《Linux系统编程》
《Linux系统编程》 |
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YanlzLinux_APU_V01_1.0 |
严立钻 |
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2020.02.03 |
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##《Linux系统编程》发布说明：
++++“Linux系统编程”：是对“Linux系统编程”的综合探索；开发Linux环境下的应用程序时，需要使用大量的Linux函数；这些函数有的属于Linux操作系统的API，有的属于C语言的标准库函数；
++++“Linux系统编程”：定位在一个科普类知识，了解Linux环境下的应用程序开发！
@@提示：有些博客可能只是开了头，如果感兴趣的同学，可以“点赞”或“评论区留言”，只要关注的同学多了，那就会继续完善哟！（“++==”，表示没有写完的，如果关注度不高就不完善了；“++ok++”，表示此篇博客已经完成，是阶段性完整的！）
$$$$博客溯源：
++++【C/C++函数与算法（C库独立篇）】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104026090
++++【C/C++函数与算法（C++库独立篇）】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104062275
++++【C/C++函数与算法（算法独立篇）】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104062527
++++【C/C++函数与算法（Linux C独立篇）】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104076473
++++【Linux系统编程】分类：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/category_9694767.html
++++【C++C铸就生存利器】分类：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/category_9325802.html
++++【人工智能AI2026】分类：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/category_9212024.html
++++【立钻哥哥CSDN空间】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/
++++VR云游戏=Unity+SteamVR+云技术+5G+AI；（说明：AI人工智能不是我们的主要研究技术，只是了解一下，领略一下有风的感觉！但是，VR是我们的研究重点）
##《Linux系统编程》目录
#第一篇：Linux系统编程
#第二篇：Linux系统下的C开发
#第三篇：Linux网络编程
#第四篇：Linux内核驱动
#第五篇：立钻哥哥带您Linux系统编程
#第一篇：Linux系统编程
#第一篇：Linux系统编程 |
#第一篇：Linux系统编程
++++立钻哥哥：程序是一个精确说明如何进行计算的指令序列；编写程序可以说就是这样一个过程：把复杂的任务分解成子任务，把子任务再分解成更简单的任务，层层分解，直到最后简单到可以用指令来完成；
++++A1、文件与I/O
++++A2、文件系统
++++A3、进程
++++A4、Shell脚本
++++A5、正则表达式
++++A6、信号
++++A7、终端、作业控制与守护进程
++++A8、线程
++++A9、TCP/IP协议基础
++++A10、Socket编程
++++A11、立钻哥哥带您Linux系统编程
++A1、文件与I/O
++A1、文件与I/O |
++A1、文件与I/O
++++立钻哥哥：学习Linux系统函数，这些函数的用法必须结合Linux内核的工作原理来理解，因为系统函数正是内核提供给应用程序的接口，而要理解内核的工作原理，必须熟练掌握C语言，因为内核也是用C语言写的，在描述内核工作原理时必然要用到“指针”、“结构体”、“链表”等来组织；
++++[文件描述符]：是文件描述符表的索引（0、1、2、3），用int型变量来保存；当调用open打开一个现有文件或创建一个新文件时，内核分配一个新的文件描述符并返回给进程，当读写该文件时，文件描述符被作为参数传给read或write；
#define STDIN_FILENO 0#define STDOUT_FILENO 1#define STDERR_FILENO 2 |
++open
++++立钻哥哥：open函数可以打开或创建一个文件；
int open(const char *pathname, int flags);int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); |
++close
++++立钻哥哥：close函数关闭一个已打开文件；
int close(int fd); |
++read/write
++++立钻哥哥：read函数从打开的设备或文件中读取数据；write函数向打开的设备或文件中写数据；
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); |
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#include <unistd.h> #include <stdlib.h>
int main(void){ char buf[10]; int n;
n = read(STDIN_FILENO, buf, 10); if(n < 0){ perror(“立钻哥哥：read STDIN_FILENO”); exit(1); } write(STDOUT_FILENO, buf, n);
return 0; } |
++lseek
++++立钻哥哥：lseek和标准IO库的fseek函数类似，可以移动当前读写位置（或者叫偏移量）；
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
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off_t currpos; currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR); |
++fcntl
++++立钻哥哥：可以用fcntl函数改变一个已打开的文件的属性，可以重新设置读、写、追加、非阻塞等标志（这些标志称为File Status Flag），而不必重新open文件；
int fcntl(int fd, int cmd);int fcntl(int fd, int cmd, long arg);int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock); |
++ioctl
++++立钻哥哥：ioctl用于向设备发控制和配置命令，有些命令也需要读写一些数据，但这些数据是不能用read/write读写的，称为Out-of-band数据；
int ioctl(int d, int request, ...); |
++mmap
++++立钻哥哥：mmap可以把磁盘文件的一部分直接映射到内存，这样文件中的位置直接就有对应的内存地址，对文件的读写可以直接用指针来做而不需要read/write函数；
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int filedes, off_t off);int munmap(void *addr, size_t len); |
++A2、文件系统
++A2、文件系统 |
++A2、文件系统
++++立钻哥哥：文件系统在内核中是如何实现的？如何呈现给用户一个树状的目录结构？如何处理用户的文件和目录操作请求？磁盘是一种顺序的存储介质，一个树状的目录结构如何扯成一条线存到磁盘上？怎样设计文件系统的存储格式使访问磁盘的效率最高？各种文件和目录操作在磁盘上实际效果是什么？
++++Linux支持各种各样的文件系统格式：ext2、ext3、reiserfs、FAT、NTFS、iso9660等，不同的磁盘分区、光盘或其它存储设备都有不同的文件系统格式，然后这些文件系统都可以mount到某个目录下；
++ext2文件系统
++++立钻哥哥：一个磁盘可以划分成多个分区，每个分区必须先格式化工具格式化成某种格式的文件系统，然后才能存储文件，格式化的过程会在磁盘上写一些管理存储布局的信息；文件系统中存储的最小单位是块（Block），一个块究竟多大是在格式化时确定的；启动块是由PC标准规定的，用来存储磁盘分区信息和启动信息，任何文件系统都不能使用启动块；启动块之后才是ext2文件系统的开始，ext2文件系统将整个分区划成若干个同样大小的块组（Block Group），每个块组都由：超级块（Super Block）、块组描述符表（GDT，Group Descriptor Table）、块位图（Block Bitmap）、inode位图（inode Bitmap）、inode表（inode Table）、数据块等部分组成；
++++[超级块(Super Block)]：描述整个分区的文件系统信息，例如块大小、文件系统版本号、上次mount的时间等等；超级块在每个块组的开头都有一份拷贝；
++++[块组描述符表（GDT，Group Descriptor Table）]：由很多块组描述符组成，整个分区分成多少个块组就对应有多少个块组描述符；
++++[块位图（Block Bitmap）]：是用来描述整个块组中哪些块已用哪些块空闲的，它本身占一个块，其中的每个bit代表本块组中的一个块，这个bit为1表示该块已用，这个bit为0表示该块空闲可用；
++++[inode位图（inode Bitmap）]：和块位图类似，本身占一个块，其中每个bit表示一个inode是否空闲可用；
++++[inode表（inode Table）]：inode表占多少个块在格式化时就要决定并写入块组描述符中；
++++[数据块]：对于常规文件，文件的数据存储在数据块中；
++VFS（Virtual Filesystem，虚拟文件系统）
++++立钻哥哥：Linux内核在各种不同的文件系统格式之上做了一个抽象层，使得文件、目录、读写访问等概念成为抽象层的概念，因此各种文件系统看起来用起来都一样，这个抽象层称为虚拟文件系统（VFS，Virtual Filesystem）；
++++每个进程在PCB（Process Control Block）中都保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每个表项都有一个指向已打开文件的指针：已打开的文件在内核中用file结构体表示，文件描述符表中的指针指向file结构体；
++A3、进程
++A3、进程 |
++A3、进程
++++立钻哥哥：每个进程在内核中都有一个进程控制块（PCB）来维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task_struct结构体；
++++[fork和exec]：是两个重要的系统调用；fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新进程，原来的进程称为父进程（Parent Process），新进程称为子进程（Child Process）；系统中同时运行着很多进程，这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个复制出来的；
++exit和_exit函数
++++立钻哥哥：exit和_exit函数用于终止一个进程；
void exit(int status);void _exit(int status); |
++fork
++++立钻哥哥：fork用来创建新进程；
pid_t fork(void); |
++exec函数族
++++立钻哥哥：用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（但有可能执行不同的代码分支），子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序；当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行；调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并未改变；
int execl(const char *path, const char *arg, ...);int execlp(const char *file, const char *arg, ...);int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);int execv(const char *path, char *const argv[]);int execvp(const char *file, char *const argv[]);int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]); |
++wait和waitpid
++++立钻哥哥：一个进程在终止时会关闭所有文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但它的PCB还保留着，内核在其中保存了一些信息：如果是正常终止则保存着退出状态，如果是异常终止则保存着导致该进程终止的信号是哪个；这个进程的父进程可以调用wait或waitpid获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程；
++++如果一个进程已经终止，但是它的父进程尚未调用wait或waitpid对它进行清理，这时的进程状态称为僵尸（Zombie）进程；任何进程在刚终止时都是僵尸进程，正常情况下，僵尸进程都立刻被父进程清理了；
pid_t wait(int *status);pid_t waitpid(pit_t pid, int *status, int options); |
++进程间通信
++++立钻哥哥：每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷贝到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据独奏，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）；
++++[管道]：管道是一种最基本的IPC机制，由pipe函数创建；
int pipe(int filedes[2]); |
++A4、Shell脚本
++A4、Shell脚本 |
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