APUE学习笔记之UNIX基础知识

所有操作系统都为它们所运行的程序提供服务。典型的服务包括：执行新程序、打开文件、读文件、分配存储区以及获得当前时间等。

1. UNIX体系结构
   （1）从严格意义上说，可将操作系统定义为一种软件它控制计算机硬件资源，提供程序运行环境。我们通常将这种软件称为内核(kernel)，因为它相对较小，而且位于环境的核心。
   （2）内核的接口被称为系统调用(system call)。
   （3）shell是一个特殊的应用程序，为运行其他应用程序提供了一个接口：
   1）shell是一个命令解释器，它读取用户输入，然后执行。
   2）shell的用户输入通常来自于终端(交互式shell)，有时来自于文件(称为shell脚本)。
2. 文件和目录
   （1）文件系统
   UNIX文件系统是目录和文件的一种层次结构，所有东西的起点是称为根(root)的目录，这个目录的名称是一个字符“/”。
   （2）文件名
   1）目录终端各个名字称为文件名。只有斜线（/）和空字符这两个字符不能出现在文件名中。
   2）创建新目录时会自动创建两个文件名：.（点）和..（点点）。分别指向当前目录和父目录。
   （3）路径名
   由斜线分隔的一个或多个文件名组成的序列(也可以斜线开头)构成路径名(pathname)。
   （4）实例
   
   C

   //myls.c 实现ls(l)命令的简单实现 #include "apue.h" #include <dirent.h> int main(int argc, char *argv[] ) { DIR *dp; struct dirent *dirp; if ( argc != 2) err_quit(" usage: ls directory_name");\ if (( dp = opendir(argv[1])) == NULL) err_sys("can not open %s, argv[1]"); while ((dirp = readdir(dp)) != NULL) printf("%s\n", dirp->d_name); closedir(dp); exit(0); }

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   //myls.c 实现ls(l)命令的简单实现 #include "apue.h" #include <dirent.h>   int main(int argc, char *argv[] ) {         DIR *dp;         struct dirent *dirp;           if ( argc != 2)                 err_quit(" usage: ls directory_name");\           if (( dp = opendir(argv[1])) == NULL)                 err_sys("can not open %s, argv[1]");         while ((dirp = readdir(dp)) != NULL)                 printf("%s\n", dirp->d_name);           closedir(dp);         exit(0); }

3. 输入和输出
   （1）文件描述符
   文件描述符(file description)通常是一个小的非负整数，内核用以标识一个特定进行正在访问的文件。当内核打开一个现有文件或创建一个新文件时，它都返回一个文件描述符。在读、写文件时，可以使用这个文件描述符。（2）标准输入、标准输出和标准错误
   1）按惯例，每当运行一个新程序时，所有的shell都为其打开3个文件描述符：标准输入、标准输出、标准错误。
   2）大多数shell都提供一种方法，使其中任何一个或所有这三个描述符都能重新定向到某个文件，例如：
   ls > file.list    #执行ls，其标准输出重新定向到名为file.list的文件。（3）不带缓冲的I/O
   函数open, read, write, lseek以及close提供了不带缓冲的I/O。这些函数都使用文件描述符。
   （4）标准I/O
   1）标准I/O函数为那些不带缓冲的I/O函数提供了一个带缓冲的接口。使用标准I/O函数无需担心如何选取最佳的缓冲区大小。
   2）标准I/O函数还简化了对输入行的处理。例如，fgets函数读取一个完整的行，而read函数读取指定字节数。
   实例：用标准I/O将标准输入复制到标准输出
   
   C

   #include "apue.h" int main(void) { int c; while ((c = getc(stdin)) != EOF) #读到输入的最后一个字节时，getc返回常量EOF if (putc(c, stdout) == EOF) err_sys("output error"); if (ferror(stdin)) err_sys("input error"); exit(0); }

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   #include "apue.h"   int main(void) { int c; while ((c = getc(stdin)) != EOF)    #读到输入的最后一个字节时，getc返回常量EOF if (putc(c, stdout) == EOF) err_sys("output error"); if (ferror(stdin)) err_sys("input error"); exit(0); }

   
   其中，getc函数一次读取一个字符，然后函数putc将此字符写到标准输出。
4. 程序和进程
   （1）程序
   程序(program)是一个存储在磁盘上某个目录中的可执行文件。内核使用exec函数（7个exec函数之一），将程序读入内存，并执行程序。
   （2）进程和进程ID
   程序的执行实例被称为进程(process)。UNIX系统确保每个进程都有一个唯一的数字标识符，称为进程ID(process ID)，进程ID总是一个非负整数。
   实例：打印进程ID
   
   C

   #include "apue.h" int main(void) { printf("hello world from process ID %ld\n", (long)getpid()); exit(0); }

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   #include "apue.h"   int main(void) { printf("hello world from process ID %ld\n", (long)getpid()); exit(0); }

   
   其中，getpid函数得到进程ID，返回一个pid_t数据类型。

   （3）进程控制
   有3个用于进程控制的主要函数：fork, exec, waitpid。（exec函数有7种变体，但经常把它们统称为exec函数）

   （4）线程和线程ID
   1）通常，一个进程只有一个控制线程(thread)——某一时刻执行的一组机器指令。对于某些问题，如果有多个控制线程分别作用于它的不同部分，那么解决起来就容易的多。另外，多个控制线程也可以充分利用多处理器系统的并行能力。
   2）一个进程内的所有线程共享同一地址空间、文件描述符、栈以及与进程相关的属性。
   3）与进程相同，线程也用ID标识。但是，线程ID只在它所属的进程内起作用。
   4）控制线程的函数与控制进程的函数类似，但另有一套。

5. 出错处理
   （1）当UNIX系统函数出错时，通常会返回一个负值，而且整型变量errno通常被设置为具有特定信息的值。
   （2）文件<errno.h>中定义了errno以及可以赋予它的各种常量，这些常量都以字符E开头。
6. 信号
   信号(signal)用于通知进程发生了某种情况。例如，当某一进程执行除法操作，其除数为0，则将名为SIGFPR(浮点异常)的信号发送给该进程。进程有以下3种处理信号的方式：
   （1）忽略信号
   （2）按系统默认方式处理。对于除数为0，系统默认方式是终止该进程。
   （3）提供一个函数，信号发生时调用该函数，这种称为捕捉该信号。通过提供自编的函数，我们就能知道什么时候产生了信号，并按期望的方式处理它。很多情况下都会产生信号，终端键盘上有两种产生信号的方法，分别称为中断键(interrupt key,通常是Delete键或Ctrl+C)和退出键(quit key, 通常是Ctrl+\)。
   另一种产生信号的方法是调用kill函数。在一个进程中调用此函数就可向另一个进程发送一个信号。当然这样做也有些限制：当向一个进程发送信号时，我们必须是那个进程的所有者或者是超级用户。