我的APUE2读书笔记.pdf

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.83M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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第一章 Unix基础

1、Unix手册页

2、系统调用与库函数

3、文件和目录

4、输入和输出

5、程序与进程

6、程序线程

7、异步、并发、通信

8、出错处理

9、Unix用户和用户标识

10、信号

11、Unix系统时间

第二章 Unix标准化及实现

1、主要标准

2、主要Unix系统实现简介

3、系统资源限制

4、POSIX选项

5、功能测试宏

6、Unix的基本系统数据类型

第三章文件I/O

1、文件描述符file descriptor

2、打开文件：open函数

3、创建新文件：creat函数

4、关闭文件：close函数

5、定位文件：lseek函数

6、读文件数据到缓冲区（输入操作）：read函数

7、从缓冲区写数据到文件（输出操作）：write函数

8、定位同时读写文件的原子操作：pread和pwrite函数

9、复制文件描述符：dup和dup2函数

10、更新到实际文件：sync、fsync和fdatasync函数

11、已打开文件状态的更改：fcntl函数

12、ioctl函数

第四章文件和目录

1、stat、fstat和lstat函数

2、文件访问权限

3、文件的尺寸

4、Unix文件系统的基本概念

5、硬链接

6、符号链接

7、文件重命名

8、文件的时间

9、目录访问

10、设备文件

11、其它文件

第五章标准I/O库

1、文件流和FILE指针

2、stdin、stdout和stderr

3、标准I/O的缓冲方式

4、对文件流进行打开、读写和关闭

5、文件流的定位

6、文件流I/O的格式化函数

7、关联文件流到文件描述符（非ISO C）

8、创建临时文件

第六章系统数据文件和信息

1、主要的系统数据

2、utmp文件和wtmp文件

3、系统标识uname

4、时间和日期

5、proc文件系统

第七章进程环境

1、进程的启动和终止

2、命令行参数和环境变量

3、Unix中C程序的存储空间基本布局

4、设置和获取系统资源限制

第八章进程控制

1、进程标识符PID的概念

2、fork(2)函数

3、取子进程终止状态的wait家族函数

4、exec家族函数

5、一个例子：exec一个脚本解释器文件

6、setuid(2)和setgid(2)

7、system(3)函数

8、用于调度进程的函数

第九章进程关系

1、进程组(process group)

2、会话(session)

3、控制终端(controlling terminal)

4、作业控制(job control)

6、孤儿进程组(orphaned process groups)

第十章信号

1、基本概念

2、常用信号略述

3、signal(2)函数

4、早期UNIX实现的不可靠信号机制

5、系统调用的自动重启动问题

6、可重入函数与异步信号安全

7、SIGCHLD与SIGCLD信号

8、产生信号：kill和raise函数

9、alarm和pause

10、信号集及其处理函数

11、sigaction函数

12、sigsetjmp和siglongjmp函数

13、实例：在abort、system及sleep函数的实现中使用信号机制

14、作业控制信号

15、信号值与信号名字之间的转换

第十一章线程

1、线程ID类型的访问方法

2、线程的创建

3、线程的终止

4、线程的同步

第十二章线程控制

1、线程属性对象

2、线程同步对象的属性

3、线程的重入与线程安全

4、线程私有数据

5、取消选项

6、线程与信号

7、线程和fork

8、线程和I/O

第十三章守护进程

1、设计一个良好的守护进程的一般编程规则

2、系统日志机制

3、daemon(3)函数

4、守护进程设计的另外一些常见惯例

第十四章高级I/O

1、记录锁

2、SysV STREAMS 机制

3、非阻塞I/O

4、I/O多路转接

5、异步I/O

6、readv(2)和writev(2)

7、存储映射I/O

第十五章进程间通信

1、管道

2、popen和pclose

3、协同进程的概念

4、fifo

5、XSI IPC

6、以上几种进程间通信机制应用在C/S模型中的比较

7、APUE2对本章所述的几种进程间通信机制的建议

第十六章网络IPC：套接字

1、概述

2、套接字的创建和关闭

3、计算机字节顺序

4、套接字与进程地址标识的关联

5、基于套接字的数据传输

6、书中实例的程序模型

7、带外数据及异步IO

目录第一章 Unix 基础.................................................................................................................................1 1、Unix 手册页......................................................................................................................................1 2、系统调用与库函数............................................................................................................................2 3、文件和目录.......................................................................................................................................2 4、输入和输出.......................................................................................................................................3 5、程序与进程.......................................................................................................................................3 6、程序线程...........................................................................................................................................3 7、异步、并发、通信............................................................................................................................3 8、出错处理...........................................................................................................................................4 9、Unix 用户和用户标识........................................................................................................................4 10、信号................................................................................................................................................4 11、Unix 系统时间.................................................................................................................................5 第二章 Unix 标准化及实现..................................................................................................................6 1、主要标准...........................................................................................................................................6 2、主要 Unix 系统实现简介...................................................................................................................7 3、系统资源限制...................................................................................................................................9 4、POSIX 选项.....................................................................................................................................10 5、功能测试宏.....................................................................................................................................10 6、Unix 的基本系统数据类型..............................................................................................................10 第三章文件 I/O.................................................................................................................................11 1、文件描述符 file descriptor..............................................................................................................11 2、打开文件：open 函数.....................................................................................................................11 3、创建新文件：creat 函数..................................................................................................................12 4、关闭文件：close 函数.....................................................................................................................12 5、定位文件：lseek 函数.....................................................................................................................12 6、读文件数据到缓冲区（输入操作）：read 函数..............................................................................12 7、从缓冲区写数据到文件（输出操作）：write 函数.........................................................................13 8、定位同时读写文件的原子操作：pread 和 pwrite 函数....................................................................13 9、复制文件描述符：dup 和 dup2 函数...............................................................................................13 10、更新到实际文件：sync、fsync 和 fdatasync 函数..........................................................................14 11、已打开文件状态的更改：fcntl 函数..............................................................................................14 12、ioctl 函数......................................................................................................................................14 第四章文件和目录............................................................................................................................15 1、stat、fstat 和 lstat 函数...................................................................................................................15 2、文件访问权限.................................................................................................................................16 3、文件的尺寸.....................................................................................................................................17 4、Unix 文件系统的基本概念..............................................................................................................17 5、硬链接............................................................................................................................................18 6、符号链接.........................................................................................................................................18

7、文件重命名.....................................................................................................................................19 8、文件的时间.....................................................................................................................................19 9、目录访问.........................................................................................................................................20 10、设备文件.......................................................................................................................................21 11、其它文件.......................................................................................................................................21 第五章标准 I/O 库............................................................................................................................22 1、文件流和 FILE 指针.........................................................................................................................22 2、stdin、stdout 和 stderr...................................................................................................................22 3、标准 I/O 的缓冲方式.......................................................................................................................22 4、对文件流进行打开、读写和关闭....................................................................................................23 5、文件流的定位.................................................................................................................................25 6、文件流 I/O 的格式化函数................................................................................................................26 7、关联文件流到文件描述符（非 ISO C）...........................................................................................26 8、创建临时文件.................................................................................................................................26 第六章系统数据文件和信息.............................................................................................................28 1、主要的系统数据..............................................................................................................................28 2、utmp 文件和 wtmp 文件.................................................................................................................29 3、系统标识 uname.............................................................................................................................29 4、时间和日期.....................................................................................................................................29 5、proc 文件系统.................................................................................................................................31 第七章进程环境...............................................................................................................................32 1、进程的启动和终止..........................................................................................................................32 2、命令行参数和环境变量...................................................................................................................33 3、Unix 中 C 程序的存储空间基本布局................................................................................................35 4、设置和获取系统资源限制...............................................................................................................36 第八章进程控制...............................................................................................................................38 1、进程标识符 PID 的概念...................................................................................................................38 2、fork(2)函数....................................................................................................................................38 3、取子进程终止状态的 wait 家族函数................................................................................................39 4、exec 家族函数.................................................................................................................................41 5、一个例子：exec 一个脚本解释器文件.............................................................................................43 6、setuid(2)和 setgid(2)......................................................................................................................43 7、system(3)函数................................................................................................................................44 8、用于调度进程的函数.......................................................................................................................44 第九章进程关系...............................................................................................................................45 1、进程组(process group)...................................................................................................................45 2、会话(session)..................................................................................................................................45 3、控制终端(controlling terminal)......................................................................................................45 4、作业控制(job control).....................................................................................................................46 6、孤儿进程组(orphaned process groups)...........................................................................................46 第十章信号.......................................................................................................................................47 1、基本概念.........................................................................................................................................47

2、常用信号略述.................................................................................................................................48 3、signal(2)函数..................................................................................................................................48 4、早期 UNIX 实现的不可靠信号机制..................................................................................................49 5、系统调用的自动重启动问题............................................................................................................49 6、可重入函数与异步信号安全............................................................................................................49 7、SIGCHLD 与 SIGCLD 信号...............................................................................................................50 8、产生信号：kill 和 raise 函数............................................................................................................50 9、alarm 和 pause................................................................................................................................51 10、信号集及其处理函数.....................................................................................................................51 11、sigaction 函数...............................................................................................................................52 12、sigsetjmp 和 siglongjmp 函数........................................................................................................53 13、实例：在 abort、system 及 sleep 函数的实现中使用信号机制......................................................53 14、作业控制信号...............................................................................................................................53 15、信号值与信号名字之间的转换......................................................................................................53 第十一章线程...................................................................................................................................54 1、线程 ID 类型的访问方法.................................................................................................................54 2、线程的创建.....................................................................................................................................54 3、线程的终止.....................................................................................................................................55 4、线程的同步.....................................................................................................................................56 第十二章线程控制............................................................................................................................60 1、线程属性对象.................................................................................................................................60 2、线程同步对象的属性.......................................................................................................................61 3、线程的重入与线程安全...................................................................................................................62 4、线程私有数据.................................................................................................................................63 5、取消选项.........................................................................................................................................64 6、线程与信号.....................................................................................................................................64 7、线程和 fork.....................................................................................................................................65 8、线程和 I/O......................................................................................................................................66 第十三章守护进程............................................................................................................................67 1、设计一个良好的守护进程的一般编程规则......................................................................................67 2、系统日志机制.................................................................................................................................68 3、daemon(3)函数..............................................................................................................................70 4、守护进程设计的另外一些常见惯例.................................................................................................72 第十四章高级 I/O.............................................................................................................................73 1、记录锁............................................................................................................................................73 2、SysV STREAMS 机制......................................................................................................................74 3、非阻塞 I/O......................................................................................................................................74 4、I/O 多路转接..................................................................................................................................75 5、异步 I/O..........................................................................................................................................76 6、readv(2)和 writev(2)......................................................................................................................77 7、存储映射 I/O..................................................................................................................................77 第十五章进程间通信........................................................................................................................79

1、管道................................................................................................................................................79 2、popen 和 pclose..............................................................................................................................80 3、协同进程的概念..............................................................................................................................81 4、fifo..................................................................................................................................................81 5、XSI IPC...........................................................................................................................................81 6、以上几种进程间通信机制应用在 C/S 模型中的比较.......................................................................86 7、APUE2 对本章所述的几种进程间通信机制的建议..........................................................................87 第十六章网络 IPC：套接字..............................................................................................................88 1、概述................................................................................................................................................88 2、套接字的创建和关闭.......................................................................................................................89 3、计算机字节顺序..............................................................................................................................90 4、套接字与进程地址标识的关联........................................................................................................90 5、基于套接字的数据传输...................................................................................................................92 6、书中实例的程序模型.......................................................................................................................93 7、带外数据及异步 IO.........................................................................................................................96

APUE读书笔记最近花了近两个月的业余时间，仔细完整拜读了 APUE2 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。本文档排版说明如下： • 文件和目录使用等宽字体。如： /etc/passwd • 代码片段和命令行操作使用方框加等宽字体。如： #define _POSIX_C_SOURCE 200112L • 系统命令及其参数使用绿色等宽字体。如： find(1) • 英文名资料及函数名称使用斜体。如 Advanced Programming in UNIX Environment • 中文名资料使用书名号标准。如《深入理解 Linux 内核》 • 函数参数使用下划线表示。如 sockfd、flags • 引用的参考资料及相关资源用超链接标注出处。如 Unix • 除了引用资料文字本身外，本文档中全大写的 UNIX 特指合法拥有 UNIX®商标的商用级 UNIX。仅首字母大写则泛指以 POSIX 标准为基础发布的 Unixlike 系统。 Unix 程序设计特指应用程序设计，即运行在用户地址空间的软件。书中也描述了一些系统实现的细节。但内核空间的编程基本上是平台相关的，故本书不涉及内核编程部分。对于 Linux，可参考 Linux Device Driver 一书。全书所附程序清单代码可以在这里下载。另外 www.unixcenter.net 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 参考手册页是进行系统编程必备的参考工具。它通常通过 man 命令直接联机阅读。手册页通常分为 9 节。采用“名称（章节号）”的方式来描述 Unix 术语时，表示此名称同时也是联机手册对应章节号下的一个条目。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。以 Linux 为例，参考手册页各节内容如下：第 1 节为系统命令手册。如 cp(1)；第 2 节为系统调用手册。如 read(2)； 1

APUE读书笔记第 3 节为库函数手册。如 malloc(3)；第 4 节为系统特殊文件手册。如 tty(4)；第 5 节为标准的系统资源文件（全局配置文件）手册。如 services(5)；第 6 节为游戏程序手册，包括屏保等各种图形化娱乐工具。如 glmatrix(6)；第 7 节为杂类手册，包括各类头文件和宏，如 socket.h(7)；第 8 节为系统管理工具，如 useradd(8)；第 9 节为内核例程。工具 apropos(1)可以用于查找手册页的名字和介绍；导入脚本/etc/bash_completion 则可以增强 shell 的制表键自动补全功能，在输入 man 后列出手册页清单；还可以使用我写的一个比较山寨的索引工具。重要的手册页软件包包括（包名因各 Unix 发行版而有所不同）：manpages、manpages dev、manpagesposix、manpagesposixdev。 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间接的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(3)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(2)、fork(2)等。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，亦可以通过/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(2), read(2), write(2)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。 2

APUE读书笔记 • 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(2)、read(2)、write(2)、lseek(2)、close(2)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 stdio.h(7)）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(2)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(3)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 3

APUE读书笔记制。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(3)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 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（passwd(5)）； • 用户的创建、修改、删除通常由系统管理员通过 useradd(1)、userdel(1)、usermod(1)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； • • 组的创建、修改、删除通常由系统管理员通过 groupadd(1)、groupdel(1)、groupmod(1)等系统 GID 定义在/etc/group（group(5)）；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(1)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； 4

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