基础知识
手册页
Unix 参考手册页是进行系统编程必备的参考工具。它通常通过 man 命令直接联机阅读。手册页通常分为 9 节。采用 名称(章节号) 的方式来描述 Unix 术语时，表示此名称同时也是联机手册对应章节号下的一个条目
$ man 2 fork #查看系统调用库函数fork
章节
以 Linux 为例，参考手册页各节内容如下:
- 系统命令 手册：如 cp(1)
- 系统调用 手册：如 read(2)
- 库函数 手册：如 malloc(3)
- 系统特殊文件 手册：如 tty(4)
- 标准的系统资源文件 ( 全局配置 文件)手册：如 services(5)
- 游戏程序手册 ，包括屏保等各种图形化娱乐工具：如 glmatrix(6)
- 杂类手册 ，包括各类 头文件 和 宏 ：如 socket.h(7)
- 系统管理 工具：如 useradd(8)
- 内核例程
系统调用与库函数
- 系统调用 ：提供了 用户程序访问内核的接口 ，用户程序通过执行系统调用间接的 获取内核所管理资源的访问权 。执行系统调用时，程序 控制权交给内核 ，内核在 进程上下文 中运行
- 库函数 ：通过 包含相应的.h 头文件 引用，用户程序可以通过 调用操作系统提供的库函数 间接进行 系统调用 。如 printf(3) 库函数，它除了管理缓冲区和格式化文本之外，执行了 write 系统调用 访问文件
库函数也可以由其它程序提供，例如 GTK 库等
用户也可以自己重新实现库函数接口以替代所提供的库函数功能
系统调用实际上也以库函数的形式直接提供给用户程序，如 write(2)、fork(2)等
对用户程序来说，不必专门区别那些是库函数、哪些是系统调用接口
对于 x86 平台的 Linux 可以通过 /usr/include/asm/unistd _ 32.h 查看其系统调用的接口
文件和目录
Unix 系统将计算机中的大部分 资源都抽象为文件 的形式，这样就可以通过 open(2) , read(2) ， write(2) 等函数去直接访问
- 文件系统的结构：Unix 系统采用 树状结构 ，全局具有唯一的一个根目录，通过 / 访问，除交换分区外，其它文件系统均挂载在/或其子目录下作为子目录存在
- 文件名：除字符 '/' 与 'NUL' 外，都可以作为 Unix 文件的文件名，但为访问方便起见，一般建议采用可打印字符作为文件名，尽量不要使用 shell 和其它正则表达式的扩展字符，如 * 、? 等
- 路径名：访问一个文件可使用 绝对路径 (以 / 开头)或者 相对路径 (不以 / 起头的均被认作相对路径)
- 目录中的特殊文件 . 和 .. ： / 下的 . 和 .. 指向它自身。可以使用 shell 命令 ls ai 验证这两个特殊文件的用法
- 工作目录：每个进程都有一个 当前工作目录 ，用途为 解释相对路径
- 起始目录(home directory)： 用户登录后的初始目录 ，由文件 /etc/passwd 指定
输入和输出
- 文件描述符 (file descriptor)：用以 标识引用一个打开的文件
- 文件描述符是 进程的属性
- 进程不同 但 值相同的文件描述符 引用的可以是 不同的文件
- 标准输入 、 标准输出 和 标准出错 ： 进程创建 时 自动打开 的三个文件描述符
- 默认为 0 、 1 、 2
- 一般通过用宏 STDIN _ FILENO 、 STDOUT _ FILENO 、 STDERR _ FILENO 来引用
- 不带缓冲 的 I/O： 标准系统调用 open(2) 、read(2) 、write(2) 、lseek(2) 、close(2) 不使用缓冲区，直接把输入/输出送到内核，这里的缓冲位于进程地址空间
- 标准 I/O： C 函数库中的标准 I/O 函数 (定义在 stdio.h (7))使用缓冲区进行输入/输出、以提高吞吐效率
使用标准 C 函数的 IO 函数时候必须注意： I/O 重定向 fork(2) 导致复制地址空间等情况下 标准 I/O 函数对缓冲区的使用（是否刷新）
程序与进程
- 程序 是一个静态的概念，指 存放在存储介质上可被内核通过 exec(3) 系统调用 读入并执行其中指令的文件
- 可能是 二进制 也可能是 文本 形式
- Unix 上的程序需要 执行权限
- 进程 是 执行中的程序 ，除了程序本身的 代码文本 、 数据 外，进程还包括其它自身 拥有的资源 ，诸如进程 id(PID)、打开的文件、地址空间、未决信号集、控制线程等
程序线程
对一个用户进程， 内核实际执行调度处理的是它的执行线程 。一个进程可以拥有 一个或多个执行线程 ，对进程来说这些线程是并发执行的。进程内的多个线程共享进程资源
异步、并发、通信
- 异步：对 系统资源 以 不可预测的 时间 和 顺序 执行 的操作。例如等待外部输入、监听 TCP 端口等都是异步操作
- 对于异步操作，需要设计 阻塞等待 或 超时 等机制，一般都是基于 信号机制 实现
- 并发： 多个 并行的异步 进程/线程 同时在 同一个资源 上会合 时，产生并发。这时由于各自的异步性，读写等 I/O 操作可能交错发生乱序，从而出现意外的结果。为使它们的操作被强制的顺序化，需要进行同步处理
- 同步处理属于广义上的通信的范畴，有多种同步方式，一般采用 锁机制
- 同步处理还需要注意竞争条件出现的 死锁 。这是 Unix 系统编程中较为复杂、容易出现 bug 的地方
- 通信：通过某种机制，在 不同实体间交换数据 。对 Unix 编程来说发送/接收、通知/响应、输入/输出等都属于比较广义的通信的范畴。狭义点的说法就指数据的发送/接收，Unix编程的主要通信方式为 进程间通信 和 线程通信
- 广义的进程间通信包括了
- 信号 、 管道 、 IPC 对象 、 套接字
- 条件变量 、 取消 等操作可以用作线程间的通信(通知)
- 建议性锁 和 全局变量 也是一种通信机制
- 不同应用场合的通信使用不同的机制和做法
- 广义的进程间通信包括了
出错处理
Unix 系统一般通过设置 全局变量 errno(3) 标识程序执行时发生的错误
在系统所提供的库函数中，除非再次发生错误，否则不会改动 errno 的值也不会将其清零
errno 可以通过下面两个函数转换为对应的错误消息字符串：
- 指定的 errno 错误号转换为字符串并返回这个字符串的指针
#include <string.h> char *strerror(int errnum);
执行一个格式化输出，指定的字符串以及当前的 errno 值对应的字符串
#include <stdio.h> void perror(const char *msg);
相当于
printf ("%s: %s", msg, strerror(errno));
用户和用户标识
用户
正常下， UID 唯一标识了一个用户
- 系统的用户信息定义在 /etc/passwd (passwd(5))
- 用户的 创建 、 修改 、 删除 通常由系统管理员通过 useradd(1) 、 userdel(1) 、 usermod(1) 等系统命令执行，而不应直接修改/etc/passwd 文件
- 超级用户 (root)的 UID 为 0
组
组 将一个或多个用户组织起来 ，以使它们能以指定的相同权限访问资源。正常下，GID 唯一标识了一个组
- GID 定义在 /etc/group (group(5))
- 组的创建、修改、删除通常由系统管理员通过 groupadd(1)、groupdel(1)、groupmod(1)等系统命令执行，而不应直接修改/etc/group 文件
- 用户可以同时加入多个组，命令 groups(1) 可以打印出用户所在的组，第一个以外的均为 附加组
信号
信号是 软件中断机制 ，作为系统 某种事件发生的通知
- 进程可以通过调用 信号函数 ，在信号递送到进程时选择对其的处理方式
- 进程还可以选择在 信号递送之前屏蔽之 ，使之成为 未决信号 而 延后处理
- 进程 捕捉到信号时将被中断，直到 信号处理函数返回 时方恢复执行
信号处理
- 忽略(丢弃)
- 按系统的默认方式处理
- 使用自定义信号捕捉函数来处理
系统时间
Unix系统使用两种方式标识时间
- 日历 时间：指自 UTC 时间 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 以来流逝的秒数，这个时间以 time _ t 类型保存
time_t 是一个 32 位整型数。在 2038 年 1 月 18 日将发生溢出错误 例如，在 Unix 系统上无法创建一个时间为 2038 年 1 月以后的文件(touch t 命令)
进程 时间：用以衡量进程资源耗时情况
- 实际时钟时间(rtime) : 一个进程执行开始至今的全部时间
- 用户 CPU 时间(utime) : 程序在用户地址空间中执行的时间
- 系统 CPU 时间(stime) : 程序执行系统调用后在内核空间中执行的时间
如果进程执行了 sleep(3) 等调用，睡眠的时间不计算为 CPU 时间，但计入实际时钟时间