APUE 第一章 Unix基础知识

芜湖精神病院孙主任
241 阅读9分钟

1.1 引言

1.2 UNIX 体系结构

从严格意义上来说，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。

通常将这种软件称为内核。

内核的接口被称为系统调用。

公用函数库构建在系统调用接口之上。

应用程序既可以使用公用函数库，也可以使用系统调用。

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。

广义上来说，操作系统包括内核和一些其他软件（系统应用程序，shell，公用函数库等）。

Linux是GNU操作系统使用的内核。

image.png

1.3 登录

1. 登录名

在/etc/passwd口令文件中可以查看登录名。

依次是：登录名，加密口令，数字用户ID，数字组ID，注释字段，其实目录，shell程序。

image.png

2. shell

shell是一个命令行解释器，它读取用户输入，然后执行命令。

1.4 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，所有东西的起点是根目录，这个目录的名称是一个字符\。

目录是一个包含目录项的文件。

在逻辑上，可以认为每个目录项都包含一个文件名，同时还包含说明该文件属性的信息（具体实现并非如此）。

2. 文件名

创建新目录时，会自动创建两个文件名：.(称为点)，..(称为点点)。

点指向当前目录，点点指向父目录。

在最高层次的根目录中，点点与点相同。

3. 路径名

相对路径名，绝对路径名。

#include <apue.h>
#include <dirent.h>
int 
main(int argc, char *argv[])
{
    DIR *dp;
    struct dirent *dirp;
    if(argc != 2)
        err_quit(" ");
    if((dp = opendir(argv[1])) == NULL)
        err_sys("  ");
    while((dirp = readdir(dp)) != NULL)
        printf("%s\n", dirp->d_name);
    closedir(dp);
    exit(0);
}

image.png

4. 工作目录

所有相对路径名都是从工作目录开始解释的。

5. 起始目录

1.5 输入和输出

1. 文件描述符

文件描述符通常是一个小的非负整数，内核用以标记一个特定进程正在访问的文件。

2.标准输入，标准输出和标准错误

每当运行一个新程序时，所有shell都为其打开3个文件描述符。

如果不做特殊处理，则这三个描述符都链接向终端。

3. 不带缓冲I/O

函数open，read，write，lseek以及close提供不带缓冲的I/O。

COPY FROM : m.yisu.com/zixun/19489…

首先要明白不带缓冲的概念：所谓不带缓冲，并不是指内核不提供缓冲，而是只单纯的系统调用，不是函数库的调用。系统内核对磁盘的读写都会提供一个块缓冲（在有些地方也被称为内核高速缓存），当用write函数对其写数据时，直接调用系统调用，将数据写入到块缓冲进行排队，当块缓冲达到一定的量时，才会把数据写入磁盘。因此所谓的不带缓冲的I/O是指进程不提供缓冲功能（但内核还是提供缓冲的）。每调用一次write或read函数，直接系统调用。

而带缓冲的I/O是指进程对输入输出流进行了改进，提供了一个流缓冲，当用fwrite函数网磁盘写数据时，先把数据写入流缓冲区中，当达到一定条件，比如流缓冲区满了，或刷新流缓冲，这时候才会把数据一次送往内核提供的块缓冲，再经块缓冲写入磁盘。（双重缓冲）

因此，带缓冲的I/O在往磁盘写入相同的数据量时，会比不带缓冲的I/O调用系统调用的次数要少。

4. 标准I/O

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。

最熟悉的标准I/O函数是printf。

1.6 程序和进程

1. 程序

程序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，将程序读入内存，并执行程序。

2. 进程和进程ID

pid_t getpid();

3. 进程控制

fork，exec，waitpid

4. 线程和线程ID

这里APUE有误吗？书上写的线程会共享栈，存疑。

COPY FROM：www.nowcoder.com/questionTer…

线程共享的环境包括：进程代码段、进程的公有数据(利用这些共享的数据，线程很容易的实现相互之间的通讯)、进程打开的文件描述符、信号的处理器、进程的当前目录和进程用户ID与进程组ID。

1.7 出错处理

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。

C标准定义了两个函数，他们用来打印出错信息。

#include <string.h>
char *strerror(int errnum);

将errnum映射为一个出错消息字符串，并返回此串的指针。

#include <stdio.h>
void perror(const char *msg);

它首先输出由msg指向的字符串，然后是一个冒号，一个空格，接着是对应于errno值的出错消息，最后是一个换行符。

出错恢复

出错分为两类：致命性和非致命性。

对于致命性，无法执行恢复动作。

对于非致命性：妥善处理。

对于资源相关的非致命性错误的典型恢复操作是延迟一段时间，然后重试。

1.8 用户标识

1. 用户ID

ID为0的是超级用户，根用户。

2. 组ID

/etc/group

3. 附属组ID

每个用户属于最多16个其他的组

1.9 信号

信号用于通知进程发送了某种情况。

进程有以下3中处理信号的方法：

  1. 忽略。
  2. 按系统默认方式处理。
  3. 提供一个函数，信号发生时调用该函数，这被称为捕捉该函数。

1.10 时间值

  1. 日历时间

time_t

  1. 进程时间 clock_t

当度量一个进程的执行时间时，UNIX系统为一个进程维护了3个进程时间值：

  1. 时钟时间
  2. 用户CPU时间
  3. 系统CPU时间

1.11 系统调用与库函数

所有的操作系统都提供多种服务的入口点，由此程序向内核请求服务。 各种版本的UNIX实现都提供良好定义的，数量有限，直接进入内核的入口点，这些入口点被称为系统调用。

系统调用接口总是在《UNIX程序员手册》的第二部分中说明，由C语言定义的，与具体系统如何调用一个系统调用的实现技术无关。

UNIX是为每个系统调用在标准C库中设置一个同样名字的函数。

用户进程用标准C调用序列来调用这些函数，然后，函数又用系统所要求的技术调用相应的内核服务。

《UNIX程序员手册》第三部分定义了程序员可以使用的通用库函数。虽然这些函数可能会调用一个或多个内核的系统调用，但是他们并不是内核的入口点。

从实现者角度来看，系统调用和库函数之间有根本的差别，但从用户角度来看，其区别并不重要。

在本书中，系统调用和库函数都是以C函数形式出现，两者都为应用程序提供服务。

习题

COPY FROM github.com/Tianpingan/…

1. 在系统上验证，除根目录外，目录 . 和目录 .. 是不同的

用指令ls -ai就能列出.和..的inode。

image.png

2. 分析1.6.2.c的输出，说明进程 ID 为 852 和 853 的进程发生了什么情况

在执行这两次程序的间隙中，系统产生了ID为852和853的其他进程，所以第二次运行进程ID为854。

3. 在1.7.c中， perror 的参数是用 ISO C 的属性 const 定义的，而 strerror 的整形参数没有用此属性定义，为什么？

下面是两个函数的定义：

#include <string.h>
char *strerror(int errnum);

#include <stdio.h>
void perror(const char *msg);

strerror 传递的参数为 int 类型，将会在对应的函数内复制一份，因此不会修改原来参数的值

perror 传递的参数为 const char * 类型，传递的是对应的地址，如果不使用 const 限定的话，那么如果在函数内修改了值，函数外的变量值也会变化。

COPY FROM : bbs.csdn.net/topics/1048…

const char *的作用：定义的字符串不能被改变，但是指针可以改变 指针内容不能改变

1 指向变量的指针变量：
出身： int * point;
遭遇： 两人都另有新欢
心声： 你可以变心，我也可以爱别人，很公平。

2 指向常量的指针变量：
出身： const int * point;
遭遇： 抛弃对方
心声： 说过多少回了，我们之间已经结束了，你别再缠着我了，告诉你，我已经有了新的女朋友了

3 指向变量的指针常量：
出身： int * const point;
遭遇： 被对方抛弃
心声： 你怎么可以这样呢，你知道我的心里永远只有你一个，你怎么可以爱上别人呢

4 指向常量的指针常量：
出身： const int * const point;
遭遇： 两情相悦，天长地久
心声： 你是我的唯一，我是你的永远，钻石恒久远，怎即我俩情

怎么判断：主要是看const的位置来确定,如果在" * "画一条竖线,const在竖线左边即所指的目标为常量,如果在竖线右边即指针本身是常量,两边都有就意味着都是常量.

4. 若日历时间存放在带符号的 32 位整型数中，那么到哪一年它将溢出？可以用什么办法扩展溢出浮点数？采用的策略是否与现有的应用相兼容？

32 位整型数的最大值为 2147483647 ，大概为 68.09626 年。通过查询可知，最大可表示到 2038-01-19 11:14:07

使用 IEEE754 编码扩展（double），与现有的应用不一定兼容。

5. 若进程时间存放在带符号的 32 位整型数中，而且每秒为 100 时钟滴答，那么经过多少天后该时间值将会溢出？

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