (同步事件复用器)

    阻塞等待一-系列的Handle中的事件到来，如果阻塞等待返回，即表示在返回的Handle中可以不阻塞的执行返回的事件类型。这个模块一般使用操作系统的select来实现。

    Initiation Dispatcher

    用于管理Event Handler, 即EventHandler的容器，用以注册、移除EventHandler等;另外，它还作为Reactor模式的入口调用Synchronous Event Demultiplexer的select方法以阻塞等待事件返回，当阻塞等待返回时，根据事件发生的Handle
    将其分发给对应的Event Handler 处理，即回调EventHandler中的handle_ event() 方法。

    Event Handler

    定义事件处理方法: handle_ event()， 以供Initiat ionDispatcher回调使用。

    Concrete Event Handler

    事件EventHandler接口，实现特定事件处理逻辑。

    单线程的方式处理高并发

    在单线程模型中，可以采用I/0复用来提高单线程处理多个请求的能力，然后再采用事件驱动模型，基于异步回调来处理事件。

    select, epoll的区别

    I0多路复用

    I0复用模型在阻塞I0模型上多了一个select函数，select函数有一个参数是文件描述符集合，意思就是对这些的文件描述符进行循环监听，当某个文件描述符就绪的时候，就对这个文件描述符进行处理。这种I0模型是属于阻塞的I0。但是由于它可以对多个文件描述符进行阻塞监听，所以它的效率比阻塞I0模型高效。
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    I0多路复用就是我们说的select, poll, epoll。 select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的I0。它的基本原理就是select, poll, epoll。这个function会不断的轮询所负责的所有socket,当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。
    当用户进程调用了select,那么整个进程会被block,而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket,当任何一个 socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
    所以，I/O多路复用的特点是通过种机制一个进程能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符(套接字描述符)其中的任意个进入读就绪状态，select()函数就可以返回。
    I/0多路复用和阻塞I/0其实并没有太大的不同，事实上，还更差一些。 因为这里需要使用两个system call (select 和recvfrom) ，而blocking I0只调用了一个system call (recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。
    所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的webserver 不一定比使用multi-threading + blocking I0 的web server 性能更好，可能延迟还更大。select/epoll 的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。
    在I0 multiplexing Model中，实际中，对于每一个 socket,-般都设置成为non-blocking,但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block,而不是被socket I0给block。

    select

    select:是最初解决I0阻塞问题的方法。用结构体fd_set来告诉内核监听多个文件描述符，该结构体被称为描述符集。由数组来维持哪些描述符被置位了。对结构体的操作封装在三个宏定义中。通过轮寻来查找是否有描述符要被处理。
    存在的问题:

    1. 内置数组的形式使得 select的最大文件数受限与 FD_SIZE。
    2. 每次调用select前都要重新初始化描述符集，将fd从用户态拷贝到内核态，每次调用select后，都需要将fd从内核态拷贝到用户态。
    3. 轮寻排查当文件描述符个数很多时，效率很低。

      poll

      poll:通过一个可变长度的数组解决了select 文件描述符受限的问题。数组中元素是结构体，该结构体保存描述符的信息，每增加一个文件描述符就向数组中加入一个结构体，结构体只需要拷贝一次到内核态。poll解决了select重复初始化的问题。轮寻排查的问题未解决。

      epoll

      epoll:轮寻排查所有文件描述符的效率不高，使服务器并发能力受限。因此，epoll 采用只返回状态发生变化的文件描述符，便解决了轮寻的瓶颈。
      epoll对文件描述符的操作有两种模式: LT (level trigger) 和ET (edge trigger) 。LT模式是默认模式。

      LT模式

      LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket. 在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行I0操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。

      ET模式

      ET(edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK错误)。但是请注意，如果一直不对这个fd作I0操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once)
      ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

      LT模式与ET模式的区别

      LT模式:当epollwait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll__wait时，会再次响应应用程序并通知此事件。
      ET模式:当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用 epoll       wait 时，不会再次响应应用程序并通知此事件。

      epoll原理

      调用顺序:
      1. int epoll_ create(int size);
      2. int epoll_ ctl (int epfd, int op, int fd, struct epoll_ event *event) ;
      3. int epoll_ wait(int epfd, struct epoll_ event *events, int maxevents, int timeout) ;

首先创建一个epoll对象，然后使用epoll ctl 对这个对象进行操作，把需要监控的描述添加进去，这些描述如将会以epoll event 结构体的形式组成一颗红黑树 ，接着阻塞在epoll_ wait,进入大循环，当某个fd上有事件发生时，内核将会把其对应的结构体放入到一个链表中，返回有事件发生的链表。