《Linux/Unix系统编程手册》读书笔记1
最近这一个月在看《Linux/Unix系统编程手册》，在学习关于Linux的系统编程。之前学习Linux的时候就打算写关于Linux的学习记录，因为觉得自己学得不好，老是写不出东西。但是现在觉得学习记录应该坚持写，慢慢就会有收获，坚持写才可以锻炼自己的表达能力。
《Linux/Unix系统编程手册》这本书的评价很高，但是个人觉得翻译得不太好。其实终究是因为自己的英文阅读能力太差和没什么钱，只能看翻译版。看了接近一个月，觉得这本书介绍的接口很详细，程序清单基本会提及到介绍的接口。个人觉得作为入门书应该是可以的，起码看完一遍会有初步的认识，而且作为参考手册也不错。打算看完这本书之后，继续学习《UNIX环境高级编程》，学无止境。
第1章：
介绍了一些历史，关于Linux、Unix和C；还有一些标准POSIX、SUS
第2章：
介绍Linux和Unix的一些基本概念。
1.操作系统的两个含义：一，包含管理和分配计算机资源的核心层软件和附带的所有标准软件；二，仅仅指管理和分配计算机资源的核心层软件。
2.内核的作用：进程调度、内存管理、文件系统、创建和终止进程、对设备的访问、联网、提供API。其实就是抽象，用户通过内核来使用硬件，而不用直接与硬件打交道。
3.用户态和内核态。
。。。。。。。。。。。。。。。。还有一堆的概念。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
第3章
介绍系统编程的概念。
系统调用（systerm calls）是用户程序与操作系统之间的接口，系统调用在内核态。库函数（library functions），一些库函数是通过系统调用来实现，好处是提供了比底层系统调用更方便的接口。
还有本书的代码所需的一些函数、头文件。。。。。。。。。。。
第4章
介绍了文件I/O。
文件描述符，用来表示已经打开的文件（所有类型），是一非负整数。最基本的文件描述符0（标准输入）、1（标准输出）、2（标准错误）。
I/O操作：首先通过调用open获取一个文件描述符，再对该文件描述符进行read或者write操作，最后使用close释放文件描述符和相关资源。
open()调用，打开一个文件或者创建一个文件。
1 #include <sys/stat.h> 2 #include <fcntl.h> 3 4 int open(const char *pathname, int flags, .../* mode_t mode */);
成功调用返回文件描述符，失败返回-1；
1、pathname为打开文件的文件名； flags为位掩码，用于指定文件的访问模式；mode为位掩码参数，用于指定文件的访问权限（可选）。
2、flags位掩码的标志分为文件访问模式标志、文件创建标志、已打开文件的状态标志；其中文件访问模式标志如下表，这些标志不能同时使用。
| 访问模式 | 描述 |
| O_RDONLY | 以只读方式打开文件 |
| O_WRONLY | 以只写方式打开文件 |
| O_RDWR | 以读写方式打开文件 |
比较常用的标志还有O_APPEND（总是在文件尾部添加数据）、O_CREAT（如果要打开的文件不存在就新建一个空文件）、O_EXCL（与O_CREAT结合使用表明如果文件已经存在，就不会打开文件）。
3、open()函数的错误：省略。
read()调用，从文件描述符对应的文件中读取数据。
#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buffer, size_t count);
fd为文件描述符；buffer为存储数据的缓冲区；count为最多能读取的字节数。
成功调用返回实际读取字节数，遇到文件结束符返回0，出现错误返回-1。
PS：要在缓冲区最后添加一个表示终止的空字符。
write()调用，往文件描述符对应的文件写入数据。
1 #include <unistd.h> 2 3 ssize_t write(int fd, void *buffer, size_t count);
fd为文件描述符；buffer为存储数据的缓冲区；count为准备从buffer写入到文件的数据的字节数。
成功调用返回实际写入文件的字节数， 失败返回-1。
close()调用，关闭已经打开的文件描述符。
1 #include <unistd.h> 2 3 int close(int fd);
fd为文件描述符。
成功调用返回0，失败返回-1 。
所有类型的文件和设备驱动都实现了相同的I/O接口，所以无需针对特殊的文件编写代码。
文件偏移量：读写偏移量或指针，是执行下一个read和write操作的文件起始位置（相对与文件头部起始点）。
lseek()，改变文件偏移量。
1 #include <unistd.h> 2 3 off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
fd为文件描述符，offset为偏移量（字节），whence为表明解释offset参数的方法。
whence参数：
| SEEK_SET | 将文件偏移量设置为从文件头起始点开始的offset个字节 |
| SEEK_CUR | 相对于当前文件偏移量，再加上offset个字节 |
| SEEK_END | 将文件偏移量设置为起始于文件尾部的offset个字节 |
文件空洞 ：当文件的偏移量大于文件的当前长度时，文件结尾到新写入数据之间的空间称为文件空洞。读取文件空洞的内容会返回以0填充的缓冲区。
“空洞是否占用磁盘空间由文件系统决定”----《百度百科》
“如果空洞的边界落在块内，而非恰好落在块的边界上，则会分配一个完整的块来存储数据，块中与空洞相关的部分则以空字节填充”----书本提示
练习：
4-1：tee命令是从标准输入中读取数据，直至文件结尾，随后将数据写入标准输入和命令行参数所指定的文件。请使用I/O系统调用实现tee命令，默认情况下，若已存在命令行参数指定文件同名的文件tee命令会将其覆盖。如文件以存在，请实现-a命令行选项（tee -a file)在文件结尾出追加数据。
1 /* 2 * ===================================================================================== 3 * 4 * Filename: my_tee.c 5 * 6 * Description: tee 7 * 8 * Version: 1.0 9 * Created: 2014年03月14日 18时23分04秒 10 * Revision: none 11 * Compiler: gcc 12 * 13 * Author: alan (), alan19920626@gmail.com 14 * Organization:如果输入为my_tee -a会出现错误而不是程序自动停止而且报错！！！！需要改进！！！ 15 * 16 * ===================================================================================== 17 */ 18 19 #include <sys/stat.h> 20 #include <fcntl.h> 21 #include <ctype.h> 22 #include "tlpi_hdr.h" 23 24 #define MAX_READ 20 25 26 int main(int argc, char *argv[]){ 27 int fd, opt; 28 char buf[MAX_READ + 1]; 29 ssize_t numRead; 30 off_t offset; 31 32 if(argc < 2 || strcmp(argv[1], "--help") == 0) 33 usageErr("%s [-a] file"); 34 35 fd = open(argv[argc-1], O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH); 36 if(fd == -1) 37 errExit("open"); 38 39 offset = lseek(fd, 0, SEEK_SET); 40 while((opt = getopt(argc, argv, ":a")) != -1){ 41 switch(opt){ 42 case 'a': 43 //file = optarg; 44 offset = lseek(fd, -1, SEEK_END); 45 break; 46 case '?': 47 default: 48 fprintf(stderr, "%s option: '-%c' is invalid: ignore\n", argv[0], optopt); 49 exit(EXIT_FAILURE); 50 break; 51 } 52 } 53 54 55 while((numRead = read(STDIN_FILENO, buf, MAX_READ)) > 0){ 56 buf[numRead] = '\0'; 57 58 if(write(STDOUT_FILENO, buf, numRead+1) != (numRead+1)) 59 fatal("couldn't write whole buf"); 60 if(write(fd, buf, numRead) != (numRead)) 61 fatal("couldn't write whole buf"); 62 } 63 64 if(numRead == -1) 65 errExit("read"); 66 67 if(close(fd) == -1) 68 errExit("close file"); 69 70 exit(EXIT_SUCCESS); 71 }
测试：
lancelot@debian:~/Code/tlpi$ cat > t1 This is the first line. lancelot@debian:~/Code/tlpi$ cat t1 This is the first line. lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ./my_tee t1 This is the second line. This is the second line. This is the third line. This is the third line. lancelot@debian:~/Code/tlpi$ cat t1 This is the second line. This is the third line. lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ./my_tee -a t1 This is the append line. This is the append line. lancelot@debian:~/Code/tlpi$ cat t1 This is the second line. This is the third line. This is the append line.
4-2：编写一个类似cp命令的程序，当使用该程序复制一个包含空洞（连续的空字节）的普通文件时，要求目标文件的空的与源文件保持一致。
1 /* 2 * ===================================================================================== 3 * 4 * Filename: my_cp.c 5 * 6 * Description: 7 * 8 * Version: 1.0 9 * Created: 2014年04月03日 17时02分43秒 10 * Revision: none 11 * Compiler: gcc 12 * 13 * Author: alan (), alan19920626@gmail.com 14 * Organization: 15 * 16 * ===================================================================================== 17 */ 18 19 #include <sys/stat.h> 20 #include <fcntl.h> 21 #include <ctype.h> 22 #include "tlpi_hdr.h" 23 24 #define BUF_SIZE 1024 25 26 int main(int argc, char *argv[]){ 27 int inputFd, outputFd, openFlags; 28 mode_t filePerms; 29 ssize_t numRead; 30 char buf[BUF_SIZE]; 31 32 if(argc != 3 || strcmp(argv[1], "--help") == 0) 33 usageErr("%s old-file new-file\n", argv[0]); 34 35 inputFd = open(argv[1], O_RDONLY); 36 if(inputFd == -1) 37 errExit("open file %s", argv[1]); 38 39 openFlags = O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC; 40 filePerms = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH; 41 outputFd = open(argv[2], openFlags, filePerms); 42 if(outputFd == -1) 43 errExit("open file %s", argv[2]); 44 45 while((numRead = read(inputFd, buf, BUF_SIZE)) > 0) 46 if(write(outputFd, buf, numRead) != numRead) 47 fatal("couldn't write whole buffer"); 48 if(numRead == -1) 49 errExit("read"); 50 if(close(inputFd) == -1) 51 errExit("close input"); 52 if(close(outputFd) == -1) 53 errExit("close output"); 54 55 exit(EXIT_SUCCESS); 56 }
测试：首先通过书本的程序清单提供的seek_io.c来使t2出现空洞。
lancelot@debian:~/Code/tlpi$ cat t2 This is the first line. This is the second line. This is the third line. lancelot@debian:~/Code/tlpi$ gcc -o seek_io seek_io.c error_functions.c get_num.c lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ./seek_io t2 s100000 wabc s100000: seek succeeded wabc: wrote 3 bytes lancelot@debian:~/Code/tlpi$ cat t2 This is the first line. This is the second line. This is the third line. abclancelot@debian:~/Code/tlp./seek_io t2 s50000 R5 s50000: seek succeeded R5: 00 00 00 00 00
可以看到文件偏移量为50000的内容为空字节。。。。。
然后进行复制。
lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ./my_cp t2 t3 lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ls -l t2 t3 -rw-r--r-- 1 lancelot lancelot 100003 4月 3 17:27 t2 -rw-r--r-- 1 lancelot lancelot 100003 4月 3 17:34 t3 lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ./seek_io t3 s50000 R5 s50000: seek succeeded R5: 00 00 00 00 00
可以看到两个文件的大小相同，而且从t3文件偏移量为50000开始读取5个字节都为空字节。
