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unix环境高级编程 - 基础知识

发表于 更新于 分类于
本文字数： 4.9k 阅读时长 ≈ 4 分钟

最近在学习 APUE，所以顺便将每日所学记录下来，一方面为了巩固学习的知识，另一方面也为同样在学习APUE的童鞋们提供一份参考。

本系列博文均根据学习《UNIX环境高级编程》一书总结而来；

运行环境：

  • 操作系统： ubutnu 16.04
  • 编译器：QtCreator CLion 2020.3

基础知识

unix体系结构

从严格意义来说，可将操作系统定义为一种软件，它控制计算机硬件资源，提供程序运行环境。我们通常将这种软件成为内核(kernel)，内核的结构被称为系统调用。公用函数库建立在系统调用接口之上，应用程序既可以使用公用函数库，也可以使用系统调用；

登录

shell

用户登录后，系统会显示一些系统信息，然后我们可以向shell输入命令。

shell的用户输入通常来自于终端(交互式shell)，有时来自文件。

文件和目录

文件系统

UNIX文件系统是目录和文件的一种层次结构，所有文件的起点是根目录，这个目录是”/“;

目录是一个包含目录项的文件，在逻辑上，可以认为每个目录项都包含一个文件；

文件名

目录中的各个文件成为文件名。

路径名

由斜线分割的一个或多个文件名组成的序列构成路径名，以斜线开头的路径成为绝对路径名；

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#include "../../include/apue.h"
#include "my_err.h"
#include <dirent.h>

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

    if(argc != 2)
        err_quit("usage: %s directory_name", argv[0]);

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

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

    closedir(dp);
    return 0;
}

输入和输出

文件描述符

文件描述符通常是一个小的非负整数，内核用以标识一个特定进程正在访问的文件。当内核打开一个现有文件描述符或创建一个文件时，它都会返回一个文件描述；

标准输入、标准输出和标准出错

  • 标准输入 STDIN_FILENO 0
  • 标准输出 STDOUT_FILENO 1
  • 标准出错 STDERR_FILENO 2

不带缓冲的I|O

函数open、read、write、lseek和close提供了不带缓冲的I/O；

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#include "../../include/apue.h"
#include "my_err.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);
}

标准I/O

标准I/O函数为那些不带缓冲的函数提供了一个带缓冲的接口；

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/**
 * @file 测试getc和putc
 *
 * apue示例程序 - getcputc.c
 *
 * Created by sYstemk1t on 2021/2/1.
 *
 */


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

程序和进程

进程和进程ID

程序的执行实例被成为进程(process)，unix系统确保每个进程都拥有一个唯一的数字标识符，成为进程ID；

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#include "../../include/apue.h"
#include "my_err.h"
#include <time.h>

int main(void)
{
    printf("hello world form process ID %ld\n",(long)getpid());
    printf("hello world form process ID %ld\n",(long)getppid());
    sleep(100);
    exit(0);
}

使用getpid得到进程的ID，使用getppid得到父进程的ID；

进程控制

有三个函数用于进程控制得到主要函数：fork、exec、waitpid；

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#include "../../include/apue.h"
#include <sys/wait.h>
#include "my_err.h"

int main(void)
{
    char buf[MAXLINE];          //4096
    pid_t pid;
    int status;
    printf("%% ");
    while (fgets(buf,MAXLINE,stdin) != NULL)            //获取字符串存入buf，最大获取4096个，使用标准输入方法获取
    {
        if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
        {
            buf[strlen(buf) - 1] = 0;               //清除回车换行
        }

        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);
    return 0;
}

线程和线程ID

通常一个进程只有一个控制线程在某一时刻执行一组机器指令。一个进程内的所有线程共享同一地址空间、文件描述符、栈以及与进程相关的属性。

出错处理

linux定义两个函数，它们用于输出出错信息；

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#include <string.h>
#include <stdio.h>
char *strerror(int errnum);
void perror(cosnt char *msg);
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#include "../../include/apue.h"
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>


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

用户标识

用户ID

口令文件登录项中的用户(ID)是一个整形值，它向系统标识各个不同的用户；

用户ID为0的用户为根用户(root)或超级用户(superuser)

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#include "../../include/apue.h"

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

信号

信号用于通知进程发生了某种情况。进程有以下三种处理信号的方式：

  • 忽略信号。有些信号标识硬件异常，因为这些异常产生的后果不确认，所以不推荐；
  • 按系统默认方式处理。对于除数为0，系统默认方式是终止该进程；
  • 提供一个函数，信号发生时调用该函数，这被称为捕捉该信号；
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#include "../../include/apue.h"
#include <sys/wait.h>
#include "my_err.h"
static void sig_int(int);           //默认参数为int类型

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] == '\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("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\n%% ");
}

时间值

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time msfconsole
real    0m11.239s			//时钟时间
user    0m4.531s			//用户CPU时间
sys     0m2.803s			//系统CPU时间