《Unix环境高级编程》学习笔记：从点到面

　　以前在课堂上学习过《Unix初级教程（第四版）》，对于Unix有了一点了解。由于以后使用的需要，要对它进行比较深入的学习，为此需要阅读不少的书籍，这本《Unix环境高级编程》便在此列。希望能通过这本书了解Linux的API，并在这个过程中了解Linux系统的机制。书中内容丰富，有以前了解的，更多的是不了解的。作为第一次阅读，目的不在于事无巨细，过目不忘，而是有个大体了解，从点到面地熟悉这个系统。为了构建整体的印象，对已知的和刚刚了解的都有所涉及。同时作为笔记，不希望成为对目录的简单复制，而是能成为对学习的程度和体会的记录。

 

第一章　　基础知识

　　这一章本身就是概括，略。

　旧知：

　　体系结构、登录、shell简介

 

第二章　　UNIX标准化及实现

　旧知：

　　ISO C、POSIX、系统实现（SVR4、4.4BSD、FreeBSD、Linux、Mac OS X、Solaris）

　新知：

　　Single UNIX Specification（POSIX.1的一个超集）、各个标准作出的限制（sysconf、pathconf、fpathconf可以获得）

 

第三章　　文件I/O

　旧知：

　　文件描述符、文件I/O函数（open、creat、close、lseek、read、write以及可能造成的文件空洞）、I/O效率（缓冲区大小）、

　　打开文件使用的数据结构（进程表项、文件表、v节点表）、原子操作

　新知：

　　文件描述符的复制（dup和dup2）、及时手动更新缓冲区（sync、fsync、fdatasync）、获取和设置已打开的文件的性质(fcntl)

　　另外从这一章起，逐渐发现和文件操作有关的同一种功能的函数经常有两个版本，前面带f的参数一般是文件描述符filedes，不带f的使用路径pathname。

 

第四章　　文件和目录

　旧知：

　　文件类型、用户ID和组ID、文件访问权限、权限的修改（chmod、fchmod）、文件长度（不含空洞情况）、基本操作（remove、rename、mkdir、rmdir）

　新知：

　　查看文件属性（stat、fstat、lstat）、目录的读权限和执行权限、权限测试（access）、权限屏蔽字的设置（umask）、粘住位（如果支持，在交换区保护正文）、

　　更改用户ID和组ID（chown、fchown、lchown）、文件截短、文件系统（i节点、数据块和目录块、目录文件和普通文件的不同）、

　　硬链接（在原有知识之上，link、unlink的使用和具体操作、临时文件的删除）、符号链接（symlink、readlink、构成循环的符号链接）、文件时间的修改（utime）

　　工作目录及更改（chdir、fchdir、getcwd）、设备特殊文件（st_dev和st_rdev的区别）

 

第五章　　标准I/O库

　类似于涉及文件操作的一些函数，流操作的一些函数的也有三个版本：前缀s的把字符写入缓冲区buf，前缀f的写入指定流，不带前缀的写入到标准输入输出。这只是一个概括。

　旧知：

　　　流和FILE对象、标准输入、标准输出、标准出错、流的打开（fopen、freopen、fdopen）

　　　字符读（getc、fgetc、getchar和相关的ferror、feof、clearerr、ungetc）和写（putc、fputc、putchar）

　　　按行I/O（fgets、gets、fputs、puts）

　　　格式化I/O（printf、fprintf、sprintf、snprintf、scanf、fscanf、sscanf和一些其他变体）

　新知：

　　　标准I/O效率、二进制I/O（一次处理整个结构fread、fwrite）、定位流（ftell、fseek、rewind、ftello、fseeko）

　　　临时文件（创建和维护：tmpnam、tmpfile）

　　　标准I/O库实际并不完善，这和基本设计和不同的实现有关。不足之处之一是效率不高，软件包是一个代替方法。

 

第六章　　系统数据文件和信息

　旧知：

　　　口令文件

　新知：

　　　阴影口令、组文件、附加组ID、登录账户记录、时间日期函数

 

 第七章　　进程环境

 　旧知：

　　　exit函数（exit、_exit和_Exit）、C程序存储空间布局、存储器分配（malloc、calloc、realloc）、环境变量、跨函数跳转（setjmp和longjmp）

　新知：

　　　atexit函数、环境表、共享库（库函数的动态链接，减小可执行文件长度）、进程资源限制（getrlimit和setrlimit函数）

 

第八章　　进程控制

 　旧知：

　　　　进程标识符、fork()、exit()、wait()和waitpid()、竞争条件、exec()、

　新知：

　　　　vfork()、waitid()、wait3和wait4、exec的六种形式和工作过程、更改用户ID和组ID、解释器文件（执行其第一行所指定的文件）、system()、

　　　　进程会计（产生进程的各项运行记录）、用户标识、进程时间（不是很理解墙上时钟时间）

　对于程序清单8-9中使用的变量environ可以参考：http://topic.csdn.net/t/20060820/13/4962381.html

 

第九章　　进程关系

　新知：

　　　　终端登录过程、getty程序、进程组、会话、控制终端（与会话和进程组相关）、与前面三项相关联的tcgetpgrp、tcsetpgrp、tcgetsid

　　　　作业控制（中断、退出、挂起；后台运行和转为前台）、孤儿进程组

　　　　一个作业只是几个进程的集合，通常是一个进程的管道线。对于这章内容，之前只知道如何让程序后台运行（加&）和查看，其他方面了解的很少。

　　　　9.9节shell执行程序想说明在不同版本的UNIX上shell执行程序的方式以及这和上面一些概念的关系，感觉自己的理解还是不到位。

 

第十章　　信号

　旧知：

　　　　signal()（告诉内核出现某个信号时应采取的操作）

　新知：

　　　　可重入函数、一些信号语义、kill()和raise()、alarm()和pause()

　　　　信号集和相关操作（sigemptyset、sigfillset、sigaddset、sigdelset、sigismember、sigprocmsak、sigpending、sigaction）

　　　　sigsetjmp()和siglongjmp()、sigsuspend()、abort()与system()和sleep()在信号情景下的实现、作业控制信号

　　　　对于信号，以往了解的比较少，这部分的阅读时间拖得也比较长，了解仍不够深入。目前只是对信号机制的作用方式有所了解，但读后感觉确实对于理解UNIX里的一些其它机制的实现有了不同的认识。

 

第十一章　　线程

　旧知：

　　　　线程标识tid、线程创建pthread_create()、线程终止pthread_exit()和相关的pthread_join()、线程同步之互斥量mutex

　新知：

　　　　对同一个互斥量加锁两次会造成死锁（以前只知道两个线程循环请求的死锁）；条件变量作为同步机制的应用

 

第十二章　　线程管理

　新知：

　　　　线程属性（分离状态、警戒缓冲区、线程栈低地址和大小、取消）、线程的同步对象属性（互斥量、读写锁）、线程级的函数重入、线程私有数据

　　　　线程和信号（由同一个进程共享）、线程与fork和I/O

 

第十三章　　守护进程

　新知：

　　　　常见守护进程、创建守护进程、出错日志

　　　　本章内容也是第一次了解，由于涉及信号处理，对于示例仍处于一知半解的状态。

 

第十四章　　高级I/O

　新知：

　　　　非阻塞I/O、记录锁、STREAMS、I/O多路转接的实现（select()、pselect()、poll()）、异步I/O（涉及不同系统）

　　　　readv和writev()、readn()和writen()、存储映射I/O：mmap()

　　　　对于记录锁，以往知道一些，这里做了进一步了解。

　　　　STREAMS只是大概了解了其功能和普通的流的差异，多路转接也是只做了简单了解。

　　　　关于mmap、readn()、writen()与传统的read()&write()的性能差异书中亦有分析。

 

第十五章　　进程间通信

　　进程间通信即IPC，对于这章提到的管道、FIFO、消息队列、信号量和共享存储，以前有所了解。这章细节内容比较多，暂且根据目前的理解总结一下。

　　管道只限于具有公共祖先的进程之间使用，使用方式：初始化管道->关闭不用的读或写端->数据传送。由管道的特性和使用方式，有相关的函数popen()和pclose()。协同进程的例子试了一试，加深了理解。

　　FIFO是一种文件类型，文件I/O函数自然可以用于操作FIFO。

　　除了管道和FIFO，后三种都属于XSI IPC，它们的相似处在于其IPC结构（标识符ID和键key、权限结构、结构限制），在系统范围内使用。它们的操作函数的格式比较类似：由key获得ID的msgget()、semget()、shmget()；操作函数msgctl()、semctl()、shmctl()。消息队列和信号量还各有自己的特有结构：前者是消息，后者是信号量集和信号量。消息队列特有的操作：消息入队msgsnd()和出队msgrcv()；信号量特有操作semop()；共享存储特有操作：连接到地址空间shmat()、地址空间脱离shmdt()。

　　书中信号量部分似乎漏了一行：信号量集是如何提供它所包含的信号量的入口的。在书中struct semid_ds中遗漏的一行如下：

 struct sem                *sem_base        /*指向集合中第一个信号量的地址*/

　　参考了APUE的电子版（似乎是第一版）和这个帖子：http://bbs.chinaunix.net/thread-483853-1-1.html才有了上面的结论。个人认为如果是有意省略，确实不恰当。

第十六章　　网络IPC：套接字

　　对于套接字之前通过《TCP/IP Sockets编程(C语言实现) 》有所学习，这章对于作者来说是个复习。地址族、字节序、通用地址结构sockaddr、套接字地址sockaddr_in和一些相应的转换函数不必再提；查询配置信息的函数gethostent()、getnetent()、getprotoent()、getservent()和一些相关函数是第一次遇到，或许是因为它们是BSD网络软件提供的接口，简单的了解了一下。getaddrinfo()和getnameinfo()比较熟悉，也不细述。

　　对于一些和套接字操作相关的函数，根据阅读和对程序清单的理解，大体使用方式简述为如下，

　　客户机，创建并填充socket后，面向连接的需要先connect()后send()或recv()；无连接不用connnect()而是直接使用sendto()和recvfrom()。sendmsg()和recvmsg()用于使用多重缓冲区进行消息传送，其参数不涉及destaddr，应该是面向连接的。

　　服务器，创建并填充socket，先bind()，打开listen()。面向连接需要在收到请求后使用新的socket进行accept()，原socket继续侦听；无连接侦听到后即可使用原socket进行数据传输。使用函数和客户机一样，按是否面向连接选用。

　　带外数据是一些通信协议所支持的可选特征。TCP仅支持一个字节的紧急数据，在普通数据传递机制数据流之外传输。这里涉及到信号发送和处理。

　　recv()和send()涉及到非阻塞和异步I/O，其又与信号有关，行为和阻塞模式下不同，使用方法介绍的比较简单，不在此赘述。

 

第十七章　　高级进程间通信

　　本章主要介绍的是基于STREAMS的管道和域套接字这两种进程间通信方式，后面的实例即是对它们的使用。理解的还不够，目前还是一知半解的状态。

 

第十八至二十一章

　　这四章分别介绍终端I/O、伪终端、数据库函数库、与网络打印机通信，前两者以前完全没接触过，现在仅仅了解基本概念；后两者是具体实现，源代码也没有研读。

 

　　花了近两个月终于算是把这本书大体浏览了一遍，更加感到不了解的东西还很多，需要学习的东西还很多。