Unix高级环境编程

[07] Unix进程环境
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1、 进程终止
    atexit()函数注册终止处理程序。
    exit()或return语句：
        终止处理程序->终止处理程序->标准I/O清除->_exit()->进入内核。
    _exit()直接进入内核。

2、 环境表
    extern char **environ;
    例：
    for( i=0; environ[i] != NULL; i++)
    {
        printf( "env[%d]: %s\n", i, environ[i] );
    }

3、 C程序存储空间布局
    * 正文                    即代码段
    * 初始化数据段            如：int maxcount = 99;
    * bss(非初始化数据)        如：long sun[1000];
    * 栈                    自动变量及函数调用所需的信息
    * 堆                    动态存取分配，在bss顶端，栈的底端。
    -----------------------------------------------------------
    高地址     栈 -> .... <- 堆  bss  初始数据  正文    低地址
    -----------------------------------------------------------
    注： 可用size命令查看text data bss信息。

4、 存储器分配
    alloca()是在栈中分配空间，函数调用结束后空间自动释放，但有些系统不支持。

5、 环境变量
    char * getenv(char * name);
    int putenv( const char * str );
    int setenv(const char * name, const char * value, int rewrite );
    void unsetenv(const char *name );
    注：environ表及字串存放在栈的顶部，当调用上述函数时，可能需将其移到至堆中。

6、 setjmp和longjmp

    #include <setjmp.h>
        jmp_buf jmpbuffer;
        ......
    _@:    setjmp( jmpbuffer);
        ......
    call    my_function();
        ......
        my_function(){
            longjmp(jmpbuffer, 1 );
        }
    注：
    *    代码中，在_@处调用setjmp函数，然后经过多层调用至my_function函数，
    在该函数中调用longjmp(,1)函数，责程序调整至_@处。
    即：反绕过上层的所有栈帧，跳至_@所在处的栈状态。
    *    setjmp返回值： 如果直接调用，则返回0， 否则返回longjmp的第二个参数。

7、 getrlimit和setrlimit
    #include <sys/time.h>
    #include <sys/resource.h>
    int getrlimit( int resource, struct rlimit * rlptr );
    int setrlimit( int resource, const struct rlimit * rlptr );



[08] 进程控制
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1、    进程标识
    进程ID:
        0    交换进程swapper
        1    init，在自举结束后由内核调用。它不会终止，但是它是普通用户进程，以超级用户权限运行。
        2    页精灵进程，pagedaemon
    函数：
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    pid_t getpid(void);
    pid_t getppid(void);
    uid_t getuid(void);
    uid_t geteuid(void);
    gid_t getgid(void);
    git_t getegid(void);

2、    fork函数
    fork() : 创建子进程。
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    pid_t fork(void);

    * 调用fork后，子进程和父进程继续执行fork之后的代码。
    * fork返回两次，子进程返回0，父进程返回子进程ID。
    * fork之后，无法知道父进程和子进程哪个先执行。
    例：
    int main()
    {
        if( (pdi = fork()) < 0 )
            error();
        else if( pid == 0 ){//子进程
        }
        else{                //父进程
        }
        ……                //父子进程继续执行fork之后的代码
    }
   
    两种fork用法
    * fork之后，父子进程各自执行自己的代码。在网络服务器中常见。
    * 进程执行不同的程序。fork后，子进程调用exec函数。

3、    vfork
    vfork()创建一个新进程。
    与fork区别：
    * vfork保证子进程先于父进程执行，
    * vfork子进程在父进程的地址空间内执行。

4、 wait和waitpid函数

5、 竞态条件
    多个进程企图对共享数据进行处理，但结果取决于进程的运行顺序。

6、 6个exec函数对比
    --------------------------------------------------------------
    函数    path    name        参数表    argv[]        environ    envp[]
    --------------------------------------------------------------
    execl    *                    *                    *
    execlp            *            *                    *
    execle    *                    *                            *
    execv    *                            *            *
    execvp            *                    *            *
    execve    *                            *                    *
    --------------------------------------------------------------
    p    取filename做参数
    l    取参数表
    v    表示去argv[]数组
    e    表示取envp[]数组   


[10] 信号
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1、 概念
    信号：软件中断，以SIG开头，在<signal.h>中定义。
    三种方式处理信号：
    * 忽略此信号，但SIGKILL和SIGSTOP不能被忽略，因为他向超级用户提供了一种使进程终止或停止的可靠方法。如果忽略某些硬件异常产生的信号，则进程的行为未知。
    * 捕捉信号，要通知内核在某信号发生时，调用一个用户函数。
    * 执行系统默认动作。

2、 signal函数
    #include <signal.h>
    void (*signal (int signo, void (*func)(int))) (int );
    注：
        * 返回值 void (*signal)(int);
          返回老的信号处理程序指针。
        * 参数
          signo: 信号表示
          void (*func)(int); 新的信号处理程序，
           若为SIG_IGN - 忽略此信号
           若为SIG_DFL - 系统默认操作
   
    用typedef方法定义signal函数：
        typedef void Sigfunc(int);
        Sigfunc *signal( int, Sigfunc *);
   
    当进程调用fork时，子进程继承了父进程的信号处理方式。因为子进程开始时复制了父进程的存储映像，所有信号捕捉函数的地址在子进程中式有意义的。

3、kill和raise函数
    #include <sys/types.h>
    #include <signal.h>

    int kill( pid_t pid, int signo );
    int raise(int signo );
    * kill 将信号发送给进程或进程组
      pid>0 将信号发送给该进程
      pid==0 将信号发送给进程组ID等于发送进程的进程组ID,而且发生进程有许可权向其发送信号的所有进程。
      pid<0 将信号发送给进程组ID等于pid绝对值，与pid==0类似。

    * raise 进程向自身发送信号

4、alarm和pause函数
    alarm: 设置一时间段，当超过该时间时，产生SIGALRM信号，默认动作时终止该进程。
    #include <unistd.h>
    unsigned int alarm( unsigned int seconds );
    注：
    * seconds 是秒数。
    * 每个进程只能有一个闹钟时间，如果调用alarm时，以前以为该进程设置过闹钟时间，而且还没有超时，则该闹钟时间的余留值作为本次alarm函数调用的返回值。以前登记的闹钟时间被新值替换。
   
    #include <unistd.h>
    int pause(void)
    注:
    只有执行了一个信号处理程序并从其返回，pause才返回-1， errno设为EINTR。

    (书中有很多alarm例子，说明使用信号所要注意的地方)

5、 信号集
    用sigset_t类型表示一信号集。
    #include <signal.h>
    int sigemptyset(sigset_t * set );
    int sigfillset(sigset_t *set );
    int sigaddset(sigset_t *set, int signo );
    int sigdelset(sigset_t *set, int signo );
    ----返回值： 成功 0， 错误 -1
    int sigismember( conset sigset_t *set, int signo );
    ----返回值： 真 1， 假 0

6、 sigprocmask函数
    功能：检测或更改进程的信号屏蔽字。
    #include <signal.h>
    int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset );
    注：
    * 若oset非空， oset为当前信号屏蔽字
    * 若set非空， how指示如何修改当前信号屏蔽字。
    * how:
    *     SIG_BLOCK    或操作
    *     SIG_UNBLOCK 与
    *     SIG_SETMASK 赋值操作

7、 sigpending函数
    功能：返回调用进程的被阻塞不能递送和当前未决的信号集。
    #include <signal.h>
    int sigpending(sigset_t *set );

8、 sigaction函数
    功能，取代了signal函数。
    #include <signal.h>
    int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, \
            struct sigaction * oact );

    struct sigaction{
        void        (*sa_handler)();
        sigset_t    sa_mask;
        int            sa_flags;
    };
    sa_handler    信号捕捉函数
    sa_mask        调用sa_handler之前需要添加的信号屏蔽字，调用结束后，进程的信号屏蔽字再恢复为原先值。
    sa_flags    信号处理选项。

9、 sigsetjmp和siglongjmp
    #include <setjmp.h>
    int sigsetjmp( sigjmp_buf env, int savemask );
    void siglongjmp( sigjmp_buf env, int val );
    区别：
    当savemask 为非0时，sigsetjmp在env中保存进程的当前屏蔽字，调用siglongjmp时，siglongjmp从中恢复保存的信号屏蔽字。
    而，setjmp和longjmp并不保证该操作。

10、sigsuspend函数
    #include<signal.h>
    int sigsuspend(const sigset_t sigmask );

    进程的信号屏蔽字设置为sigmask，在捕捉到一个信号或发生了一个会终止该进程的信号之前，该进程也被挂起。如果捕捉到一个信号而且从该信号处理程序返回，则sigsuspend返回，并且该进程的信号屏蔽字设置为调用sigsuspend之前的值。

[11] 终端

[12] 高级I/O   
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1、 非阻塞I/O
    对一个给定的描述符有两种方法对其指定非阻塞I/O
    * 如果是调用open以获取描述符，则可以指定O_NONBLOCK标志
    * 对于已经打开的描述符，调用fcntl打开O_NONBLOCK文件状态标志。

2、 记录锁
    功能： 一个进程正在读或者修改文件的某个部分时，可以阻止其他进程修改同一文件区。它锁定的只是文件的一个区域，也可是整个文件。
    fcntl记录锁
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>

    int fcntl ( int filedes, int cmd, struct flock * flockptr );
    参数：
    * cmd        /* F_GETLK, F_SETLK, F_SETLKW */
        F_GETLK    如果存在一把锁，则把现存的锁的信息写到flockptr指向的结构中。若不存在，则将l_type设置为F_UNLCK，其他域保存不变。
        F_SETLK 设置由flockptr所描述的锁。或者用于清除所描述的记录锁（设置l_type为F_UNLCK）。
        F_SETLKW 这是F_SETLK得阻塞版本。

    * flockptr    以下结构指针
    struct flock {
        short l_type;    /* F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */
        off_t l_start;    /* offset in bytes, ralative to l_whence */
        short l_whence; /* SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */
        off_t l_len;    /* length, in bytes; 0 means lock to EOF */
        pid_t l_pid;    /* returned with F_GETLK */
    };

    [注]
    1、当进程终止，锁全部释放，当描述符被关闭时，该描述符的锁也被释放。
    2、fork后，子进程不继承父进程的记录锁
    3、exec后，新程序可以继续原执行程序的锁

[13] 精灵进程
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1. 编程规则
    - 调用fork，然后父进程调用exit。
      用处： 1.如果该精灵进程有Shell启动，那么父进程终止，是的Shell认为该条命令已经执行完成。
          2.保证了子进程不是一个进程组的首进程，它进程了父进程的进程组ID。
    - 调用setsid创建一个新的会话期。
          1.是进程成为对话期首进程。 2.成为一个新进程组的首进程。 3.没有控制终端。
    - 将工作目录更改为跟目录。
    - 将文件方式创建屏蔽字设置为0。
          1.去除由父进程继承得来的屏蔽字。
    - 关闭不需要的文件描述符。这与具体的精灵进程有关。

#include <sys/type.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int daemon_init(void)
{
    pid_t    pid;
    if( (pid = fork() )<0 )
        return -1;
    else if( pid!=0 )
        exit(0);        //parent goes bye-bye
    setsid();
    chdir("/");
    umask(0);        //clear file mode creation mask
    return 0;
}


[14] 进程间通信
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1、 管道
    #include <unistd.h>
    int pipe( int filedes[2]);
    filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开。filedes[1]的输出是filedes[0]的输入。


14.6----