《Linux系統程式設計（第2版）》——1.3 标準

本節書摘來自異步社群《linux系統程式設計（第2版）》一書中的第1章，第1.3節，作者：【美】robert love著，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視

unix系統程式設計是門古老的藝術。unix程式設計的基礎理念在幾十年來一直根深蒂固。但是，對于unix系統，變化卻是無處不在。各種行為不斷變化，特性不斷增加。為了使unix世界變得有序，标準化組織為系統接口定義了很多套官方标準。雖然存在很多這樣的官方标準，但是linux沒有遵循任何一個标準。相反地，linux緻力于和兩大主流标準相容：posix和單一unix規範（single unix specification，sus）。

除了其他内容，posix和sus為類unix作業系統定義了一套c api。該c api為相容的unix系統定義了系統程式設計接口，至少從中抽取出了通用的api集。

1.3.1　posix和sus的曆史

在20世紀80年代中期，電氣電子工程師協會（ieee）開啟了unix系統上的系統級接口的标準化工作。自由軟體運動（free software movement）的創始人richard stallman建議把該标準命名成posix（發音[pahz-icks]），其全稱是portable operating system interface（可移植作業系統接口）。

該工作的第一成果是在1988年獲得通過的ieee std 1003.1-1988（簡稱posix 1988）。1990年，ieee對 posix标準進行了修訂，通過了ieee std 1003.1-1990（posix 1990）。後續的修訂ieee std 1003.1b-1993（posix 1993或稱posix.1b）和ieee std 1003.1c-1995（posix 1995或稱posix.1c）分别描述了非強制性的實時和線程支援。2001年，這些非強制性标準在posix 1990的基礎上進行整合，形成單一标準ieee std 1003.1-2001（posix 2001）。最新的标準ieee std 1003.1-2008 （posix 2008）在2008年12月釋出。所有的核心posix标準都簡稱為posix.1，其中2008年的版本為最新版。

從20世紀80年代後期到20世紀90年代初期，unix系統廠商卷入了一場“unix之戰”中，每家廠商都處心積慮地想将自己的unix變體定義成真正的“unix”作業系統。幾大主要的unix廠商聚集在了工業聯盟the open group周圍，the open group是由開放軟體基金會（open software foundation，osf）和x/open合并組成。the open group提供證書、白皮書和相容測試。在20世紀90年代初，正值unix之戰如火如荼，the open group釋出了單一unix規範（sus）。sus廣受歡迎，很大原因歸于sus是免費的，而posix标準成本很高。今天，sus合并了最新的posix标準。

第一個版本的sus釋出于1994年，然後在1997年和2002年分别釋出了兩個修訂版susv2和susv3。最新的susv4在2008年釋出。susv4修訂結合了ieee std 1003.1-2008标準以及一些其他标準。本書将以posix标準介紹系統調用和其他接口，原因是sus是對posix的擴充。

1.3.2　c語言标準

dennis ritchie和brian kernighan的經典著作《c程式設計語言》（prentice hall）自1978年首次出版後，一直扮演着非正式的c語言規範的角色。這個版本的c語言俗稱k&r c。c語言很快替代了basic語言和其他語言，成為微型計算機程式設計的通用語言。是以，為了對當時已經非常流行的c語言進行标準化，美國國家标準協會（ansi）成立了委員會制定c語言的官方版本。該版本內建了各個廠商的特性和改進，并借鑒了新興的c++語言的一些經驗。這個标準化過程漫長而又艱辛，但是ansi c在1989年最終順利完成。1990年，國際标準化組織（iso）基于ansi c做了一些有效修改，準許了iso c90。

1995年，iso釋出了新版的c語言标準iso c95，雖然該标準很少被執行。在1999年，對c語言做了很多修訂，形成了iso c99标準，它引入了很多新的特征，包括inline函數、新的資料類型、變長數組、c++風格的注釋以及新的庫函數。該标準的最新版本是iso c11，該版本最重要的功能是格式化的記憶體模型，支援跨平台的線程可移植性。

對于c++，iso标準化進展卻非常緩慢。經過幾年的發展以及非向前相容的編譯器的釋出，通過了第一代c++标準iso c98。雖然該标準極大地提高了編譯器之間的相容性，但在某些方面限制了一緻性和可移植性。2003年通過了iso c++03标準。它修複了編譯器開發人員遇到的一些bug，但是沒有使用者可見的變化。下一個是目前最新的iso标準c++11（之前的版本都是c++0x，c++11意味着該版本釋出更令人期待），有更多的語言和标準的庫附加元件及改進——由于修改非常多，很多人建議c++11作為一門不同的語言，和之前的c++版本差別開。

1.3.3　linux和标準

正如前面所述，linux旨在達到相容posix和sus。susv4和posix 2008描述了linux提供的接口，包括支援實時（posix.1b）和線程（posix.1c）。更重要的是，linux努力與posix與sus需求相容。一般來說，如果和标準不一緻，就認為是個bug。人們認為linux與posix.1和susv3相容，但是由于沒有經過posix或sus的官方認證（尤其是linux的每次修訂），是以無法官方宣布linux相容posix或sus。

關于語言标準，linux很幸運。gcc c編譯器相容iso c99，而且正在努力支援c11。g++ c++編譯器相容iso c++03，正在努力支援c++11。此外，gcc和g++_實作了c語言和c++語言的擴充。這些擴充統稱為gnu c，在附錄a中有相關描述。

linux的前向相容做得不是很好[1]，雖然近期這方面已經好多了。接口是通過标準說明的，如标準的c庫，總是可以保持源碼相容。不同版本之間的二進制代碼相容是由glibc來保證的。由于c語言是标準化的，gcc總是能夠準确編譯合法的c程式，盡管gcc相關的擴充可能會廢棄掉甚至從新的gcc釋出版本中删除。最重要的是，linux核心保證了系統調用的穩定性。一旦系統調用是在linux核心的穩定版本上實作的，它就不會改變了。

在各種linux釋出版中，linux标準規範（linux standard base，lsb）對大部分的linux系統進行了标準化。lsb是幾大linux廠商在linux基金會（前身是自由标準組織）推動下的聯合項目。lsb擴充了posix和sus，添加了一些自己的标準；它嘗試提供二進制标準，支援目标代碼在相容系統上無需修改即可運作。大多數linux廠商都在一定程度上遵循了lsb标準。

1.3.4　本書和标準

本書有意避免對任何标準的介紹“誇誇其談”。大多數情況下，unix系統程式設計相關的書籍都不應該浪費篇幅探讨以下内容：如某個接口在不同标準下行為有何不同，特定的系統調用在各個系統上的實作情況，以及類似的口舌之戰。本書僅涉及在現代linux系統上的系統程式設計，它是通過最新版本的linux核心（3.9）、gcc編譯器（4.8）和c庫（2.17）來實作的。

因為系統接口通常是固定不變的（linux核心開發人員盡力避免破壞系統調用接口），并且支援一定程度的源碼和二進制相容性。是以，我們可以深入探索linux系統接口的細節，不必關心與各種其他的unix系統和标準的相容性問題。專注于探讨linux也使得本書能夠深入探讨linux最前沿的，并且在未來很長時間依然舉足輕重的接口。本書闡述了linux的相關知識，一些元件如gcc和核心的實作和行為，從專業角度洞察linux的最佳實踐和優化技巧。