Linux系统编程(第2版)

Linux系统编程用心之作，根据Linux内核3.0更新 Linux程序设计方面的传奇人物Robert Love力作

    系统编程是指编写系统软件，其代码在底层运行，直接跟内核和核心系统库对话。     《Linux系统编程(第 2版)》是一本关于Linux系统编程的教程，也是一本介绍Linux系统编程的手册，还是一本如何实现更优雅更快代码的内幕指南。全书分为11章和2个附录，详细介绍了Linux系统编程基本概念、文件I/O、缓冲I/O、高 级文件I/O、进程管理、高 级进程管理、线程、文件和目录管理、信号和时间等主题。附录给出了gcc和GNU C提供的很多语言扩展，以及推荐阅读的相关书目。     《Linux系统编程(第 2版)》的作者是Linux内核专业人士，多本技术图书的作者。《Linux系统编程(第 2版)》需要在C编程和Linux编程环境下工作的程序员阅读，对于想要巩固基础或了解内核的高 级编程人员，《Linux系统编程(第 2版)》也很有参考价值。

Robert Love在很早期就一直使用Linux并贡献代码，包括对Linux内核和GNOME桌面环境的贡献。Robert Love是Google软件工程师，是Android设计和开发团队成员。目前，他致力于Google的Web搜索架构。Robert获得了Florida大学的双学位：计算机科学理学学士和数学文学学士。

目  录 第 1章  入门和基本概念  1 1.1  系统编程  1 1.1.1  为什么要学习系统编程  2 1.1.2  系统编程的基础  2 1.1.3  系统调用  3 1.1.4  C库  3 1.1.5  C编译器  4 1.2  API和ABI  4 1.2.1  API  5 1.2.2  ABI  5 1.3  标准  6 1.3.1  POSIX和SUS的历史  6 1.3.2  C语言标准  7 1.3.3  Linux和标准  8 1.3.4  本书和标准  8 1.4  Linux编程的概念  9 1.4.1  文件和文件系统  9 1.4.2  进程  15 1.4.3  用户和组  16 1.4.4  权限  17 1.4.5  信号  18 1.4.6  进程间通信  19 1.4.7  头文件  19 1.4.8  错误处理  19 第 2章  文件I/O  23 2.1  打开文件  24 2.1.1  系统调用open()  24 2.1.2  新建文件的所有者  27 2.1.3  新建文件的权限  27 2.1.4  creat()函数  30 2.1.5  返回值和错误码  30 2.2  通过read()读文件  31 2.2.1  返回值  31 2.2.2  读入所有字节  33 2.2.3  非阻塞读  33 2.2.4  其他错误码  34 2.2.5  read()调用的大小  34 2.3  调用write()写  35 2.3.1  部分写(Partial Write)  36 2.3.2  Append(追加)模式  36 2.3.3  非阻塞写  37 2.3.4  其他错误码  37 2.3.5  write()大小  38 2.3.6  write()行为  38 2.4  同步I/O  39 2.4.1  fsync()和fdatasync()  39 2.4.2  sync()  41 2.4.3  O_SYNC标志位  42 2.4.4  O_DSYNC和O_RSYNC  42 2.5  直接I/O  43 2.6  关闭文件  43 2.7  用lseek()查找  44 2.7.1  在文件末尾后查找  46 2.7.2  错误码  46 2.7.3    47 2.8  定位读写  47 2.9  文件截短  48 2.10  I/O多路复用  49 2.10.1  select()  50 2.10.2  poll()  56 2.10.3  poll()和select()的区别  60 2.11  内核内幕  61 2.11.1  虚拟文件系统  61 2.11.2  页缓存  62 2.11.3  页回写  63 2.12  结束语  64 第3章  缓冲I/O  65 3.1  用户缓冲I/O  65 3.2  标准I/O  68 3.3  打开文件  69 3.4  通过文件描述符打开流  70 3.5  关闭流  71 3.6  从流中读数据  71 3.6.1  每次读取一个字节  71 3.6.2  每次读一行  72 3.6.3  读二进制文件  74 3.7  向流中写数据  75 3.7.1  写入单个字符  75 3.7.2  写入字符串  76 3.7.3  写入二进制数据  76 3.8  缓冲I/O示例程序  77 3.9  定位流  78 3.10  Flush(刷新输出)流  80 3.11  错误和文件结束  80 3.12  获取关联的文件描述符  81 3.13  控制缓冲  82 3.14  线程安全  83 3.14.1  手动文件加锁  84 3.14.2  对流操作解锁  85 3.15  对标准I/O的批评  86 3.16  结束语  87 第4章  高 级文件I/O  88 4.1  分散/聚集I/O  89 4.2  Event Poll  94 4.2.1  创建新的epoll实例  94 4.2.2  控制epoll  95 4.2.3  等待epoll事件  98 4.2.4  边缘触发事件和条件触发事件  100 4.3  存储映射  101 4.3.1  mmap()  101 4.3.2  munmap()  105 4.3.3  存储映射实例  106 4.3.4  mmap()的优点  107 4.3.5  mmap()的不足  108 4.3.6  调整映射的大小  108 4.3.7  改变映射区域的权限  109 4.3.8  通过映射同步文件  110 4.3.9  给出映射提示  112 4.4  普通文件I/O提示  114 4.4.1  系统调用posix_fadvise()  114 4.4.2  readahead()系统调用  115 4.4.3  “经济实用”的操作提示  116 4.5  同步(Synchronized)，同步(Synchronous)及异步(Asynchronous)操作  117 4.6  I/O调度器和I/O性能  118 4.6.1  磁盘寻址  119 4.6.2  I/O调度器的功能  120 4.6.3  改进读请求  120 4.6.4  选择和配置你的I/O调度器  123 4.6.5  优化I/O性能  124 4.7  结束语  130 第5章  进程管理  131 5.1  程序、进程和线程  131 5.2  进程ID  132 5.2.1  分配进程ID  132 5.2.2  进程体系  133 5.2.3  pid_t  133 5.2.4  获取进程ID和父进程ID  133 5.3  运行新进程  134 5.3.1  exec系统调用  134 5.3.2  fork()系统调用  138 5.4  终止进程  141 5.4.1  终止进程的其他方式  142 5.4.2  atexit()  143 5.4.3  on_exit()  144 5.4.4  SIGCHLD  144 5.5  等待子进程终止  144 5.5.1  等待特定进程  147 5.5.2  等待子进程的其他方法  149 5.5.3  BSD中的wait3()和wait4()  151 5.5.4  创建并等待新进程  152 5.5.5  僵尸进程  155 5.6  用户和组  155 5.6.1  改变实际用户/组ID和保留的用户/组ID  156 5.6.2  改变有效的用户ID或组ID  157 5.6.3  BSD改变用户ID和组ID的方式  158 5.6.4  HP-UX中改变用户ID和组ID的方式  158 5.6.5  操作用户ID/组ID的首 选方法  159 5.6.6  对保留的用户ID的支持  159 5.6.7  获取用户ID和组ID  159 5.7  会话(Session)和进程组  160 5.7.1  与会话相关的系统调用  161 5.7.2  与进程组相关的系统调用  163 5.7.3  废弃的进程组函数  164 5.8  守护进程  164 5.9  结束语  167 第6章  高 级进程管理  168 6.1  进程调度  168 6.1.1  时间片  169 6.1.2  I/O约束型进程和处理器约束型进程  169 6.1.3  抢占式调度  170 6.2  接近公平调度器  171 6.3  让出处理器  172 6.4  进程优先级  173 6.4.1  nice()  174 6.4.2  getpriority()和setpriority()  175 6.4.3  I/O优先级  176 6.5  处理器亲和力(Affinity)  177 6.6  实时系统  180 6.6.1  硬实时系统和软实时系统  180 6.6.2  延迟、抖动和截止期限  181 6.6.3  Linux的实时支持  182 6.6.4  Linux调度策略和优先级  182 6.6.5  设置调度参数  186 6.6.6  sched_rr_get_interval()  189 6.6.7  关于实时进程的注意事项  190 6.6.8  确定性  191 6.7  资源  193 6.7.1  项  194 6.7.2  获取和设置资源  198 第7章  线程  200 7.1  二进制程序、进程和线程  200 7.2  多线程  201 7.2.1  多线程代价  203 7.2.2  其他选择  203 7.3  线程模型  203 7.3.1  用户级线程模型  204 7.3.2  混合式线程模型  204 7.3.3  协同程序  205 7.4  线程模式  205 7.4.1  每个连接对应一个线程  206 7.4.2  事件驱动的线程模式  206 7.5  并发性、并行性和竞争  207 7.6  同步  210 7.6.1  互斥  211 7.6.2  死锁  212 7.7  Pthreads  214 7.7.1  Linux线程实现  214 7.7.2  Pthread API  215 7.7.3  链接Pthreads  216 7.7.4  创建线程  216 7.7.5  线程ID  217 7.7.6  终止线程  218 7.7.7  join(加入)线程和detach(分离)线程  221 7.7.8  线程编码实例  223 7.7.9  Pthread互斥  224 7.8  进一步研究  227 第8章  文件和目录管理  228 8.1  文件及其元数据  228 8.1.1  一组stat函数  229 8.1.2  权限  233 8.1.3  所有权  234 8.1.4  扩展属性  237 8.1.5  扩展属性操作  239 8.2  目录  245 8.2.1  获取当前工作目录  246 8.2.2  创建目录  251 8.2.3  删除目录  252 8.2.4  读取目录内容  253 8.3  链接  256 8.3.1  硬链接  256 8.3.2  符号链接  258 8.3.3  解除链接  259 8.4  拷贝和移动文件  261 8.4.1  拷贝  261 8.4.2  移动  261 8.5  设备节点  263 8.5.1  特殊设备节点  264 8.5.2  随机数生成器  264 8.6  带外通信(Out-of-Band Communication)  265 8.7  监视文件事件  266 8.7.1  初始化inotify  267 8.7.2  监视  268 8.7.3  inotify事件  270 8.7.4  高 级监视选项  273 8.7.5  删除inotify监视  273 8.7.6  获取事件队列大小  274 8.7.7  销毁inotify实例  274 第9章  内存管理  276 9.1  进程地址空间  276 9.1.1  页和页面调度  276 9.1.2  内存区域  278 9.2  动态内存分配  279 9.2.1  数组分配  281 9.2.2  调整已分配内存大小  282 9.2.3  释放动态内存  283 9.2.4  对齐  285 9.3  数据段的管理  289 9.4  匿名内存映射  290 9.4.1  创建匿名内存映射  291 9.4.2  映射到设备文件/dev/zero  293 9.5  高 级内存分配  294 9.5.1  调试内存分配  297 9.5.2  获取统计信息  297 9.6  基于栈的分配  298 9.6.1  把字符串复制到栈中  300 9.6.2  变长数组  301 9.7  选择合适的内存分配机制  302 9.8  内存操作  303 9.8.1  字节设置  303 9.8.2  字节比较  304 9.8.3  字节移动  305 9.8.4  字节查找  306 9.8.5  字节加密  306 9.9  内存锁定  307 9.9.1  锁定部分地址空间  307 9.9.2  锁定全部地址空间  308 9.9.3  内存解锁  309 9.9.4  锁的  310 9.9.5  该页在物理内存中吗  310 9.10  投机性内存分配策略  311 第 10章  信号  313 10.1  信号相关的概念  313 10.1.1  信号标识符  314 10.1.2  Linux支持的信号  315 10.2  基本信号管理  320 10.2.1  等待信号  321 10.2.2  示例  322 10.2.3  执行和继承  324 10.2.4  把信号编号映射为字符串  325 10.3  发送信号  326 10.3.1  权限  326 10.3.2  示例  327 10.3.3  给进程本身发送信号  327 10.3.4  给整个进程组发送信号  327 10.4  重入  328 10.5  信号集  330 10.5.1  更多的信号集函数  331 10.5.2  获取待处理信号  332 10.5.3  等待信号集  333 10.6  高 级信号管理  333 10.6.1  结构体siginfo_t  336 10.6.2  si_code的相关说明  338 10.6.3  发送带附加信息(payload)的信号  342 10.6.4  示例  343 10.7  信号是个UNIX“瑕疵”吗  343 第 11章  时间  345 11.1  时间的数据结构  347 11.1.1  原始表示  348 11.1.2  微秒级精度  348 11.1.3  更精 确的：纳秒级精度  348 11.1.4  对时间进行分解  349 11.1.5  进程时间类型  350 11.2  POSIX时钟  351 11.3  时间源精度  351 11.4  取得当前时间  353 11.4.1  更好的接口  353 11.4.2  高 级接口  354 11.4.3  获取进程时间  355 11.5  设置当前时间  356 11.5.1  设置支持高精度的时间  356 11.5.2  设置时间的高 级接口  357 11.6  玩转时间  358 11.7  睡眠和等待  363 11.7.1  以微秒级精度睡眠  363 11.7.2  以纳秒级精度睡眠  365 11.7.3  实现睡眠的高 级方法  366 11.7.4  sleep的可移植实现  368 11.7.5  超时(Overrun)  368 11.7.6  睡眠的其他方式  369 11.8  定时器  369 11.8.1  简单的闹钟  369 11.8.2  计时器(interval timer)  370 11.8.3  高 级定时器  372 附录A  C语言的GCC扩展  378 附录B  参考书目  390