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1.2 Unix体系架构
内核的接口被称为系统调用(system call)。公用函数库构建在系统调用接口之上，应用程序即可使用公用函数库，也可使用系统调用。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。
图1-1 Unix操作系统的体系结构
1.3 登录
系统在口令文件(/etc/passwd)中查看登录名。口令文件的登录项由7个以冒号分隔的字段组成，依次是：登录名，加密口令，数字用户ID(205)，数字组ID(105)，注释字段，起始目录(/home/sar)以及shell程序(/bin/ksh)。
sar:x:205:105:Stephen:/home/sar:/bin/ksh系统已经将加密口令(x)移动到了另一个文件中，第6章将说明这种文件以及访问它们的函数。
1.4 文件和目录
1 文件系统
stat和fstat函数返回包含所有文件属性的一个信息结构，第4章将详细说明。
2 文件名
只有斜线(/)和空字符不能出现在文件名中。斜线用来分隔构成路径名的各文件名，空字符则用来终止一个文件名。
3 目录
列出一个目录中所有文件的名字，ls(1)：1表示后面接1个参数
#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't open %s", argv[1]);
while ((dirp = readdir(dp)) != NULL)
printf("%s\n", dirp->d_name);
closedir(dp);
exit(0);
}dirent.h，使用opendir和readdir函数原型，以及dirent结构的定义。
exit，0表示正常结束，参数值1~255表示出错。
1.5 输入和输出
1 文件描述符
文件描述符通常是小的非负整数，内核用以标识一个特定进程正在访问的文件。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。
2 标准输入、标准输出和标准错误
每当运行一个程序，shell为其打开3个文件描述符，即标准输入、标准输出和标准错误。默认，这3个描述符都链接向终端。shell可以使这3个描述符重新定向到某个文件：
ls > file标准输出重定向到file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。
从标准输入读，并向标准输出写。程序用于复制任一Unix文件，类似cat。
#include "apue.h"
#define BUFFSIZE 4096
int main(void)
{
int n;
char buf[BUFFSIZE];
while ((n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFFSIZE)) > 0)
if (write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n)
err_sys("write error");
if (n < 0)
err_sys("read error");
exit(0);
}头文件<unistd.h>包含read和write函数声明，STDIN_FILENO(0)，STDOUT_FILENO(1)。
read函数返回读取的字节数。当到达输入文件的末尾时，read返回0，程序停止运行。如果发生了一个读错误，read返回-1。
./mycat > data标准输入是终端，标准输出重定向到文件data，标准错误是终端。该程序将用户输入的各行复制到标准输出，输入文件结束符(ctrl+d)后终止。
./mycat < infile > outfile标准输入重定向到infile，标准输出重定向到outfile。该程序会将infile文件的内容复制到outfile文件中。
4 标准I/O
标准I/O为那些不带缓冲的I/O提供了带缓冲的接口。使用标准I/O无需考虑如何选取最佳的缓冲区大小，如3中的BUFFSIZE；同时简化了对输入行的处理，例如，fgets函数读取一行而read函数读取指定字节数。
将标准输入复制到标准输出，也能复制任一Unix文件：
#include "apue.h"
int main(void)
{
int c;
while ((c = getc(stdin)) != EOF)
if (putc(c, stdout) == EOF)
err_sys("output error");
if (ferror(stdin))
err_sys("input error");
exit(0);
}getc一次读取一个字符，putc将此字符写到标准输出。读到输入的最后一个字节时，getc返回常量EOF。<stdio.h>中包含stdin,stdout和EOF(通常为-1)的定义。
1.6 程序和进程
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。
3 进程控制
有3个用于进程控制功能的主要函数：fork、exec和waitpid。
该程序从标准输入读取命令，并执行命令。类似shell。
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
char buf[MAXLINE]; /* from apue.h */
pid_t pid;
int status;
printf("%% "); /* print prompt (printf requires %% to print %) */
while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
buf[strlen(buf) - 1] = 0; /* replace newline with null */
printf("parent getpid:%ld \n", (long)getpid());
if ((pid = fork()) < 0) {
err_sys("fork error");
} else if (pid == 0) { /* child */
printf("child pid:%d \n", pid);
printf("child getpid:%ld \n", (long)getpid());
execlp(buf, buf, (char *)0);
// todo
err_ret("couldn't execute: %s getpid:%ld", buf, getpid());
exit(127);
}
printf("parent wait for pid:%d \n", pid);
/* parent */
if ((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0)
err_sys("waitpid error");
printf("%% ");
}
exit(0);
}
子进程正常退出后todo后两句没有运行，可能的解释：
1 正常情况，子进程execlp里exit(0)会退出进程。
2 异常情况，子进程没有exit(0)，需要用户exit(>0)表示异常退出。
解释如上程序：
1 用标准I/O函数fgets从标准输入一次读取一行。当输入文件结束符(ctrl+d)时，fgets返回null，循环停止。
2 fgets返回的每一行是以换行符终止，需要用null替换。这是因为execlp函数要求的参数是以null结束的而不是以换行符结束的。
int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);
其中第一个参数file指向可执行文件名称，因为execlp()函数会从系统PATH路径中寻找相应命令，所以不需要带完整路径；第二个参数之后就都是传给可执行文件的参数，类似main函数的args[]，只是最后一个参数必须为空字符指针。
3 fork创建一个新进程，被调用一次(被父进程)，返回两次(在父进程和子进程中)。
4 在子进程中，调用execlp以执行从标准输入读入的命令。这就用新的程序文件替换了子进程原来执行的程序文件。
5 父进程通过waitpid来等待子进程终止，参数指定要等待的进程(pid参数是子进程pid)。
6 该程序的限制是不能想执行的命令传递参数。
1.7 出错处理
Unix系统函数出错时，通常会返回一个负值，且整形变量errno通常被设置为具有特定信息的值。例如，open函数如果成功返回一个非负文件描述符，如果错误返回-1。open出错时，有大约15种errno值(文件不存在，权限问题等)。
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errno应注意两条规则。
1 如果没有出错，其值不会被清除。因此，仅当函数的返回值指明出错时，才检验其值。
2 任何函数不会将errno设置为0，且<errno.h>中定义的错误码都不为0。(一般>0)
C标准定义了两个函数，用于打印出错信息：
1 strerror
#include <string.h>
// 返回值:指向消息字符串的指针
char *strerror(int errnum);strerror函数将errnum映射为一个出错消息字符串。
todo:返回的char*堆内存何时free???贴下strerror源码：
/***
*char *strerror(errnum) - Map error number to error message string.
*
*Purpose:
* The strerror runtime takes an error number for input and
* returns the corresponding error message string. This routine
* conforms to the ANSI standard interface.
*
*Entry:
* int errnum - Integer error number (corresponding to an errno value).
*
*Exit:
* char * - Strerror returns a pointer to the error message string.
* This string is internal to the strerror routine (i.e., not supplied
* by the user).
*
*Exceptions:
* None.
*
*******************************************************************************/
#ifdef _UNICODE
wchar_t * cdecl _wcserror(
#else /* _UNICODE */
char * __cdecl strerror (
#endif /* _UNICODE */
int errnum
)
{
_TCHAR *errmsg;
_ptiddata ptd = _getptd_noexit();
if (!ptd)
return _T("Visual C++ CRT: Not enough memory to complete call to strerror.");
if ( (ptd->_terrmsg == NULL) && ((ptd->_terrmsg =
_calloc_crt(_ERRMSGLEN_, sizeof(_TCHAR)))
== NULL) )
return _T("Visual C++ CRT: Not enough memory to complete call to strerror.");
else
errmsg = ptd->_terrmsg;
#ifdef _UNICODE
_ERRCHECK(mbstowcs_s(NULL, errmsg, _ERRMSGLEN_, _get_sys_err_msg(errnum), _ERRMSGLEN_ - 1));
#else /* _UNICODE */
_ERRCHECK(strcpy_s(errmsg, _ERRMSGLEN_, _get_sys_err_msg(errnum)));
#endif /* _UNICODE */
return(errmsg);
} 2 perror
#include <stdio.h>
void perror(const char *msg);perror先输出msg指向的字符串，再基于errno的当前值在标准错误上输出一条出错信息。
说明两个出错函数的使用方法：
#include "apue.h"
#include <errno.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
fprintf(stderr, "EACCES: %s\n", strerror(EACCES));
errno = ENOENT;
/* errno = EACCES; */
perror(argv[0]);
exit(0);
}
测试结果：
EACCES: Permission denied
./testerror: No such file or directory注意：将程序名(argv[0])作为参数传递给perror。这是使用惯例。使用这种方法，在程序作为管道时，就可以知道是哪个程序产生了出错信息了：
prog1 | prog2 | prog31.8 用户标识
3 附属组ID
/etc/group文件可以看出某个组里包含哪些用户，参考：
linux添加用户到附属组无权访问_麻麻兔的博客-CSDN博客
Unix系统是允许一个用户属于多个组的。
1.9 信号
信号用于通知进程发生了某种情况。例如，若某一进程执行除法操作，若除数为0则将名为SIGFPE(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 按照系统默认方式处理。如除数0，系统默认方式是终止进程。
3 提供一个函数，信号发生时调用该函数，即捕捉信号。
产生信号：
1 中断键ctrl+c，对应信号SIGINT，系统默认动作是终止进程。
2 退出键ctrl+\
3 kill函数，在一个进程中调用此函数可以向另一个进程发送信号。
如下程序，为了能捕捉信号，程序调用signal函数，其中指定了当产生SIGINT信号时要调用的函数的名字sig_int。
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>
static void sig_int(int); /* our signal-catching function */
int main(void)
{
char buf[MAXLINE]; /* from apue.h */
pid_t pid;
int status;
if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR)
err_sys("signal error");
printf("%% "); /* print prompt (printf requires %% to print %) */
while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
buf[strlen(buf) - 1] = 0; /* replace newline with null */
if ((pid = fork()) < 0) {
err_sys("fork error");
} else if (pid == 0) { /* child */
execlp(buf, buf, (char *)0);
err_ret("couldn't execute: %s", buf);
exit(127);
}
/* parent */
if ((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0)
err_sys("waitpid error");
printf("%% ");
}
exit(0);
}
void sig_int(int signo)
{
// 有问题
printf("interrupt\n%% ");
}注意：信号处理函数里应该只能调用可重入函数。printf是不可重入函数，不应这么写，这里只是个demo。
可重入函数：可以在它还没有返回就再次被调用的函数。
不可重入函数：不可以在它还没有返回就再次被调用的函数。
1.10 时间值
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：
1 时钟时间：是进程运行的时间总量
2 用户CPU时间：执行用户指令所用的时间
3 系统CPU时间：为该程序执行内核程序的时间
例如，测试top命令的进程时间：
time -p top
测试结果：
real 4.39
user 0.00
sys 0.011.11 系统调用和库函数
Unix实现提供了直接进入内核的入口点，这些入口点被称为系统调用(system call)。
《Unix程序员手册》的第2部分说明了系统调用接口，第3部分说明了通用库函数。
下图显示了应用程序、malloc函数和sbrk系统调用之间的关系：
可以看到，sbrk系统调用分配了一块内存给进程，并将虚拟地址空间映射到内存供malloc使用，而库函数malloc则在用户层次管理这一内存空间。
系统调用通常提供一种最小接口，而库函数通常提供比较复杂的功能。如：
1 sbrk与malloc
2 不带缓冲的I/O与标准I/O
3 进程控制系统调用(fork、exec和wait)与system、popen