UNIX环境高级编程学习笔记——第一章UNIX基础知识

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-02-24 15:46 343阅读 0赞

第一章 UNIX基础知识

# 1、文件和目录 #

## 1.1 文件系统    ##

UNIX文件系统是目录和文件组成的一种层次结构，目录的起点称为根(root)，其名字是一个字符/。

## 1.2 文件属性    ##

文件属性是指文件类型(是普通文件还是目录)、文件大小、文件所有者、文件权限以及文件最后的修改时间等。Stat和fstat函数返回包含所有文件属性的一个信息结构。

struct stat {
    	unsigned long	st_dev;		/* Device.  */
    	unsigned long	st_ino;		/* File serial number.  */
    	unsigned int	st_mode;	/* File mode.  */
    	unsigned int	st_nlink;	/* Link count.  */
    	unsigned int	st_uid;		/* User ID of the file's owner.  */
    	unsigned int	st_gid;		/* Group ID of the file's group. */
    	unsigned long	st_rdev;	/* Device number, if device.  */
    	unsigned long	__pad1;
    	long		        	st_size;	/* Size of file, in bytes.  */
    	int		        	st_blksize;	/* Optimal block size for I/O.  */
    	int		        	__pad2;
    	long		        	st_blocks;	/* Number 512-byte blocks allocated. */
    	long		        	st_atime;	/* Time of last access.  */
    	unsigned long    	st_atime_nsec;
    	long			st_mtime;	/* Time of last modification.  */
    	unsigned long	st_mtime_nsec;
    	long			st_ctime;	/* Time of last status change.  */
    	unsigned long	st_ctime_nsec;
    	unsigned int	__unused4;
    	unsigned int	__unused5;
    };

## 1.3 .和..    ##

创建新目录时会自动创建两个文件名：.(称为点)和..(称为点点)，点指当前目录，点点指父目录，在最高层次的根目录中，点和点点相同。

## 1.4 路径名    ##

以斜线开头的路径名称为绝对路径名，否则称为相对路径名。

## 1.5显示文件名： ##

自己实现ls命令

//myls.c
    #include "apue.h"
    #include <dirent.h>
    
    int main( int argc,char *argv[] )
    {
        DIR *dp;
        struct dirent *dirp;
        
        if ( argc != 2 )
    	//printf("usage: myls directory_name");
     	err_quit("usage: myls directory_name");
    
        if ( (dp = opendir(argv[1])) == NULL )
    	printf("can't open %s",argv[1]);
    
        while ( (dirp = readdir(dp)) != NULL )
    	printf("%s\n",dirp->d_name);
        closedir(dp);
        exit(0);
    }

在shell中运行gcc myls.c -o myls

运行结果：

![20130508211446898][]

myls没有把.和..过滤掉，而系统的ls把.和..过滤掉了，ls命令在打印目录项前一般按照字母顺序将名字排序。

## 1.6工作目录 ##

每个进程都有一个工作目录，有时也称其为当前工作目录，所有相对路径名都从工作目录开始解释的，chdir函数更改其工作目录。

# 2、输入和输出 #

## 2.1 文件描述符 ##

文件描述符通常是一个小的非负整数，内核用它标识一个特定进程正在访问的文件。当内核打开一个已有文件或者创建一个新文件时，它返回一个文件描述符。

## 2.2 open等函数    ##

函数open、read、write、lseek以及close提供了不用缓冲的I/O。

# 3、程序和进程    #

## 3.1 进程ID    ##

程序是存放在磁盘上、处于某个目录中的一个可执行文件；程序的执行实例被称为进程。Unix系统确保每个进程都有一个唯一的数字标识符，被称为进程ID，进程ID总是一个非负整数。

//mygetpid.c
    //获得进程ID号
    #include "apue.h"
    int main(void)
    {
        printf("hello world form process ID %d\n",getpid());
        exit(0);
    }

运行结果：

![20130508211716018][]

## 3.2 进程控制 ##

有三个用于进程控制的主要函数：fork、exec和waitpid。

自行简化实现一个简单的shell程序

#include "apue.h"
    #include <sys/wait.h>
    
    int main(void)
    {
        char buf[MAXLINE];//form "apue.h"
        pid_t pid;
        int status;
    
        printf("%% ");//print '%'
        while ( fgets(buf,MAXLINE,stdin) != NULL )
        {
    	if ( buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
    	    buf[strlen(buf) - 1] = 0;
            if ( (pid = fork()) < 0)
    	{
    	     printf("fork error");
    	    //err_sys("fork error");
    	}
    	else if (pid == 0)
    	{//child
    	    execlp(buf,buf,(char *)0);
    	    printf("couldn't execute:%s",buf);
    	    //err_ret("couldn't execute:%s,buf");
    	    exit(127);
    	}
    	//parent
    	if ((pid = waitpid(pid,&status,0)) < 0)
       	    printf("waitpid error");//err_sys("waitpid error");
    	printf("%% ");//print '%'
        }
        exit(0);
    }

运行结果：

![20130510153620916][]

说明：

>>fgets返回的每一行都以换行符终止，后随一个null字节，故用标准C函数strlen计算字符串长度，然后用以个null字节替换换行符，因为execlp函数要求参数以null而不是以换行符结束；

>>调用fork()创建一个新进程。新进程是调用进程的复制品，我们称调用进程为父进程，新创建的进程为子进程。fork向父进程返回新子进程的进程ID，对子进程则返回0。因为fork创建一个新进程，所以说它被调用一次(由父进程)，但是返回两次。

>>在子进程中，调用execlp以执行从标准输入读入的命令。

>>子进程调用execlp执行新程序文件，而父进程希望等待子进程终止，这一要求由调用waitpid实现，其参数指定要等待的进程。

# 4、出错处理 #

当UNIX函数出错时，常常返回一个负值，而且整形变量errno通常呗设置含有附加信息的一个值。文件<errno.h>中定义了符号errno以及可以赋予它的各种常量，这些常量都是以E开头。

# 5、用户标识 #

## 5.1用户ID ##

口令文件登录项中的用户ID是个数值，它向系统标识各个不同的用户。用户ID为0的用户为根用户或者超级用户，通过getuid()获得。

//mygetpid.c
    #include "apue.h"
    
    int main(void)
    {
        printf("hello world form process ID %d\n",getpid());
        exit(0);
    }

运行结果：

![20130510154724114][]

## 5.2组ID ##

口令文件登录项也包括用户的组ID，它是一个数值，通过getgid()获得。

//mygetuid.c
    #include "apue.h"
    
    int main(void)
    {
        printf("uid = %d,gid = %d\n",getuid(),getgid());
        exit(0);
    }

运行结果：

![20130510154900282][]

# 6、信号 #

信号是通知进程已发生某种情况的一种技术。终端键盘上有两种产生信号的方法，分别是中断键(Delete或Ctrl+c)和退出键(Ctrl+\\)。

# 7、时间值 #

长期以来，UNIX系统一直使用两种不同的时间值。

## 7.1日历时间 ##

该值是自1970年1月1日00:00:00以来国际标准时间(UTC)所经过的秒数积累计值。基本数据类型是time\_t。

## 7.2进程时间 ##

这也被称为CPU时间，用以度量进程使用的中央处理机资源。基本数据类型是clock\_t。

# 8、系统调用和库函数 #

各种版本的UNIX实现都提供定义明确、数量有限、可直接进入内核的入口点，这些入口点被称为系统调用。虽然有些函数可能会调用一个或多个内核的系统调用，但是它们不是内核的入口点。例如，printf函数会调用write系统调用以输出一个字符串，但是函数strcpy和atoi并不会使用任何系统调用。

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备注：关于\#include "apue.h"头文件，是《UNIX环境高级编程》的作者自定义的头文件，如若要使用到它，需要做一翻工作。我参考的是：http://www.cnblogs.com/feiling/archive/2012/02/15/2353286.html。

最近在读 Richard Stevens 的大作《UNIX环境高级编程》，相信很多初读此书的人都会与我一样遇到这个问题，编译书中的程序实例时会出现问题，提示 “错误：apue.h：没有那个文件或目录”。

apue.h 是作者自定义的一个头文件，并不是Unix/Linux系统自带的，此头文件包括了Unix程序所需的常用头文件及作者Richard自己写的出错处理函数。所以在默认情况下，gcc在编译时是读不到这个头文件的。

先在这个网站 http://www.apuebook.com/src.tar.gz 下载tar.gz格式的源码包，然后解压至某个目录，比如说/home/godsoul/下，然后进入目录apue.2e，把文件 Make.defines.linux 中的 WKDIR=/home/xxx/apue.2e 修改为 WKDIR=/home/godsoul/apue.2e ，然后再进入apue.2e目录下的std目录，打开linux.mk，将里面的nawk全部替换为awk，如果是用的vi/vim编辑器，可以使用这个 命令 :1.$s/nawk/awk/g （注意前面有冒号）  
然后在此目录下运行make命令，即回到 /home/godsoul/apue.2e 目录在终端中输入 “./make” (不含引号)

然后把 /home/godsoul/apue.2e/inlcude 目录下的 apue.h 文件和位于 /home/godsoul/apue.2e/lib 目录下的 error.c 文件都复制到 /usr/include 目录下，apue.2e/lib/libapue.a 到/usr/lib/和 /usr/lib64下。注意复制这文件你需要有root权限。之所以要这样做，是因为gcc在链接头文件时会到 /usr/include 这个目录下寻找需要的头文件，若找不到则报错。

最终还要编辑一下复制过来的 apue.h 文件  
在最后一行 \#endif 前面添加一行 \#include “error.c”

然后进入apue.2e/std 目录，编辑linux.mk。修改里面所有的nawk为awk。

这样就不会报错了。

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##     ##

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[20130508211716018]: /images/20220224/dec89c98f79a4a85851c0a8823179025.png
[20130510153620916]: /images/20220224/fde12933676a4b20a0de869b1d7480d0.png
[20130510154724114]: /images/20220224/c25ef1d051104453babcfe5f42a01f00.png
[20130510154900282]: /images/20220224/c1bcefca16034e87b386e73e847fc5f7.png