apue 第一章

最近断断续续的花了近两个月的业余时间，仔细完整拜读了APUE第2版的前1～16章。获益匪浅 ，对UNIX系统及其编程又有了更深的理解。不愧“独具匠心”四字。以下将我的读书笔记整理出来。

UNIX系统编程指的是用户程序的编写，即运行在用户地址空间的应用程序，书中也描述了一些内核实现的细节。但内核编程基本上是平台相关的，故本书不涉及内核编程部分。

全书所附程序清单代码可以在这里下载。

另外提供了包括Solaris、AIX、FreeBSD、Fedora、Ubuntu等UNIX主机的免费使用，如果没有Linux/UNIX环境，可以在该网站注册帐号并用ssh登录相应机器做上机练习，同时可以更好的理解POSIX标准及不同的UNIX平台下的差异。

第一章 UNIX基础

1、UNIX手册页

UNIX手册页（manpages）是进行系统编程必备的参考工具。手册页通常分为7部分，比较重要的部分包括第1部分系统命令、第2部分系统调用、第3部分库函数、第7部分系统管理工具等。命令（man man）可以查看UNIX手册页的详细介绍。一般资料都采用“条目（部分）”的方式来描述UNIX工具，例如“fork(2)”指系统调用库函数fork，可以使用“man 2 fork”来查看其手册页。

2、系统调用与库函数

系统调用提供了用户程序访问内核的接口，用户程序通过执行系统调用获取内核所管理资源的访问权。执行系统调用时，程序控制权交给内核，内核在进程上下文中运行。

库函数通过包含相应的.h头文件引用。用户程序可以通过调用操作系统提供的库函数间接进行系统调用。如printf库函数，它除了管理缓冲区和格式化文本之外，执行了write系统调用访问文件。库函数也可以由其它程序提供，例如GTK库等。用户也可以自己重新实现库函数接口以替代所提供的库函数功能。

另一方面，系统调用实际上也以库函数的形式直接提供给用户程序，如write、fork等。一般来说man手册页的第二部分为UNIX的系统调用，第三部分为库函数。但对用户程序来说，不必专门区别那些是库函数、哪些是系统调用接口。 

对于x86平台的Linux，可以通过/usr/include/asm/unistd_32.h查看其系统调用的接口。

3、文件和目录

UNIX系统将计算机中的大部分资源都抽象为文件的形式，这样我们就可以通过open、read、write等函数去直接访问它们。

文件系统的结构：UNIX系统采用树状结构，全局具有唯一的一个根目录，通过“/”访问，除交换分区外，其它文件系统均挂载在/或其子目录下作为子目录存在。

文件名：除字符“/”与“NUL”外，都可以作为UNIX文件的文件名，但为访问方便起见，一般建议采用可打印字符作为文件名，尽量不要使用shell和其它正则表达式的扩展字符，如*、?、等。

路径名：访问一个文件可使用绝对路径（以/开头）或者相对路径（不以“/”起头的均被认作相对路径）。

目录中的特殊文件“.”和“..”：“/”下的“.”“..”指向它自身，可以使用shell命令“ls -ai”验证这两个特殊文件的用法。

工作目录：每个进程都有一个当前工作目录（cwd, current working directory），用途为解释相对路径。

起始目录（用户家目录home directory）：用户登录后的初始目录，由文件/etc/passwd指定

4、输入和输出

文件描述符（file descriptor）：用以标识引用一个打开的文件，文件描述符是进程的属性。进程不同值相同的文件描述符引用的可以是不同的文件。

标准输入、标准输出和标准出错：进程创建时自动打开的三个文件描述符，默认为0、1、2，一般通过用宏STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO来引用。

不带缓冲的I/O：标准系统调用open、read、write、lseek、close不使用缓冲区，直接把输入/输出送到内核，书中称为“不带缓冲的I/O”。这里的缓冲位于进程地址空间；

标准I/O：C函数库中的标准I/O函数（定义在）使用缓冲区进行输入/输出、以提高吞吐效率。编程时要注意I/O重定向及fork导致复制地址空间等情况下标准I/O函数对缓冲区的使用情况。

5、程序与进程

程序是一个静态的概念，指存放在存储介质上可被内核通过exec系统调用读入并执行其中指令的文件，可能是二进制也可能是文本形式。UNIX上的程序需要执行权限。

进程是执行中的程序，除了程序本身的代码文本、数据外，进程还包括其它自身拥有的资源，诸如进程id（pid）、打开的文件、地址空间、未决信号集、控制线程等。

6、程序线程

对一个用户进程，内核实际执行调度处理的是它的执行线程。一个进程可以拥有一个或多个执行线程，对进程来说这些线程是并发执行的。进程内的多个线程共享进程资源。

7、异步、并发、通信

这几个术语也应该属于UNIX系统较重要的基本概念的一部分。书中没有用专门的章节进行描述，这里是一个补充。

异步（Asynchronous）指的是对系统资源以不可预测的时间和顺序执行的操作。例如等待外部输入、监听TCP端口等都是异步操作。对于异步操作，需要设计阻塞等待或超时等机制（一般都是基于信号机制实现）。

并发（Concurrency）：多个并行的异步进程/线程同时在同一个资源上会合时，产生并发。这时由于各自的异步性，读写等I/O操作可能交错发生乱序，从而出现意外的结果。为使它们的操作被强制的顺序化，需要进行同步处理）。同步处理属于广义上的通信的范畴，有多种同步方式，一般采用锁机制。同步处理还需要注意竞争条件出现的死锁。这是UNIX系统编程中较为复杂、容易出现bug的地方。

通信（Communication）：指通过某种机制，在不同实体间交换数据，对UNIX编程来说，发送/接收、通知/响应、输入/输出等都属于比较广义的通信的范畴，狭义点的说法就指数据的发送/接收。UNIX编程的主要通信方式为进程间通信和线程通信。广义的进程间通信包括了信号、管道、IPC对象、套接字。条件变量、取消等操作可以用作线程间的通信（通知）。建议性锁和全局变量也是一种通信机制。不同应用场合的通信使用不同的机制和做法。

8、出错处理

UNIX系统一般通过设置全局变量errno()标识程序执行时发生的错误。在系统所提供的库函数中，除非再次发生错误，否则不会改动errno的值也不会将其清零。errno的取值见手册errno(3)。Errno可以通过下面两个函数转换为对应的错误消息字符串。

#include

char *strerror(int errnum);

此函数将指定的errno错误号转换为字符串并返回这个字符串的指针；

#include

void perror(const char *msg);

此函数执行一个格式化输出，为指定的字符串+冒号+当前的errno值对应的字符串。相当于执行了：

printf ("%s: %s", msg, strerror(errno));

9、UNIX用户和用户标识

正常下，uid唯一标识了一个用户；

系统的用户信息定义在/etc/passwd；

用户的创建、修改、删除通常由系统管理员通过useradd、userdel、usermod等系统命令执行，而不应直接修改/etc/passwd文件；

超级用户（root）的uid为0；

组（group）将一个或多个用户组织起来，以使它们能以指定的相同权限访问资源；

正常下，gid唯一标识了一个组；

gid定义在/etc/group；

组的创建、修改、删除通常由系统管理员通过groupadd、groupdel、groupmod等系统命令执行，而不应直接修改/etc/group文件；

用户可以同时加入多个组，命令groups可以打印出用户所在的组，第一个以外的均为附加组；

10、信号

信号是软件中断机制，作为系统某种事件发生的通知；

进程可以通过调用信号函数，在信号递送到进程时选择对其的处理方式。对信号的处理有三种选择：忽略（丢弃）、按系统的默认方式处理、使用自定义信号捕捉函数来处理；

进程还可以选择在信号递送之前屏蔽之，使之成为未决信号而延后处理；

进程捕捉到信号时将被中断，直到信号处理函数返回时方恢复执行；

11、UNIX系统时间

系统使用两种方式标识时间：

日历时间：指自UTC时间1970年1月1日00:00:00以来流逝的秒数，这个时间以time_t类型保存，这是一个32位整型数。在2038年1月18日将发生溢出错误，例如，在UNIX系统上无法创建一个时间为2038年1月以后的文件（touch -t命令）。目前业界尚未对此采取专门措施。

进程时间。用以衡量进程资源耗时情况，包括实际时钟时间（real time，为一个进程执行开始至今的全部时间）、用户CPU时间（user time，为程序在用户地址空间中执行的时间）、系统CPU时间（system time，为程序执行系统调用后在内核空间中执行的时间）。另外如果进程执行了sleep等调用，睡眠的时间不计算为CPU时间，但计入实际时钟时间。

原文地址 http://blog.chinaunix.net/u/24174/showart_1334818.html