目錄
第1章 POSIX（可移植作業系統接口）概述
1.1 什麼是POSIX
1.2 釋出者-IEEE
1.3 标準的下載下傳位置
1.4 标準的起源
1.5 誰遵守這個标準
第2章 POSIX接口的支援方式
2.1POSIX的好處：可移植性
2.3 程式的可移植性及其本質
2.4 示例
第3章 glibc主要功能簡介
3.1 c語言庫概述
3.2 glibc概述
3.3 POSIX标準的C語言頭檔案
第1章 POSIX（可移植作業系統接口）概述
1.1 什麼是POSIX
可移植作業系統接口（英語：Portable Operating System Interface，縮寫為POSIX）。
POSIX是為要在各種UNIX作業系統上運作軟體，而定義的一系列互相關聯的OS API标準的總稱。
1.2 釋出者-IEEE
釋出者為電氣與電子工程師協會（Institute of Electrical and Electronics Engineers），簡稱IEEE。這個協會老牛了【該組織在太空、計算機、電信、生物醫學、電力及消費性電子産品等領域中都是主要的權威】！
其正式稱呼為IEEE Std 1003，而國際标準名稱為ISO/IEC 9945。此标準源于一個大約開始于1985年的項目。POSIX這個名稱是由理查德·斯托曼（RMS）應IEEE的要求而提議的一個易于記憶的名稱。它基本上是Portable Operating System Interface（可移植作業系統接口）的縮寫，而X則表明其對Unix API的傳承。
IEEE，總部位于美國紐約，是一個國際性的電子技術與資訊科學工程師的協會，也是目前全球最大的非營利性專業技術學會。IEEE緻力于電氣、電子、計算機工程和與科學有關的領域的開發和研究，在太空、計算機、電信、生物醫學、電力及消費性電子産品等領域已制定了1300多個行業标準，現已發展成為具有較大影響力的國際學術組織
1.3 标準的下載下傳位置
标準線上位址： http://www.unix.org/version3/online.html 注冊後可以線上閱讀或者下載下傳。
1.4 标準的起源
POSIX是Unix的标準。
1974年，貝爾實驗室正式對外釋出Unix。因為涉及到反壟斷等各種原因，加上早期的Unix不夠完善，于是貝爾實驗室以慷慨的條件向學校提供源代碼，是以Unix在大專院校裡獲得了很多支援并得以持續發展。
于是出現了好些獨立開發的與Unix基本相容但又不完全相容的OS，通稱Unix-like OS。
包括：
- 美國加州大學伯克利分校的Unix4.xBSD(Berkeley Software Distribution)。
- 貝爾實驗室釋出的自己的版本，稱為System V Unix。
- 其他廠商的版本，比如Sun Microsystems的Solaris系統,則是從這些原始的BSD和System V版本中衍生而來。
20世紀80年代中期，Unix廠商試圖通過加入新的、往往不相容的特性來使它們的程式與衆不同。
局面非常混亂，麻煩也就随之而來了。
為了提高相容性和應用程式的可移植性，阻止這種趨勢， IEEE(電氣和電子工程師協會)開始努力标準化Unix的開發，後來由 Richard Stallman命名為“Posix”。
這套标準涵蓋了很多方面，比如Unix系統調用的C語言接口、shell程式和工具、線程及網絡程式設計。
有了這個規範，你就可以調用通用的API了，Linux提供的POSIX系統調用在Unix上也能執行，是以學習Linux的底層接口最好就是了解POSIX标準。
1.5 誰遵守這個标準
首先就是大名鼎鼎的Unix和Linux了，除此之外還有蘋果的作業系統也是Unix-based的。
Windows從WinNT開始就有相容POSIX的考慮。這是因為當年在要求嚴格的領域，Unix地位比Windows高。為了把Unix使用者拉到Windows陣營，被迫支援POSIX。現在Win10對 Linux/POSIX 支援好。
第2章 POSIX接口的支援方式
2.1POSIX的好處：可移植性
Linux下提供兩種方式支援可移植性：
系統調用（system call）和庫函數調用（Library functions）。
（1）系統調用
系統調用是通向作業系統本身的接口，是面向底層硬體的。
通過系統調用，可以使得使用者态運作的程序與硬體裝置(如CPU、磁盤、列印機等)進行互動，是作業系統留給應用程式的一個接口。
（2）庫函數（符合POSIX标準）
庫函數（Library function）是把函數放到庫裡，供别人使用的一種方式。
方法是把一些常用到的函數編完放到一個檔案裡，供不同的人進行調用。一般放在.lib檔案中。
庫函數調用則是面向應用開發的，庫函數可分為兩類，
- 一類是C語言标準規定的庫函數，
- 一類是編譯器特定的庫函數。
(由于版權原因，庫函數的源代碼一般是不可見的，但在頭檔案中你可以看到它對外的接口)。
glibc 是 Linux 下使用的開源的标準 C 庫，它是 GNU 釋出的 libc 庫，即運作時庫。這些基本函數都是被标準化了的，而且這些函數通常都是用彙編直接實作的。
glibc 為程式員提供豐富的 API（Application Programming Interface），這些API都是遵循POSIX标準的，API的函數名，傳回值，參數類型等都必須按照POSIX标準來定義。
POSIX相容也就指定這些接口函數相容，但是并不管API具體如何實作。
2.2 系統調用與庫函數的關系
如上圖所示：
- 歸屬不同：庫函數是語言或應用程式的一部分，而系統調用是核心提供給應用程式的接口，屬于系統的一部分
- 位址空間不同：庫函數在使用者位址空間執行，系統調用是在核心位址空間執行，庫函數運作時間屬于使用者時間，系統調用屬于系統時間，庫函數開銷較小，系統調用開銷較大
- 依賴性不同：系統調用依賴于平台，庫函數并不依賴
- 庫函數是應用程式和庫函數之間一座橋梁。
2.3 程式的可移植性及其本質
那麼目标代碼和啟動代碼是怎麼生成的呢？ 答案是編譯器。
程式設計語言編寫的程式首先要被編譯器編譯成目标代碼（0、1代碼），然後在目标代碼的前面插入啟動代碼，最終生成了一個完整的程式。
要注意的是，程式中為通路特定裝置（如顯示器）或者作業系統（如windows xp 的API)的特殊功能而專門編寫的部分通常是不能移植的。
綜上所述，一個程式設計語言的可移植性取決于
- 不同平台編譯器的數量
- 對特殊硬體或作業系統的依賴性
移植是基于作業系統的。
（1）二進制代碼：
我們需要注意一點：基于各種作業系統平台不同，應用程式在二進制代碼級别是不能直接移植的。
（2）OS API源代碼
我們隻能在源代碼層去思考可移植問題，在API層面上由于各個作業系統的命名規範、系統調用等自身原因，在OS API層面上實作可移植也是不大可能的。
（3）C語言函數庫
在各個平台下，我們預設C标準庫中的函數都是一樣的，這樣基本可以實作可移植。
但是對于C庫本身而言，在各種作業系統平台下其内部實作是完全不同的，也就是說C庫封裝了作業系統API在其内部的實作細節。
是以，C語言提供了我們在代碼級的可移植性，即這種可移植是通過C語言這個中間層來完成的。
例如在我們的代碼中下功夫。以下代碼可以幫助我們實作各平台之間的可移植：
#ifdef _WINDOWS_
CreateThread(); //windows下線程的建立
#else
Pthread_create(); //Linux下線程的建立
#endif 對于頭檔案，也使用同樣的預編譯宏來實作。如：
#ifndef _WINDOWS_
#include <windows.h>
#else
#include <thread.h>
#endif 這樣就可以實作代碼的可移植了。在編譯的時候隻要通過#define就可以選擇在那個平台下完成程式的編譯。有c語言庫實作對不同作業系統平台的屏蔽。
綜上所述，我們都是将C，C++等各種語言庫當作中間層，以實作其一定程度上的可移植。如今，語言的跨平台的程式都是以這樣的方式實作的。但是在不同的平台下，仍需要重新編譯。
2.4 示例
如下圖是Linux系統調用的大概流程。
當應用程式調用printf()函數時，printf函數會調用C庫中的printf，繼而調用C庫中的write，C庫最後調用核心的write()。
而另一些則不會使用系統調用，比如strlen, strcat, memcpy等。
printf函數執行過程中，程式運作狀态切換如下：
使用者态–>系統調用–>核心态–>傳回使用者态 printf函數、glibc庫和系統調用在系統中關系圖如下：
第3章 glibc主要功能簡介
3.1 c語言庫概述
glibc和libc都是Linux下的C函數庫：
libc是Linux下的ANSI C函數庫，
glibc是Linux下的GUN C函數庫。
glibc是遵循POSIX标準的C語言函數庫，是以，我們可以通過glibc來了解POSIX接口的主要功能。
3.2 glibc概述
glibc是GNU釋出的libc庫，即c運作庫。glibc是linux系統中最底層的api，幾乎其它任何運作庫都會依賴于glibc。
glibc除了封裝linux作業系統所提供的系統服務外，它本身也提供了許多其它一些必要其他功能服務的實作。
由于glibc囊括了幾乎所有的 UNIX 通行的标準，可以想見其内容包羅萬象。
glibc是一種按照LGPL許可協定釋出的，自由的，公開源代碼的，友善從網絡下載下傳的C的編譯程式。GNU C運作期庫，是一種C函數庫，是程式運作時使用到的一些API集合，它們一般是已預先編譯好，以二進制代碼形式存在Linux類系統中，GNU C運作期庫通常作為GNU C編譯程式的一個部分釋出。
glibc最初是自由軟體基金會（FSF）為其GNU作業系統所寫，但目前最主要的應用是配合Linux核心，成為GNU/Linux作業系統一個重要的組成部分。
3.3 POSIX标準的C語言頭檔案
（1）基本計算
<assert.h> ---------------------- 驗證程式斷言
<complex.h> ---------------------- 支援複數算術運算
<ctype.h> ---------------------- 字元類型
<errno.h> ---------------------- 出錯碼
<fenv.h> ---------------------- 浮點環境
<float.h> ---------------------- 浮點常量
<inttypes.h> ---------------------- 整型格式轉換
<iso646.h> ---------------------- 替代關系操作符宏
<limits.h> ---------------------- 實作常量
<locale.h> ---------------------- 局部類别
<math.h> ---------------------- 數學常量
<setjmp.h> ---------------------- 非局部goto
<signal.h> ---------------------- 信号
<stdarg.h> ---------------------- 可變參數表
<stdbool.h> ---------------------- 布爾類型和值
<stddef.h> ---------------------- 标準定義
<stdint.h> ---------------------- 整型
<stdio.h> ---------------------- 标準I/O庫
<stdlib.h> ---------------------- 實用程式庫函數
<string.h> ---------------------- 字元串操作
<tgmath.h> ---------------------- 通用類型數學宏
<time.h> ---------------------- 時間和日期
<wchar.h> ---------------------- 擴充的多位元組和寬字元支援
<wctype.h> ---------------------- 寬字元分類和映射支援
（2）網絡與檔案
<dirent.h> ---------------------- 目錄項
<fcntl.h> ---------------------- 檔案控制
<fnmatch.h> ---------------------- 檔案名比對類型
<glob.h> ---------------------- 路徑名模式比對類型
<grp.h> ---------------------- 組檔案
<netdb.h> ---------------------- 網絡資料庫操作
<pwd.h> ---------------------- 密碼檔案
<regex.h> ---------------------- 正規表達式
<tar.h> ---------------------- tar歸檔值
<termios.h> ---------------------- 終端I/O
<unistd.h> ---------------------- 符号常量
<utime.h> ---------------------- 檔案時間
<wordexp.h> ---------------------- 字擴充類型
<arpa/inet.h> ---------------------- Internet定義
<net/if.h> ---------------------- socket套接字本地接口
<netinet/in.h> ---------------------- Internet位址族
<netinet/tcp.h> ---------------------- 傳輸控制協定定義
<sys/mman.h> ---------------------- 記憶體管理聲明
<sys/select.h> ---------------------- select函數
<sys/socket.h> ---------------------- 套接字接口
<sys/stat.h> ---------------------- 檔案狀态
<sys/times.h> ---------------------- 程序時間
<sys/types.h> ---------------------- 基本系統資料類型
<sys/un.h> ---------------------- UNIX域套接字定義
<sys/utsname.h> ---------------------- 系統名
<sys/wait.h> ---------------------- 程序控制
（3）POSIX标準定義的XSI擴充頭檔案(26項)