《unix進階環境程式設計》讀書摘記系列之1——Unix基礎知識

Unix基礎知識

一、Unix體系結構

Os控制計算機硬體資源，提供程式運作環境，一般稱其為核心，其相對較小，位于環境的中心。

核心的接口稱為系統調用(system call)；公用函數庫建構在系統調用接口之上；應用軟體即可使用公用函數庫，也可使用系統調用。Shell是一種特殊的應用程式，其為運作其它應用程式提供了一個接口。

二、登入

1．登入名

系統在其密碼檔案(/etc/passwd)中檢視登入名。密碼檔案中登入項由7個以冒号分隔的字段組成，如：

Sar   ：x       ：205        ：105     ：Stephen Rago ：/home/sar ：/bin/ksh

登入名：加密密碼：數值使用者ID：數值組ID：注釋字段    ：起始目錄 ：shell程式

2．Shell

Shell名	路徑	描述
Bourne shell	/bin/sh	幾乎每一個現有的Unix系統都提供Bourne shell
Bourne-again shell	/bin/bash	其是GNU shell，所有Linux系統都提供這種shell
C shell	/bin/csh	在第6版shell而非Bourne shell基礎上構造。
Korn shell	/bin/ksh	是Bourne shell的後繼者，它首先在SVR4中提供
TENEX C shell	/bin/tcsh	C shell的加強版，在c shell的基礎上增加了很多特征，常被用來替換c shell

三、檔案和目錄

1．檔案系統

Unix檔案系統是目錄與檔案組成的一種層次結構，目錄的起點稱為根(root),其名字是一個字元/。目錄是一個包含許多目錄項的檔案，在邏輯上，可以認為每個目錄項都包含一個檔案名，同時還包含說明該檔案屬性的資訊。檔案屬性指檔案類型、檔案大小、檔案所有者、檔案權限以及檔案最後的修改時間等等。

2．檔案名

目錄中的各個名字稱為檔案名；不能出現在檔案名中的字元隻有斜線(/)和空操作符(null)。斜線用來分隔構成路徑名的各檔案名，空操作符用來終止一個路徑名。建立新目錄時會自動建立兩個檔案名：.和..；.指目前目錄，..指父目錄；在最高層次的根目錄中.與..相同。幾乎所有商品化的Unix系統都支援至少255個字元的檔案名。

3．路徑名

一個或多個以斜線分隔的檔案名序列構成路徑名，以斜線開頭的路徑名稱為絕對路徑名，否則稱為相對路徑名。

4．工作目錄

每個程序都有一個工作目錄，有時稱為目前工作目錄，所有相對路徑名都從工作目錄開始解釋。

5．起始目錄

登入時，工作目錄設定為起始目錄(/home/sar),該起始目錄從密碼檔案中相應使用者的登入項中取得。

四、輸入和輸出

1．檔案描述符

檔案描述符通常是一個小的非負整數，核心用其辨別一個特定程序正在通路的檔案。當核心打開一個已有檔案或建立一個新檔案時，它傳回一個檔案描述符。則在讀、寫檔案時就可使用它。

2．标準輸入、标準輸出和标準出錯

當運作一個新程式時，所有shell都為其打開三個檔案描述符：标準輸入(STDIN_FILENO,0)、标準輸出(STDOUT_FILENO,1)和标準出錯(STDERR_FILENO,2)。

3．不用緩沖的I/O

函數open、read、write、lseek以及close提供了不用緩沖的I/O,這些函數都是用檔案描述符。

4．标準I/O

标準I/O函數庫提供了使我們能夠控制該庫所使用的緩沖風格的函數。标準I/O函數提供一種對不用緩沖I/O函數的帶緩沖的接口，使用标準I/O函數無需擔心如何選取最佳緩沖區大小，标準I/O函數都放在<stdio.h>中。

五、程式和程序

1．程式

程式是存放在磁盤上、處于某個目錄中的一個可執行檔案。可使用6個exec函數中一個由核心載入存儲器并使其執行之。

2．程序和程序ID

程式的執行執行個體稱為程序；Unix系統確定每個程序都有一個唯一的數字辨別符，稱其為程序ID(PID),程序ID總是一非負整數。

3．程序控制

有三個用于程序控制的主要函數：fork、exec和waitpid。Exec函數有6種變體，但常統稱它們為exec函數。

4．線程和線程ID

一個程序隻有一個控制線程，同一時刻隻執行一組機器指令。在一個程序内的所有線程共享同一位址空間、檔案描述符、棧以及與程序相關的屬性。進而各線程在通路共享資料時需要采取同步措施以避免不一緻性。與程序相同，線程也用ID辨別；但線程ID隻在它所屬程序内起作用。

六、出錯處理

C标準定義了兩個函數幫助列印出錯資訊。

#include <string.h>  Char *strerror(int errnum);   傳回值：指向消息字元串的指針

該函數将errnum映射為一個出錯資訊字元串，并傳回此字元串的指針。

#include <stdio.h>  void perror(const char *msg)

該函數基于errno的目前值，在标準出錯上産生一條處所資訊，其首先輸出由msg指向的字元串，然後一個冒号，一個空格，接着是對應于errno值的出錯資訊，最後是一個換行符。

七、使用者辨別

1．使用者ID

密碼檔案登入項中的使用者ID是個數值，它向系統辨別各個不同的使用者。系統管理者在确定一個使用者的登入名的同時，确定其使用者ID；使用者不能更改其使用者ID；每個使用者都有一個唯一的使用者ID。使用者ID為0的使用者為根或超級使用者，超級使用者對系統有自由的支配權。

2．組ID

密碼檔案登入項也包括使用者的組ID，其是一個數值。組ID也是由系統管理者在指定使用者登入名時配置設定的；一般在密碼檔案中有多個記錄項具有相同的組ID。組被用于将若幹使用者分到不用的項目組或部門中去。這種機制允許同組各成員間共享資源

八、信号

信号是通知程序已發生某種情況的一種技術。程序如何處理信号有三種選擇：

(1)    忽略此信号

(2)    按系統預設方式處理，如除0操作，系統預設方式是終止該程序。

(3)    提供一個函數，信号發生時則調用該函數，這被稱為捕捉該信号；隻要提供自編的函數就能知道什麼時候産生了該信号，并按所希望的方式處理它。

産生信号有多種：

(1)    中斷鍵(delete/ctrl+c)或退出鍵(ctrl+/)，被用于中斷目前運作的程序。

(2)    調用名為kill的函數。在一個程序中調用此函數就可向另一個程序發送一個信号。

九、時間值

Unix系統一直使用兩種不同的時間值：

(1)    月曆時間：自1970年1月1日00:00:00以來國際标準時間所經過的秒數累計值。這些時間可用于記錄檔案最近一次的修改時間。系統用time_t來儲存這種時間值。

(2)    程序時間：用以度量程序使用的cpu資源，系統用clock_t來儲存這種時間值。

Unix系統使用三個程序時間值來度量一個程序的執行時間：

1.       時鐘時間(real)：程序運作的時間總量。

2.       使用者cpu時間(user)：執行使用者指令(包括核心程式)時所耗時間。

3.       系統cpu時間(sys)：程序執行核心程式所用時間。

使用者cpu時間和系統cpu時間之和常被稱為cpu時間。 (real>sys>user)

十、系統調用和庫函數

應用程式調用系統調用或者庫函數，而很多庫函數則調用系統調用.

系統調用和庫函數之間的另一個差别是：系統調用通常提供一種最小接口，而庫函數通常提供比較複雜的功能。