第一章 UNIX基础知识

第一章 UNIX基础知识

1.2 UNIX体系结构

可将操作系统定义为一种软件-内核(kernel)。
内核的接口称为系统调用(system call)。
公用函数库建立在系统调用接口之上，应用软件可以使用公用函数库，也可以使用系统调用。
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。

1.3 登录

1 登录名
系统口令文件通常是：/etc/passwd 文件。
口令文件中的登录项由7个冒号分割的字段组成，它们是：
登录名，加密口令，数值用户ID，数值组ID，注释字段，起始目录，shell程序。
如：
sar:x:205:105:Stephen Rago:/home/sar:/bin/ksh
目前所有系统已将加密口令移到另一个文件中。
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。
Linux默认shell是Bourne-again shell。

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/。
2 文件名
目录中的各个名字称为文件名。
创建新目录的同时自动创建俩个文件名：.(当前目录)，..(父目录)，根目录中点与点点相同。
3 路径名
一个或多个以斜线分割的文件名序列构成路径名。
4 工作目录
每个进程都有一个工作目录，也叫当前工作目录。
5 起始目录
登录时，工作目录设置为起始目录(home directory)，即为口令文件中设置值。

[程序清单1-1]

#include "stdio.h"
#include "dirent.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
    DIR *dp;
    struct dirent *dirp;
    if(argc != 2) {
        printf("no input a dirname!\n");
        exit(0);
    }
    if((dp = opendir(argv[1])) == NULL) {
        printf("can't open %s\n", argv[1]);
        exit(0);
    }
    while((dirp = readdir(dp)) != NULL) {
        printf("%s\n", dirp->d_name);
    }
    closedir(dp);
    exit(0);
}

 

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，内核用它标识一个特定进程正在访问的文件。读写文件时需要使用它。
2 标准输入，标准输出，标准出错
每当运行一个新程序时，所有的shell都为其打开三个文件描述符：标准输入，标准输出，标准出错。
3 不用缓冲的I/O
函数open，read，write，lseek，close提供了不用缓冲的I/O的输入输出。这些函数都使用文件描述符。
键入文件结束字符通常为：Ctrl+D。

[程序清单1-2]

#include "unistd.h"
#include "stdio.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) {
            printf("write error.\n");
            exit(0);
        }
    }
    if(n < 0) {
        printf("read error.\n");
    }
    exit(0);
}

 

4 标准I/O
标准I/O函数提供一组对不用缓冲I/O函数的带缓冲的接口。

[程序清单1-3]

#include "stdio.h"
int
main(void)
{
    int c;
    while ((c = getc(stdin)) != EOF) {
        if(putc(c, stdout) == EOF) {
            printf("output error\n");
            exit(0);
        }
    }
    if (ferror(stdin)) {
        printf("input error\n");
    }
    exit(0);
}

1.6 程序和进程

1 程序
程序是存放在磁盘上的一个可执行文件。
2 进程和进程ID
程序的执行实例被称为进程(process)。
UNIX确保每个进程都有一个唯一的非负整数标识符，称为进程ID。

[程序清单1-4]

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"

int
main(void)
{
    printf("hello world from process ID %d\n", getpid());
    exit(0);
}

3 进程控制
三个进程控制的主要函数：fork，exec，waitpid。

[程序清单1-5]

#include
#include
#include "stdio.h"

#define MAXLINE 1024

int
main(void)
{
    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) {
            printf("fork error\n");
        }
        else if (pid == 0) {
            execlp(buf, buf, (char*)0);
            printf("couldn't execute: %s\n", buf);
            exit(127);
        }
        if ((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0) {
            printf("waitpid error\n");
        }
        printf("%%");
    }
    exit(0);
}

4 线程和线程ID
一个进程中可以包含多个线程。
每个线程也都有一个非负整数标识符，称为线程ID。

1.7 出错处理

UNIX函数出错时，常常返回一个负值，而且全局整型变量errno通常被设置为含有附加信息的一个值。
C标准定义了俩个函数来打印出错信息： #include char *strerror(int errnum); 此函数返回errnum(通常就是errno)代表的出错信息字符串指针。 #include void perror(const char *msg); 该函数首先输出msg指向的字符串，然后是一个冒号，一个空格，接着是对应与errno值的出错信息，然后是一个换行符。

[程序清单1-6]

#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include

int
main(int argc, char *argv[])
{
    fprintf(stderr, "EACCES: %s\n", strerror(EACCES));
    errno = ENOENT;
    perror(argv[0]);
    exit(0);
}

1.8用户标识

1 用户ID
口令文件登录项中包括用户ID，用户ID为0的用户为根root或超级用户superuer。
2 组ID
口令文件登录项中包括用户的组ID，组被用于将若干用户分配到不同的项目组或部门中去，这种机制允许同组的各个成员共享资源。
组文件将组名映射为数字组ID，它通常是/etc/group.

[程序清单1-7]

#include "stdio.h"

int
main(void)
{
    printf("uid = %d, gid = %d\n", getuid(), getgid());
    exit(0);
}

3 附加组ID
除了口令文件中对一个用户指定一个组ID外，还允许一个用户属于额外的组，登录时，读文件/etc/group，寻找该用户作为其成员的16个记录项就可得到该用户的附加组ID。
大多数系统最少支持16个附加组。

1.9 信号

信号(signal)是通知进程已发生某种情况的一种技术。
进程处理信号的三种方式：
1 忽略该信号。
2 按系统默认方式处理。
3 提供一个函数，信号发生时则调用该函数。

[程序清单1-8]

#include
#include
#include "stdio.h"
#define MAXLINE 1024

static void sig_int(int);

int
main(void)
{
    char buf[MAXLINE];
    pid_t pid;
    int status;
    if(signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR) {
        printf("signal error\n");
    }
    printf("%%");
    while(fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
        if(buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
        {
            buf[strlen(buf) - 1] = 0;
        }

        if((pid = fork()) < 0) {
            printf("fork error\n");
        }
        else if(pid == 0) {
            execlp(buf, buf, (char*)0);
            printf("couldn't execute: %s\n", buf);
            exit(127);
        }
        if((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0) {
            printf("waitpid error\n");
        }
        printf("%%");
    }
    exit(0);
}

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

1.10 时间值

长期以来，UNIX系统一直使用俩中不同的时间值：
1 日历时间
该值是自1970-01-01 00:00:00以来国际标准时间(UTC)所经过的秒数累计值。
系统基本数据类型time_t用于保持这种时间值。
2 进程时间
也被称为CPU时间，用以度量进程使用的中央处理器资源。进程时间以时钟滴答计算，历史上曾经取每秒50，60，100个滴答。
系统基本数据类型clock_t用于保存这种时间值。可以用sysconf函数得到每秒时钟滴答数。
当度量一个进程执行时间时，UNIX系统使用三个进程时间值：
时钟时间：进程运行的时间总量，其值与系统中同时运行的进程数有关。
用户CPU时间：执行用户指令所用的时间。
系统CPU时间：执行内核程序所经历的时间。