第二章＊UNIX标准与实现（二）－－UNIX标准（UNIX Standardization）

ISO C：在1989年末，C语言的ANSI标准X3.159-1989就被通过了。这个标准同时被作为国际化标 准ISO/IEC 9899:1990。ANSI全称为American National Standards Institute，ISO的美国成员。ISO的全称为Internetational Organization for Standardization。IEC全称为International Electrotechnical Commission。

C标准现在由ISO/IEC国际标准工作组维护和改进。这个工作组为ISO/IEC JTC1/SC22/WG14，简称为WG14。ISO C标准的目的是提供使C程序可以移植到各种不同的操作系统上，而不仅仅是UNIX。这个标准不仅定义了编程语言的语法和语义，同时还定义了一个标准库 （standard library）[Chapter 7 of ISO1999; Plauger 1992; Appendix B of Kernighan and Ritchie 1988]。这个库非常重要，因为所有当代UNIX系统都提供了在C标准中定义的库函数。

在1999年，ISO C标准更新并作为ISO/IEC 9899:1999被采纳，大幅提升了对多进程应用程序的支持。除了在一些函数声明里加上了restrict关键字，这次更新没有影响到POSIX标准。 restrict关健字通过指出一个指针所指的对象仅被该指针引用，来告诉编译器这个指针引用是可以被优化的。

和多数标准一样，从标准出台到软件修改以符合标准之间会有一个延迟。随着开发商的编译系统的升级，他们为最新版本的ISO标准加了更多的支持。

根据标准定义的头文件，ISO C库可以分为24个领域：
：核查程序断言。

：复杂算法支持。

：字符类型。

：错误代码。

：浮点环境。

：浮点常量。

：整型格式转换。

：关系运算符的代替者的宏。比如"and"、"or"等。

：系统实现相关的一些常量。比如ARG_MAX、PATH_MAX等。

：地点的类目。比如__LC_ADDRESS、__LC_TELEPHONE等。

：数学常量。

：非局部的goto。

：信号。

：变量参数列表。

：布尔类型和值。

：标准定义。

：整数类型。

：标准I／O库。

：工具函数。

：字符串操作。

：范型数学宏。

：时间与日期。

：双字节和宽字符支持。

：宽字符分类与映射支持。

POSIX.1标准除了这些头文件，也包含了其它一些头文件。稍后会列出这部分文件。

IEEE POSIX是由IEEE（Institute of Electrical can Electronic Engineers）发展的一组标准集。POSIX全称为Portable Operating System Interface。最开始它只特指IEEE标准1003.1-1988－－操作系统接口－－但后来扩展后从而包含了称号1003（1003 designation）的许多标准和标准草稿，包括shell和实用工具（1003.2）。

本文专门讨论1003.1操作系统接口标准，它的宗旨是促进应用程序在各种UNIX系统环境上的可移植性。这个标准规定符合POSIX标准的操作系统都必 须提供的服务。多数计算机厂商都采纳了这个标准。尽管这个标准是基于UNIX操作系统的，但它并不局限于UNIX和类UNIX系统。事实上，一些厂商在供 应专利操作系统的时候，在提供专利特性的同时，仍声明他们的操作系统是符合POSIX标准的。

因为1003.1标准规定了接口而非实现，所以系统调用和库函数并没有区分开来。所有在标准里定义的指令（routines）都没称为函数（functions）。

标准总是持续发展，1003.1标准也不例外。这个标准的1988版本，IEEE标准1003.1－1998，被修改并提交给了IOS。没有添加新的接口 或特性，但文字被修订了。修订好的文档作为IEEE标准1003.1－1990[IEEE 1990]发布，同时也作为国际化标准ISO/IEC 9945-1990。这个标准被普遍称为POSIX.1。

IEEE1003.1工作组仍在持续修改这个标准。在1993年，IEEE1003.1标准的一个修订版本发布，包含了1003.1-1990标准和 1003.1b-1993实时扩展（real-time extensions）标准。在1996年，这个标准再次更新为ISO/IEC 9945-1:1996。它包含了多线程编程接口，被称为pthread，表示POSIX线程。随着IEEE标准1003.1d-1999的发布，更多的 实时（real-time）接口在1999年被加入进来。一年后，IEEE标准1003.1j-2000发布了，包含更为丰富的real-time接口。 同时IEEE标准1003.1q-2000也发布了，加入了事件跟踪扩展（event-tracing extensions）。

1003.1的2001版本与之前的版本有些不同，它集成了1003.1的一些修改、1003.2标准以及部分的Single UNIX Specification(SUS)的版本2（之后还有更新的版本）。这种集合后的标准，便是IEEE标准1003.1-2001，包含了以下其它的标 准：

1、ISO/IEC 9945-1（IEEE标准1003.1-1996），包含IEEE标准1003.1-1990、IEEE标准1003.1b-1993（real- time的扩展）、IEEE标准1003.1c-1995（pthreads）和IEEE标准1003.1i-1995（real-time技术勘误）；

2、IEEE P1003.1a标准草案（系统接口修订）；

3、IEEE标准1003.1d-1999（高级real-time扩展）；

4、IEEE标准1003.1q-2000（跟踪－tracing）；

5、IEEE标准1003.2d-1994（批处理扩展）；

6、IEEE P1003.2标准草案（补充工具）；

7、部分IEEE标准1003.1g-2000（协议无关接口－－protocol-independent interfaces）；

8、ISO/IEC 9945-2（IEEE标准1003.2-1993）；

9、Single UNIX Specification版本2的基本规范，包括系统接口定义（Issue 5）、命令和工具（Issue 5）、系统接口和头文件（Issue5）；

10、开放组技术标准（Open Group Technical Standard），网络服务（Issue 5.2）；

11、ISO/IEC 9899:1999，编程语言－C；

POSIX标准规定的必须包含的头文件有：

：目录入口；

：文件控制；

：文件名匹配；

：路径名模式匹配；

：组文件；

：网络数据库操作；

：密码文件；

：正则表达式；

：tar文件；

：终端I/O；

：符号（symbolic）常量；

：文件时间；

：字扩展（word-expansion）；

：Internet定义；

：套接字接口；

：Internet地址族；

：TCP（Transmission Control Protocol）定义；

：内存管理声明；

：select函数；

：套接字接口；

：文件状态；

：进程时间；

：原始系统数据类型；

：UNIX域套接字定义；

：系统名称；

：进程控制。

POSIX标准中XSI扩展的头文件有：

：cpio文件；

：动态链接；

：消息显示结构；

：文件树遍历；

：代码组（code set）转换工具；

：语言信息常量；

：模式匹配函数的定义；

：货币类型；

：数据库操作；

：消息类目；

：投票函数；

：查找表；

：字符串操作；

：系统错误日志；

：用户上下文；

：用户限制；

：用户帐号数据库；

：IPC；

：消息队列；

：资源操作；

：信号量；

：共享内存；

：文件系统信息；

：时间类型；

：补充日期与时间定义；

：矢量I/O操作。

POSIX标准定义的可选头文件有：

：异步I/O；

：消息队列；

：线程；

：执行调度；

：信号量；

：实时量产接口；

：XSI STREAMS接口；

：事件追踪。

因为POSIX.1包含了ISO C标准，所以之前列出的ISO C中的头文件一样也包含在POSIX.1中。POSIX.1的接口分为必需的和可选两部分，可选接口根据功能能进一步分成50个小项，这些项包括一些以下 编程接口（每个接口都有一个选项代码－－option code。选项代码是二个或三个字母组成的缩写，表示一个功能领域－－functional area）：

ADV、_POSIX_ADVISORY_INFO：咨询信息（real-time）；

AIO、_POSIX_ASYNCHRONOUS_IO：异步输入输出（real-time）；

BAR、_POSIX_BARRIERS：栅栏（real-time）；

CPT、_POSIX_CPUTIME：进程CPU时间周期（real-time）；

CS、_POSIX_CLOCK_SELECTION：时间选项（real-time）；

CX、无：ISO C标准的扩展；

FSC、_POSIX_FSYNC：文件同步；

IP6、_POSIX_IPV6：IPv6接口；

MF、_POSIX_MAPPED_FILES：内存映射文件；

ML、_POSIX_MEMLOCK：进程内存锁（real-time）；

MLR、_POSIX_MEMLOCK_RANGE：内存范围锁（real-time）；

MON、_POSIX_MONOTONIC_CLOCK：单调锁（real-time）；

MPR、_POSIX_MEMORY_PROTECTION：内存保护；

MSG、_POSIX_MESSAGE_PASSING：消息传递（real-time）；

MX、无：IEC 60559浮点选项；

PIO、_POSIX_PRIORITIZED_IO：优先化输入输出；

PS、_POSIX_PRIORITIZED_SCHEDULING：进程调度（real-time）；

RS、_POSIX_RAW_SOCKETS：裸套接字；

RTS、_POSIX_REALTIME_SIGNALS：real-time信号扩展；

SEM、_POSIX_SEMAPHORES：信号量（real-time）；

SHM、_POSIX_SHARED_MEMORY_OBJECTS：共享内存对象（real-time）；

SIO、_POSIX_SYNCHRONIZED_IO：同步输入输出（real-time）；

SPI、_POSIX_SPIN_LOCKS：旋转锁（real-time）；

SPN、_POSIX_SPAWN：量产（real-time）；

SS、_POSIX_SPORADIC_SERVER：进程间断服务器（real-time）；

TCT、_POSIX_THREAD_CPUTIME：线程CPU时间周期（real-time）；

TEF、_POSIX_TRACE_EVENT_FILTER：追踪事件过滤器；

THR、_POSIX_THREADS：线程；

TMO、_POSIX_TIMEOUTS：timeout（real-time）；

TMR、_POSIX_TIMERS：计时器（real-time）；

TPI、_POSIX_THREAD_PRIO_INHERIT：线程优先级继承（real-time）；

TPP、_POSIX_THREAD_PRIO_PROTECT：线程优先级保护（real-time）；

TPS、_POSIX_THREAD_PRIORITY_SCHEDULING：线程执行调度（real-time）；

TRC、_POSIX_TRACE：跟踪；

TRI、_POSIX_TRACE_INHERIT：跟踪继承；

TRL、_POSIX_TRACE_LOG：跟踪日志；

TSA、_POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR：线程栈地址属性；

TSF、_POSIX_THREAD_SAFE_FUNCTIONS：线程安全函数；

TSH、_POSIX_THREAD_PROCESS_SHARED：进程共享的线程同步；

TSP、_POSIX_THREAD_SPORADIC_SERVER：线程间断服务器（real-time）；

TSS、_POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE：线程栈地址大小；

TYM、_POSIX_TYPED_MEMORY_OBJECTS：分类内存对象（real-time）；

XSI、_XOPEN_UNIX：X/Open扩展接口；

XSR、_XOPEN_STREAMS：XSI STREAMS。

POSIX.1并没有包含“超级用户”的概念。取而代之的是：有些操作需要“恰当的权限（appropriate privileges）”，POSIX把这个术语的定义交给具体的实现。遵守"Department of Defense”准则的UNIX系统有很多层安全等级。本文使用传统的术语以及谈论那些需要超级用户权限的操作。

经过近二十年的努力，标准已经变得成熟和稳定。POSIX.1标准现在被一个称为Austim Group的开放工作组维护。为了保证这些标准仍然有价值，它们需要不时地更新或重申。

单一UNIX规范（The Single UNIX Specification、SUS）是POSIX.1标准的 超集，定义了一些额外的接口来扩展基本POSIX.1规范提供的功能。这个完整的系统接口集称为X/Open系统接口（X/Open System Interface，XSI）。_XOPEN_UNIX符号常量用来表示在XSI中而不在POSIX.1里定义的接口。

XSI同时来定义了遵守XSI标准的系统实现必须支持、而在POSIX.1描述为可选接口的那部分内容。这些内容包括文件同步、内存映射文件、内存保护、线程接口以及上面提到的标记为“强制SUS”的那些。只有遵守XSI标准的实现才能被称为UNIX系统。

The Open Group拥有UNIX的商标并且使用单一UNIX规范定义UNIX系统实现必须支持的接口。实现必须列出遵守的规范、通过测试来验证确实遵守了这些规范，然后获得许可来使用UNIX商标。

在XSI中定义的额外接口，有些是必须支持的，而另一些是可选的。这些接口根据功能可划分为几组：

加密（Encryption）：由常量_XOPEN_CRYPT表示；

实时（real-time）：由常量_XOPEN_REALTIME表示；

高级的实时（Advanced real-time）；

实时线程（real-time threads）：由常量_XOPEN_REALTIME_THREADS表示；

高级实时线程（Advanced real-time threads）；

追踪（Tracing）；

XSI STREAMS：由常量_XOPEN_STREAMS表示；

合法性：由常量_XOPEN_LEGACY表示；

单一UNIX规范（SUS）由The Open Group发布，该组织在1996年成立，由X/OPEN和Open Software Foundation（OSF）合并而成，两者同属工会（industry consortia）。X/Open常发布X/Open移植指导，该指导采纳专门的标准并填补缺失功能的空白。指导的目标是通过公布的标准，增加应用程序 的可移植的可能性。

SUS的第一个版本由X/OPEN在1994年颁布。它也被熟知为“Spec 1170”，因为它有大约1170个接口。它是在Common Open Software Enviroment（COSE）的倡导下成长起来的，COSE的宗旨是进一步地提高应用程序在所有UNIX操作系统实现上的可移植性。

COSE成员 有：SUN、IBM、HP、Novell/USL和OSF。它不仅仅认可标准，还研究那些可能被普通商业应用使用的接口。这1170个接口便是从这些程序 中选出的，而且还包含了X/Open Common Application Environment(CAE), Issue 4（根据它历史上的前身－－X/Open Portability Guide，被熟知为“XPG4”）、系统V接口定义（System V Interface Definition，SVID）,Edition 3, Level 1接口，还有OSF应用环境规范（Application Environment Specification，AES）Full Use接口。

SUS的第二个版本由The Open Group在1997年颁布。这个新版本加入了对线程、实时接口、64位处理、超大文件和增强双字节字符处理的支持。

SUS的第三个版本（简称SUSv3）由The Open Group在2001年颁布，SUSv3的基本标准与IEEE标准1003.1-2001一样而且被分为4个部分：基本定义、系统接口、Shell和 Utilities、还有基本原理（rationale）。SUSv3还包含了X/Open Curses Issue 4, Version 2，但这个规范不是POSIX.1的一部分。

在2002年，ISO通过了这个版本作为国际标准ISO/IEC 9945:2002。The Open Group在2003年再次更新了1003.1标准，包含了技术修正，并由ISO通过作为国际标准ISO/IEC 9945:2003。在2004年4月，The Open Group颁布了单一UNIX规范的第三个版本，2004版。它主要是包含了更多的技术修正。

FIPS全称为Federal Information Processing Standard，联邦信息处理标准。它由美国政府公布，他们用它来进行电脑系统采购。FIPS151-1（1989年4月）基于IEEE标准 1003.1-1998和ANSI C标准草案。接着FIPS 151-2（1993年5月）出台，基于IEEE标准1003.1-1990。FIPS 152-2要求一些POSIX.1中描述为可选的特性。所有这些可选部分作为必须支持的特性加入到POSIX.1-2001。

POSIX.1 FIPS导致任何想要卖遵守POSIX.1的计算机系统给美国政府的厂商都必须支持一些POSIX.1中的可选特性。POSIX.1 FIPS已经被撤回，所以本文不再讨论。