《Linux系统编程（第2版）》——1.3 标准

本节书摘来自异步社区《linux系统编程（第2版）》一书中的第1章，第1.3节，作者：【美】robert love著，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

unix系统编程是门古老的艺术。unix编程的基础理念在几十年来一直根深蒂固。但是，对于unix系统，变化却是无处不在。各种行为不断变化，特性不断增加。为了使unix世界变得有序，标准化组织为系统接口定义了很多套官方标准。虽然存在很多这样的官方标准，但是linux没有遵循任何一个标准。相反地，linux致力于和两大主流标准兼容：posix和单一unix规范（single unix specification，sus）。

除了其他内容，posix和sus为类unix操作系统定义了一套c api。该c api为兼容的unix系统定义了系统编程接口，至少从中抽取出了通用的api集。

1.3.1　posix和sus的历史

在20世纪80年代中期，电气电子工程师协会（ieee）开启了unix系统上的系统级接口的标准化工作。自由软件运动（free software movement）的创始人richard stallman建议把该标准命名成posix（发音[pahz-icks]），其全称是portable operating system interface（可移植操作系统接口）。

该工作的第一成果是在1988年获得通过的ieee std 1003.1-1988（简称posix 1988）。1990年，ieee对 posix标准进行了修订，通过了ieee std 1003.1-1990（posix 1990）。后续的修订ieee std 1003.1b-1993（posix 1993或称posix.1b）和ieee std 1003.1c-1995（posix 1995或称posix.1c）分别描述了非强制性的实时和线程支持。2001年，这些非强制性标准在posix 1990的基础上进行整合，形成单一标准ieee std 1003.1-2001（posix 2001）。最新的标准ieee std 1003.1-2008 （posix 2008）在2008年12月发布。所有的核心posix标准都简称为posix.1，其中2008年的版本为最新版。

从20世纪80年代后期到20世纪90年代初期，unix系统厂商卷入了一场“unix之战”中，每家厂商都处心积虑地想将自己的unix变体定义成真正的“unix”操作系统。几大主要的unix厂商聚集在了工业联盟the open group周围，the open group是由开放软件基金会（open software foundation，osf）和x/open合并组成。the open group提供证书、白皮书和兼容测试。在20世纪90年代初，正值unix之战如火如荼，the open group发布了单一unix规范（sus）。sus广受欢迎，很大原因归于sus是免费的，而posix标准成本很高。今天，sus合并了最新的posix标准。

第一个版本的sus发布于1994年，然后在1997年和2002年分别发布了两个修订版susv2和susv3。最新的susv4在2008年发布。susv4修订结合了ieee std 1003.1-2008标准以及一些其他标准。本书将以posix标准介绍系统调用和其他接口，原因是sus是对posix的扩展。

1.3.2　c语言标准

dennis ritchie和brian kernighan的经典著作《c程序设计语言》（prentice hall）自1978年首次出版后，一直扮演着非正式的c语言规范的角色。这个版本的c语言俗称k&r c。c语言很快替代了basic语言和其他语言，成为微型计算机编程的通用语言。因此，为了对当时已经非常流行的c语言进行标准化，美国国家标准协会（ansi）成立了委员会制定c语言的官方版本。该版本集成了各个厂商的特性和改进，并借鉴了新兴的c++语言的一些经验。这个标准化过程漫长而又艰辛，但是ansi c在1989年最终顺利完成。1990年，国际标准化组织（iso）基于ansi c做了一些有效修改，批准了iso c90。

1995年，iso发布了新版的c语言标准iso c95，虽然该标准很少被执行。在1999年，对c语言做了很多修订，形成了iso c99标准，它引入了很多新的特征，包括inline函数、新的数据类型、变长数组、c++风格的注释以及新的库函数。该标准的最新版本是iso c11，该版本最重要的功能是格式化的内存模型，支持跨平台的线程可移植性。

对于c++，iso标准化进展却非常缓慢。经过几年的发展以及非向前兼容的编译器的发布，通过了第一代c++标准iso c98。虽然该标准极大地提高了编译器之间的兼容性，但在某些方面限制了一致性和可移植性。2003年通过了iso c++03标准。它修复了编译器开发人员遇到的一些bug，但是没有用户可见的变化。下一个是目前最新的iso标准c++11（之前的版本都是c++0x，c++11意味着该版本发布更令人期待），有更多的语言和标准的库附加组件及改进——由于修改非常多，很多人建议c++11作为一门不同的语言，和之前的c++版本区别开。

1.3.3　linux和标准

正如前面所述，linux旨在达到兼容posix和sus。susv4和posix 2008描述了linux提供的接口，包括支持实时（posix.1b）和线程（posix.1c）。更重要的是，linux努力与posix与sus需求兼容。一般来说，如果和标准不一致，就认为是个bug。人们认为linux与posix.1和susv3兼容，但是由于没有经过posix或sus的官方认证（尤其是linux的每次修订），所以无法官方宣布linux兼容posix或sus。

关于语言标准，linux很幸运。gcc c编译器兼容iso c99，而且正在努力支持c11。g++ c++编译器兼容iso c++03，正在努力支持c++11。此外，gcc和g++_实现了c语言和c++语言的扩展。这些扩展统称为gnu c，在附录a中有相关描述。

linux的前向兼容做得不是很好[1]，虽然近期这方面已经好多了。接口是通过标准说明的，如标准的c库，总是可以保持源码兼容。不同版本之间的二进制代码兼容是由glibc来保证的。由于c语言是标准化的，gcc总是能够准确编译合法的c程序，尽管gcc相关的扩展可能会废弃掉甚至从新的gcc发布版本中删除。最重要的是，linux内核保证了系统调用的稳定性。一旦系统调用是在linux内核的稳定版本上实现的，它就不会改变了。

在各种linux发布版中，linux标准规范（linux standard base，lsb）对大部分的linux系统进行了标准化。lsb是几大linux厂商在linux基金会（前身是自由标准组织）推动下的联合项目。lsb扩展了posix和sus，添加了一些自己的标准；它尝试提供二进制标准，支持目标代码在兼容系统上无需修改即可运行。大多数linux厂商都在一定程度上遵循了lsb标准。

1.3.4　本书和标准

本书有意避免对任何标准的介绍“夸夸其谈”。大多数情况下，unix系统编程相关的书籍都不应该浪费篇幅探讨以下内容：如某个接口在不同标准下行为有何不同，特定的系统调用在各个系统上的实现情况，以及类似的口舌之战。本书仅涉及在现代linux系统上的系统编程，它是通过最新版本的linux内核（3.9）、gcc编译器（4.8）和c库（2.17）来实现的。

因为系统接口通常是固定不变的（linux内核开发人员尽力避免破坏系统调用接口），并且支持一定程度的源码和二进制兼容性。因此，我们可以深入探索linux系统接口的细节，不必关心与各种其他的unix系统和标准的兼容性问题。专注于探讨linux也使得本书能够深入探讨linux最前沿的，并且在未来很长时间依然举足轻重的接口。本书阐述了linux的相关知识，一些组件如gcc和内核的实现和行为，从专业角度洞察linux的最佳实践和优化技巧。