第 8 章：系统级编程与 AI

8.1 Linux 系统编程基础与 AI 协作

系统调用 vs 库函数：何时用 C，何时用 Python

8.2 并发编程的 AI 辅助选择

三种并发模型的选择决策树

AI 生成并发代码的安全约束

生成并发代码时必须遵守以下安全约束：
1. 所有共享状态使用锁保护（threading.Lock 或 asyncio.Lock）
2. 禁止在持有锁时执行 IO 操作（防止死锁）
3. 使用 queue.Queue / asyncio.Queue 进行线程间通信，不要用裸 list/dict
4. 所有线程/任务必须有超时机制（asyncio.wait_for / Thread.join(timeout)）
5. 使用 contextlib.contextmanager 或 try-finally 确保资源释放
6. 关键路径避免不必要的数据拷贝（使用 memoryview、buffer protocol）

8.3 Python 调用 C 扩展

三种方式对比

实战：用 ctypes 调用 Linux 系统调用

"""使用 ctypes 直接调用 Linux 系统调用 — 获取磁盘信息。"""

import ctypes
import ctypes.util
import os
from dataclasses import dataclass


# 加载 libc
libc = ctypes.CDLL(ctypes.util.find_library("c"), use_errno=True)


# statvfs 结构体定义
class StatVFS(ctypes.Structure):
    _fields_ = [
        ("f_bsize", ctypes.c_ulong),    # 文件系统块大小
        ("f_frsize", ctypes.c_ulong),   # 分片大小
        ("f_blocks", ctypes.c_ulong),   # 文件系统总块数
        ("f_bfree", ctypes.c_ulong),    # 可用块数
        ("f_bavail", ctypes.c_ulong),   # 非特权用户可用块数
        ("f_files", ctypes.c_ulong),    # 总 inode 数
        ("f_ffree", ctypes.c_ulong),    # 可用 inode 数
        ("f_favail", ctypes.c_ulong),   # 非特权用户可用 inode
        ("f_fsid", ctypes.c_ulong),     # 文件系统 ID
        ("f_flag", ctypes.c_ulong),     # 挂载标志
        ("f_namemax", ctypes.c_ulong),  # 最大文件名长度
    ]


def get_disk_usage(path: str) -> dict:
    """通过 statvfs 系统调用获取磁盘使用情况（比 os.statvfs 多返回错误处理）。"""
    stat = StatVFS()
    path_bytes = path.encode('utf-8')

    if libc.statvfs(path_bytes, ctypes.byref(stat)) != 0:
        errno = ctypes.get_errno()
        raise OSError(errno, os.strerror(errno), path)

    total = stat.f_blocks * stat.f_frsize
    available = stat.f_bavail * stat.f_frsize
    used = total - available

    return {
        "path": path,
        "total_bytes": total,
        "used_bytes": used,
        "available_bytes": available,
        "usage_percent": round((used / total * 100) if total else 0, 2),
        "block_size": stat.f_bsize,
        "total_inodes": stat.f_files,
        "free_inodes": stat.f_ffree,
    }

8.4 性能分析与优化

AI 辅助性能调优流程