APUE学习笔记：第一章 UNUX基础知识

1.2 UNIX体系结构

从严格意义上，可将操作系统定义为一种软件（内核），它控制计算机硬件资源，提供程序运行环境。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，应用软件即可使用公用函数库，也可使用系统调用。shell是一种特殊的应用程序，它为运行其他应用程序提供了一个接口

从广义上，操作系统包括了内核和一些其他软件，这些软件使得计算机能够发挥作用，并给予计算机以独有的特性（软件包括系统实用程序，应用软件，shell以及公用函数库等）

1.3  shell

shell是一个命令行解释器，它读取用户输入，然后执行命令。用户通常用终端（交互式shell），有时则通过文件（shell script）向shell进行输入

UNIX系统常见shell：

                        名称　　　　　           　路径

　　　　　　　　Boune shell:　　　　　  /bin/sh

　　　　　　　　Bourne-again shell:　　/bin/bash

　　　　　　　　C shell:　　　　　　　　/bin/csh

　　　　　　　　Korn shell:　　　　　　/bin/ksh

　　　　　　　　TENEX C shell:　　　　/bin/tcsh　　

C shell其控制流类似于C语言，它支持Bourne shell没有的某些特色功能，例如作业控制、历史记忆机制以及命令行编辑等

Korn shell它与Bourne shell向上兼容，并具有使C shell广泛得到应用的一些特色功能，包括作业控制以及命令行编辑

Bourne-again shell是GNUshell，所有linux都提供这种shell，它被设计成遵循POSIX的，同时也保留了与Bourne shell的兼容性。它支持C shell和Korn shell两者的特色功能

TENEX C shell 是C shell的加强版本。它从TENEX操作系统借鉴了很多特色，例如命令完备。TENEX C shell在C shell的基础上增加了很多特征，常被用来替换C shell

注：linux默认shell是Bourne-again shell.事实上，/bin/sh将链接到/bin/bash.FreeBSD 和Mac OS X的默认用户shell是TENEX C shell，但是因为使用C shell编程语言极其困难，所以它们使用Bourne shell编写用于管理方面的shell脚本

1.4文件和目录

1.文件系统

UNIX文件系统是目录和文件组成的一种层次结构，目录的起点称为根(root)，其名字是一个字符/。文件属性是指文件类型（是普通文件还是目录）、文件大小、文件所有者、文件权限以及文件最后的修改时间等。

2.文件名

目录中的各个名字称为文件名。不能出现在文件名中的字符只有斜线（/）和空操作符（null）两个。

创建新目录时会自动创建两个文件名：.（当前目录），..（父目录）

3.路径名

以斜线开头的路径名称称为绝对路径名，否则称为相对路径名

实例：1-1 列出一个目录中的所有文件

#include"apue.h"
#include<dirent.h>
int main(int argc,char *argv[])    //argc表示参数个数；argv表示参数内容
{
    DIR *dp;
    struct dirent *dirp;　　　　　　
    if(argc!=2)
    err_quit("usage:ls directory_name");
    if((dp=opendir(argv[1]))==NULL)　　//opendir函数返回指向DIR结构的指针
    err_sys("can't open%s",argv[1]);
    while((dirp=readdir(dp))!=NULL)　　//readdir返回一个指向dirent结构的指针
    printf("%s
",dirp->d_name);
    closedir(dp);
　　 exit(0);
}

这段代码类似于ls命令，不过这段代码只打印一个目录中各个文件的名字，不显示其他信息

编译方法：$ cc xxx.c  编译

              $ ./a.out　 运行　　　

（可能很多初学者在编译这段代码时会出现找不到apue.h，这里我发个配置apue.h头文件的链接 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-01/77686.htm）

1.5输入与输出

1.文件描述符

文件描述符通常是一个小的非负整数，内核用它标识一个特定进程访问的文件。当内核打开一个已有文件或创建一个新文件时，它返回一个文件描述符。在读写文件时，就可以使用它。

3.不用缓冲的I/O

函数open、read、write、lseek以及close提供了不用缓冲的I/O。这些函数都使用文件描述符

程序清单1_2 将标准输入复制到标准输出

#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);
}

4.标准I/O

标准I/O函数提供一种对不用缓冲I/O函数的带缓冲的接口。使用标准I/O函数可以无需担心如何选取最佳的缓冲区大小，例如1_2中BUFFSIZE常量的大小。使用标准I/O函数的另一个优点是简化了对输入行的处理。例如，fgets函数读一完整的行，而read函数读指定字节数。（printf函数便是标准I/O函数）

实例：1_3 用标准I/O将标准输入复制到标准输出

#include"apue.h"
int main()
{
    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);
}

附：无缓冲I/O操作和标准I/O操作的区别 http://blog.csdn.net/cowbane/article/details/6630298

1.6程序和进程

1.程序是存放在磁盘上，处于某个目录中的一个可执行文件。使用6个exec函数中的一个由内核将程序读入存储器，并使其执行

2.进程和进程ID

程序的执行实例被称为进程。UNIX系统确保每个进程都有一个惟一的数字标识符，称为进程ID，进程ID总是一非负整数

实例：1_4 打印进程ID

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

此程序运行时，它调用函数getpid得到其进程ID

3.进程控制

有三个用于进程控制的主要函数：fork,exec和waitpid

实例： 1_5 从标准输入读命令并执行（类shell程序）

#include"apue.h"
#include<sys/wait.h>
4 
int main(void)
{
    char buf[MAXLINE];
    pid_t pid;    
    int status;

    printf("%% ");
    while(fgets(buf,MAXLINE,stdin)!=NULL){
    if(buf[strlen(buf)-1]=='
')
    buf[strlen(buf)-1]=0;             //用null替换换行符
    if((pid=fork())<0){            //fork向父进程返回新子进程的进程ID（非负），对子进程则返回0；所以说它被调用一次，返回两次
    err_sys("fork error");
    }
    else if(pid==0){          
    execlp(buf,buf,(char *)0);    //execlp执行从标准输入读入的命令。fork和跟随其后的exec两者的组合是某些操作系统所称的产生（spawn）一个新进程
    err_ret("couldn't execute:%s",buf);
    exit(127);
    }
    if((pid=waitpid(pid,&status,0))<0)    //waitpid函数返回子进程的终止状态
    err_sys("waitpid error");
    printf("%% ");
    }
    exit(0);
}

该程序的主要限制是不能向所执行的命令传递参数，例如不能指定要列表的目录名，只能对工作目录执行ls命令

4.线程和线程ID

在一个进程内的所有线程共享同一地址空间、文件描述符、栈以及进程相关的属性。线程ID只在它所属进程内起作用。一个进程中的线程ID在另一个进程中并无意义。

1.7出错处理

当unix函数出错时，常常返回一个负值，而且整型变量errno通常被设置为含有附加信息的一个值。例如，open函数如成功执行则返回一个非负文件描述符，如出错则返回-1。

实例：1_6 示例strerror和perror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
",strerror(EACCES));
    errno=ENOENT;
    perror(argv[0]);
    exit(0);
}

1.8用户标识

用户ID 和组ID

示例：1_7 打印用户ID和组ID

#include"apue.h"
int main()
{
    printf("uid=%d,gid= %d,
",getuid(),getgid());
    exit(0);
}

1.9信号

信号是通知进程已发生某种情况的一种技术。

进程处理信号有三种选择：a.忽略该信号

　　　　　　　　　　　　b.按系统默认方式处理。对于除以0的情况，系统默认是终止该进程

　　　　　　　　　　　　c.提供一个函数，信号发生时则调用该函数，这被称为捕捉该信号。使用这种方式，我们只要提供自编的函数就将能知道什么时候产生了信号，并按所希望　　　　　　　　　　　　　的方式处理它

实例：1_8 从标准输入读命令并执行（比1_5多了信号处理）

#include"apue.h"
#include<sys/wait.h>
static void sig_int(int);

int main(void)
{
    char buf[MAXLINE];
    pid_t pid;    
    int status;
    if(signal(SIGINT,sig_int)==SIG_ERR)
    err_sys("signal error");

    printf("%% ");
    while(fgets(buf,MAXLINE,stdin)!=NULL){
    if(buf[strlen(buf)-1]=='
')
    buf[strlen(buf)-1]=0;
    if((pid=fork())<0){
    err_sys("fork error");
    }
    else if(pid==0){
    execlp(buf,buf,(char *)0);
    err_ret("couldn't execute:%s",buf);
    exit(127);
    }
    if((pid=waitpid(pid,&status,0))<0)
    err_sys("waitpid error");
    printf("%% ");
    }
    exit(0);
}
    void sig_int(int signo)
    {
        printf("interrupt
%%");
    }

1.10时间值

UNIX系统使用三个进程时间值：时钟时间，用户cpu时间，系统cpu时间

时钟时间又称为墙上时钟时间（wall clock time）。它是进程运行的时间总量，其值与系统中跟同时运行的进程数有关。

用户CPU时间是执行用户指令所用的时间。

系统cpu时间是为该进程执行内核程序所经历的时间

例如：每当一个进程执行一个系统服务时，如read或write，则在内核内执行该服务所花费的时间就计入该进程的系统cpu时间。用户cpu时间和系统cpu时间之和常被称为cpu时间

取得任意进程的时钟时间，用户时间，和系统时间：$cd /usr/include;time -p grep _POSIX_SOURCE */*.h > /dev/null