### 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。
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