日常学习

linux-interface

November 11, 2018
linuxbooks

The linux programming interface

基本概念

内核

  1. 通常的定义，1）完整的软件包， 这包括用来管理计算机资源的核心软件 以及附带的标准软件工具（shell，图形用户界面， 文件工具）2) 狭义的层面，是指管理和分配计算机资源的核心软件
  2. 职责: 1）进程调度， 2）内存管理， 3）文件系统， 4）创建和终止进程， 5）设备管理， 6）联网， 7）提供系统调用的编程接口
  3. 内核态、用户态: 区分态的原因： 1）只有cpu处于内核态的时候，才能执行某些命令， 例如 halt etc， 2）区分进程以及内核，能够让开发者 以面向进程的方式来编写 软件。 通过进程隔离 硬件计算机资源

用户和组

  1. 用户, 唯一的登录名和与之对应的整数型用户ID， 系统密码文件 /etc/passwd,为每个用户记录一行， 包含信息主要有: 组 ID， 主目录， 登录shell
  2. 组, 系统组文件 /etc/group, 包含信息主要有: 组名， 组 ID， 用户列表
  3. 超级用户， ID 为 0，可以不受系统权限检查之上。 可以访问系统的所有文件， 能发送信号给其他用户的进程

单根目录层级、目录、链接、文件

内核维护者一套单根目录结构， 放置系统的所有文件， /根目录 图

  1. 文件类型: 1） 普通文件， 2）设备， 3）管道， 4）套接字， 5）目录以及符号链接
  2. 路径和链接(hard link)， 一个文件可以有多个链接，目录可以包含 文件 + 目录， 每个目录至少有两个链接， .和.. 指向目录自身的链接，已经指向上级目录的链接，根目录 “/”，的..指向自身
  3. 符号链接(soft link), 普通链接（hard link）的内容为 文件名+指针 的一条记录， 符号链接则是： 经过特殊标记的文件， 文件 + 目标文件字符串。多数情况下， 系统调用到了 路径名，如果是符号链接的情况下， 内核会自动 以符号链接 所指向的文件名来替换符号链接。递归的进行解析，为了防止循环解析， 内核对解析次数进行了限制。
  4. 文件名， 文件名应该避免以-字符串开头，避免 误认为命令选项开关
  5. 路径名： 绝对路径, 相对路径（定义了相对于进程当前工作目录的文件位置）当前工作目录（每个进程都有一个当前工作目录， 也是进程解释相对路径名的参照点， 进程的当前工作目录继承自 父进程， 相对登录shell来说 其初始当前工作目录为 密码文件 /et/passwd 中指定的，可以使用cd 改变）
  6. 文件的所有权：系统将用户分为3类， 文件的属主、文件属组成员、其他用户， 目录也可以设定所有权，但是意义有所不同，读写 允许列出目录内容， 写 允许对目录内容更改， 执行 允许对目录文件进行访问
  7. 文件IO模型， 同一套系统调用（open、read、write、close等）所执行的IO操作，可以应用于所有文件类型， 本质而言， 内核只提供一种文件类型， 字节流序列
  8. 文件描述符： 非负整数，来指代 打开的 文件。通常shell启动的进程会继承 3个已经打开的文件描述符， 0 为标准输入， 1 标准输出， 2 标准错误。在stdio函数库中， 分别与 stdin, stdout, stderr一一对应
  9. stdio 函数库: C 语言标准库的IO函数，例如fopen， fclose， printf 等，注意stdio 函数建立在 系统调用write， open close read之上

进程

进程是 正在执行的 程序实例， 执行程序时，内核会将程序代码再入到 虚拟内存， 为程序变量 分配空间，建立内核记账结构，用以记录进城有关的各种信息（PID， 状态）

  1. 进程的内存布局， 逻辑上： 文本， 数据，堆，栈
  2. 创建和执行程序， fork， 子进程会从父进程继承数据段、栈、堆 的副本，修改其内容，不会影响父进程。文本段则为父子进程共享。子进程要么继续执行父进程代码，要么执行execve 去加载一个全新的程序，execve会销毁现有的文本段、数据段、堆、栈，根据程序的代码重新创建并替换他们
  3. Pid && PPID: PPID 为父进程PID
  4. 进程终止和终止状态：两种方式杀死进程：1）exit() 系统调用请求退出， 2）向进程传递信号，将其杀死。无论那种方式进程退出，都会生成 『终止状态』一个非负数 小整数。可供父进程的wait 系统调用检测。exit()可以传递参数设定 终止状态， 信号杀死进程，则由信号类型设定进程的终止状态。， 0表示 功成身退， 非0 表示错误
  5. 进程标识：1）真实用户ID， 组ID，子进程继承父进程的 这些ID。登录shell，从/etc/passwd 中获取真实用户ID， 2）有效用户ID 组ID， 进程在访问受保护资源时候，会使用这两个ID来确定权限。3）补充组，用来表示进程所属的额外组。
  6. init 进程： 所有进程之父，相应的程序文件为/sbin/init, 并且以root权限运行，只有关闭系统才能杀死该进程。
  7. 守护进程：特殊用途的进程。特征， 1）守护进程通常在系统引导时启动， 直至系统关闭。2）在后台运行，无控制端 供其读取或者写入数据。（例如syslogd， httpd）
  8. 环境列表： 每个进程都有一份环境列表。fork创建的新进程会继承父进程的环境列表。这为父子进程 提供了一种通讯机制。进程调用fork， exec 可以通过环境列表来控制程序 行为。
  9. 资源限制：分为两类， soft limit, hard limit, 非特权进程调整 soft limit 只能在 0 - hard limit 之间， hard limit 只能调低。fork同样会继承父进程的limit

进程间通信及同步

  1. 信号: 表示事件的发生
  2. 管道: shell 中的 |， 以及FIFO
  3. 套接字: socket
  4. 文件锁
  5. 消息队列: 用于在进程间交换消息
  6. 信号量: 用于同步
  7. 共享内存: 允许两个及以上的进程共享同一块内存， 当进程改变了共享内存的内容时候， 其他进程会了解这一变化。

信号

软中断， 进程受到信号，意味着事件、错误异常的发生。信号类型有很多，采用不同的整数进行区分。以SIGxxxx的形式进行命名。

静态库和共享库

库： 将一组函数代码加以编译，并放置于文件中。   * 静态库： 早起UNIX 系统中唯一的目标库， 主程序代码对静态库中各个模块的不同函数代码加以引用，链接器解释这些引用，并从库中抽取所需要的目标模块的 副本。并复制到主程序的可执行文件中，这就是静态链接。缺点： 因为不同引用的主程序会存在引用的副本，导致浪费磁盘空间。 2 造成内存的空间的浪费，3 对共享库函数的修改，所有引用的主程序需要重新编译。   * 共享库： 将程序使用动态链接器编译，链接器就不会将库中引用的目标函数复制到可执行文件中，而是插入一条引用记录， 动态链接器 的程序 确保可执行文件在执行时候，所需的动态库能够找到。在运行时， 共享库的函数只保留一份，且可以工所有引用的程序使用，不仅节约了磁盘，内存空间。还能确保更改共享库之后，无需重新编译所有的引用了它的可执行文件。

线程：每个进程可以执行多个线程，他们共享同一虚拟内存、代码块、同一数据区和堆。只有属于各自的栈，用来保存本地变量和调用信息。