### Linux系统编程知识点详解
#### 一、书籍概述与适用对象
《Linux系统编程》这本书主要面向初学者和中级程序员，旨在深入浅出地讲解在Linux环境下进行系统编程的知识和技巧。作者认为这本书非常适合那些想要深入了解Linux编程的人士，而对于已经非常熟悉Linux编程的高级程序员来说，它也可以作为一本有价值的参考资料。
#### 二、基础知识与概念
**1.1 二进制程序**
- **1.1.1 二进制接口**：二进制接口(Binary Interface, BI)是指操作系统提供给应用程序的一组功能集合，这些功能通过系统调用来实现。
- **1.1.2 系统调用与二进制接口**：系统调用是操作系统提供的底层API，用于执行特定的操作系统功能。二进制接口是基于这些系统调用构建的，但通常包含了更高级别的抽象。
- **1.1.3 C语言**：C语言是一种广泛应用于系统编程的语言，因其高效性和可移植性而被广泛采用。
- **1.1.4 C标准库**：C标准库提供了丰富的函数来支持程序开发，包括字符串处理、文件操作等。
**1.2 API与ABI**
- **1.2.1 API（Application Programming Interface）**：API是一组定义软件组件如何相互交互的规则和约定。
- **1.2.2 ABI（Application Binary Interface）**：ABI定义了编译器如何生成代码，使得这些代码能够与其他代码正确链接和交互。
**1.3 标准化**
- **1.3.1 POSIX与SUS**：POSIX（Portable Operating System Interface）是一系列为Unix-like操作系统制定的标准，旨在提高程序的可移植性。SUS（Single UNIX Specification）是POSIX的一部分，定义了一套核心API。
- **1.3.2 C语言标准**：C语言标准定义了语言的语法和语义，确保不同编译器之间的一致性。
- **1.3.3 Linux与标准化**：Linux遵循POSIX和其他相关标准，这使得在Linux上编写的程序能够在其他兼容POSIX的平台上运行。
- **1.3.4 本书与标准化**：本书在讨论各种编程技术时会紧密遵循标准化的要求，确保读者能够编写出具有良好可移植性的程序。
**1.4 Linux编程环境**
- **1.4.1 文件与文件描述符**：在Linux中，几乎一切都被视为文件。每个打开的文件都会被分配一个文件描述符，这是一个非负整数，用于标识该文件。
- **1.4.2 设备文件**：设备文件用于访问硬件设备，如硬盘驱动器、串行端口等。
- **1.4.3 目录与路径**：目录是文件系统的组织结构，路径用于指定文件或目录的位置。
- **1.4.4 符号链接**：符号链接类似于Windows中的快捷方式，它指向另一个文件或目录。
- **1.4.5 硬链接**：硬链接实际上是指向同一个文件的不同名称，它们共享相同的inode。
- **1.4.6 特殊文件**：特殊文件包括设备文件、管道等，它们具有特殊的用途。
- **1.4.7 文件描述符与文件偏移量**：文件描述符用于标识打开的文件，而文件偏移量指示文件指针相对于文件开头的位置。
- **1.4.8 进程**：进程是正在执行的程序实例，每个进程都有一个唯一的进程ID（PID）。
- **1.4.9 线程**：线程是进程内的执行单元，共享相同的内存空间。
- **1.4.10 进程间通信**：进程间通信（IPC）是不同进程之间交换数据的方法，常见的IPC机制包括管道、信号量等。
- **1.4.11 管道与命名管道**：管道允许进程间单向传递数据流，而命名管道则是在文件系统中创建的一个特殊文件，可以被多个进程使用。
- **1.4.12 信号**：信号是进程间的一种异步通知机制，用于通知进程发生了某些事件。
- **1.4.13 定时器**：定时器可以设置一个时间间隔后执行特定的任务。
- **1.4.14 进程间通信机制**：除了管道和信号外，还有消息队列、共享内存等多种IPC机制可供选择。
- **1.4.15 共享内存**：共享内存是一种高效的进程间通信机制，允许多个进程共享同一段内存区域。
- **1.4.16 文件锁**：文件锁用于防止多个进程同时修改同一文件，避免数据冲突。
#### 三、文件输入输出
**2.1 文件打开与关闭**
- **2.1.1 open()系统调用**：`open()`用于打开或创建一个文件，并返回一个文件描述符。
- **2.1.2 创建新文件**：当使用`open()`打开一个不存在的文件并设置了适当的标志时，系统会自动创建这个文件。
- **2.1.3 新文件权限**：在创建新文件时，可以通过`open()`的第三个参数指定文件的初始权限。
- **2.1.4 creat()函数**：`creat()`函数也是用于创建新文件，但它只接受文件名和权限模式两个参数。
- **2.1.5 文件关闭**：使用`close()`系统调用来关闭一个打开的文件描述符，释放与之关联的资源。
**2.2 读取文件**
- **2.2.1 read()系统调用**：`read()`系统调用用于从文件描述符中读取数据到缓冲区。
- **2.2.2 读取的数据量**：`read()`返回实际读取的字节数，如果返回值为0，则表示到达文件末尾。
- **2.2.3 非阻塞读取**：通过设置文件描述符为非阻塞模式，可以使`read()`在没有数据可读时立即返回。
- **2.2.4 数据缓冲**：操作系统通常会缓存读取的数据，这有助于提高性能。
- **2.2.5 read()的小问题**：在某些情况下，如读取非文本文件时，可能需要注意字节顺序问题。
**2.3 写入文件**
- **2.3.1 write()系统调用**：`write()`系统调用用于将数据从缓冲区写入到文件描述符。
- **2.3.2 字节流**：`write()`通常按字节流的方式工作，这意味着数据会被连续写入。
- **2.3.3 非阻塞写入**：类似地，可以设置文件描述符为非阻塞模式以实现非阻塞写入。
- **2.3.4 数据缓冲**：写入的数据也会被操作系统缓存，这可能会导致数据延迟写入磁盘。
- **2.3.5 write()的小问题**：在某些情况下，可能需要注意写入的字节顺序和对齐问题。
- **2.3.6 write()的问题**：在写入大量数据时，需要考虑数据缓冲的影响，以确保数据最终被写入磁盘。
**2.4 同步I/O**
- **2.4.1 fsync()与fdatasync()**：`fsync()`用于强制将与文件描述符关联的所有数据写入磁盘；`fdatasync()`只同步文件数据，不包括元数据。
- **2.4.2 数据同步**：为了确保数据一致性，在关键操作前后应调用`fsync()`或`fdatasync()`来同步数据。
- **2.4.3 sync()**：`sync()`系统调用同步所有脏页到磁盘，确保数据一致性。
- **2.4.4 O_SYNC标志**：在打开文件时使用O_SYNC标志，使所有对该文件的写操作都会被同步到磁盘。
- **2.4.5 O_DSYNC与O_RSYNC**：O_DSYNC标志仅同步文件数据而不包含元数据，而O_RSYNC同时同步文件数据和元数据。
以上内容涵盖了《Linux系统编程》中提到的一些基本概念和技术细节，希望对初学者和中级程序员有所帮助。通过深入理解这些知识点，读者可以更好地掌握Linux下的系统编程技巧。
