UNIX基础知识 – 学习吧！少年

unix及类unix系统架构

操作系统严格意义上来说是由控制计算机硬件资源，提供程序运行环境的内核及其他软件构成的软件，其他软件包括系统实用程序（system utility）、应用程序、shell及公用函数库。\
操作系统的体系架构是硬件-内核-(shell，公用函数库，应用程序)。内核的接口就是系统调用，应用程序可以直接进行系统调用，也可以通过公用函数库进行系统调用。shell是一个特殊的应用程序，在用户登录类unix系统的时候，系统会提供一个视窗，视窗中会运行一个shell程序，通常是交互式的shell，用于读取用户的输入并给出输出。

文件和目录

目录，是一个包含目录项的文件，每个目录项包含一个文件名和文件属性。 \

#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[]) {
    DIR *dp; //
    struct dirent *dirp;

    if (argc != 2) 
        printf("usage: ls directory_name");

    if ((dp = opendir(argv[1])) == NULL)
        printf("can't open %s\n", argv[1]);

    while ((dirp = readdir(dp)) != NULL) {
        printf("%s\n", dirp->d_name);
    }

    return 0;
}

这是一个目列出所有目录项的名称的脚本，简化版的ls命令。

输入输出

文件描述符

fd（file descriptor）通常是一个小的非负整数，内核以这个标识进程正在访问的文件，内核打开或者创建一个文件的时候都会返回一个文件描述符，读写文件时都是用这个文件描述符进行操作。

标准输入、标准输出和标准错误(stdin, stdout, stderr)

shell都会打开这三个文件描述符，这三个文件描述符有特定的名称，STDIN_FILENO，STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。

不带缓冲的I/O

open、read、write、lseek和close。

标准输入读入，写到标准输出示例

#include 
#define BUFFSIZE 10

int main() {
    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");
    }

    return 0;
}

标准I/O及示例

标准I/O是对输入行进行处理，例如fgets函数读取一个完整行，printf是标准IO函数。

#include 
#include 
#define BUFFSIZE 10

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");

    return 0;
}

程序和进程

程序

程序是存储上的某个可执行文件，内核使用exec函数将程序读入内存并执行。

进程和进程ID

进程ID（PID）是进程的唯一标识符，非负整数。

#include 

int main() {
    printf("process id is %ld\n", (long)getpid());
    return 0;
}

进程控制

进程控制的主要函数有fork、exec和waitpid。

#include 
#include 

int main() {
    char buf[MAXLINE];
    pid_t pid;
    int status;

    printf("%% ");
    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
        if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n') {
            buf[strlen(buf) - 1] = 0;
        }

        if ((pid = fork()) < 0) {
            err_sys("fork error");
        }
        else if (pid == 0) {
            execlp(buf, buf, (char *)0);
            err_ret("could not execute: %s", buf);
            return 127;
        }

        if ((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0) {
            err_sys("waitpid error");
        }
        printf("%% ");
    }
    return 0;
}

线程和线程ID

线程的特点是一个进程内的所有线程共享同一个地址空间、文件描述符、栈以及进程相关的属性，因为线程访问同一存储区，需要采取同步措施保持数据一致性。线程ID只能在该进程内有效，控制函数和进程控制函数类似。

出错处理

出错恢复，对于与资源相关的非致命性出错：EAGAIN、ENFILE、ENOBUFS、ENOLCK、ENOSPC、EWOULDLOCK以及ENOMEM有时也是非致命性的，可以采取延迟一段时间再次调用，提高程序的鲁棒性。

用户标识

信号

信号（signal）用于通知进程发生了某种情况，比如除数是0时会将SIGFPE（浮点异常）的信号发给进程。进程面对信号有忽略信号，系统默认（一般是中止）和提供函数调用，用来对相应的信号进行处理。 \
一个信号实例是，Ctrl+C中断进程的时候，进程接收到信号，默认处理是中止进程。

#include 
#include 

void sig_int (int signo) {
    printf("interrupt\n%% ");
}

int main() {
    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] == '\n') {
            buf[strlen(buf) - 1] = 0;
        }

        if ((pid = fork()) < 0) {
            err_sys("fork error");
        }
        else if (pid == 0) {
            execlp(buf, buf, (char *)0);
            err_ret("could not execute: %s", buf);
            return 127;
        }

        if ((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0) {
            err_sys("waitpid error");
        }
        printf("%% ");
    }
    return 0;
}

signal函数可以在接收到SIG_ERR信号的时候执行sig_int函数。

时间值

时钟时间
用户CPU时间
系统CPU时间

系统调用和库函数

从用户角度来来看，系统调用和库函数没有区别，都是为应用程序提供服务，但是从实现者的角度来看，两者是有区别的，库函数并不是内核的入口，系统调用才是，库函数可能不会进行系统调用，也可能进行一个或者多个系统调用。printf这个库函数，实际会调用write这个系统调用，函数strcpy和atoi并不适用任何的系统调用。 \
malloc函数进行存储分配，实际是通过sbrk系统调用完成的，sbrk分配空间给进程，malloc函数在用户层次管理这一空间。类似的还有时间函数，系统调用会给出自1970年1月1日至今的秒数，由时间函数进行处理给出常用的时间格式。