Linux编程手册学习笔记

第六章：进程

一、进程和程序：进程由用户内存空间（程序代码和变量）和一系列内核数据结构（维护进程状态信息：进程相关标识号IDs、虚拟内存表、打开的文件描述符、信号传递及处理的有关信息、进程资源使用及限制、当前工作目录和大量的其他信息）组成。
1、二进制格式标识：a.out（汇编程序输出）->COFF->ELF；
2、机器语言指令：对程序算法进行编码;
3、程序入口地址：标识程序开始执行时的其实指令地址；
4、数据：
5、符号表及重定位表：描述程序中函数和变量的位置及名称；
6、共享库和动态链接信息：运行时的共享库、路径名等；
7、其他信息：描述如何创建进程等。

二、进程号和父进程号：PID（进程号上限为32767（32位系统，64位可以达到400万）—可以通过修改pid_max来调整，达到之后进程号计数器重置为300）。

三、进程内存布局：每个进程所分配的内存由很多部分组成，通常称之为段（segment）。size命令可以显示二进制可执行文件的各个段。ABI（应用程序二进制接口，对应寄存器的调用）。
1、文本段：程序机器语言指令，只读；
2、初始化数据段：初始化的全局变量和静态变量；
3、未初始化数据段（BBS）：未初始化的全局变量和静态变量；
4、栈：栈帧组成，存储局部变量、实参和返回值；
5、堆：动态内存分配区域；

四、虚拟内存管理：访问局部性，以求高效使用CPU和RAM资源。
空间局部性：程序倾向于访问在最近访问过的内存地址附近的内存（由于指令是顺序执行的，且有时会按顺序处理数据结构）。
时间局部性：程序倾向于在不久的将来再次访问最近刚访问过的内存地址（由于循环）。

将每个程序切割成小型的。固定的叶单元，RAM也划分成为一系列与虚存叶尺寸相同的叶帧。驻留集，交换区，页面错误（page fault）；sysconf（_SC_PAGESIZE）可以获取系统虚拟内存的页面大小。

内核位每个进程维护一张叶表，该叶表描述了每页在进程虚拟地址空间的位置；若进程试图访问的地址并无叶表条目与之对应，那么进程将收到一个SIGSEGV信号。

munmap()，shmdt()，brk，srk，malloc族；

分页内存管理单元（PMMU），虚拟内存管理使进程的虚拟地址空间与RAM物理地址空间隔离开来，这带来许多优点：进程与进程、进程与内核相互隔离；多个进程共享内存，shmget()和mmap()，；便于实现内存保护机制；无需关注程序在RAM中的物理布局；一个进程所占用的内存可超出RAM容量；增大进程运行数量，提高CPU的利用率。

五、栈和栈帧：用户栈和内核栈。
函数实参和局部变量；
函数调用的链接信息；

六、命令行参数（argc，argv）
/proc/PID/cmdline，/proc/self/cmdline；program_inovation_name和program_inovation_short_name提供了不含目录的程序的完整路径和程序名称；
ARG_MAX常量定义于 < limits.h >，sysconf（_SC_ARG_MAX）可以获取该上限值；
下限值为_POSIX_ARG_MAX个字节；资源软限制（RLIMIT_STACK），在调用execve()时已经生效；
getopt函数可以解析命令行参数。

七、环境列表：每一个进程都有与其相关的称之为环境列表的字符串数组，或者成为环境（name=value的成对集合）。
新进程创建之时，会继承其父进程的环境副本，这也是一种原始的进程间通信方式（这一信息的传递是单向的、一次性的）。
可以通过设置环境变量来改变一些库函数的行为。

程序访问环境变量：全局变量char **envirion；main函数的char *envp[]，作用域在main函数；getenv()函数，

修改环境变量：setenv(),putenv(),unsetenv()；clearenv()；

执行非局部跳转：setjmp()和longjmp()。函数嵌套的返回，longjmp调用不能跳转到一个已经返回的函数，多线程也不能跨线程返回；优化编译器的问题，恢复CPU寄存器副本导致优化变量值得错误，使用volatile。

第七章：内存分配

一、堆上分配内存：program break（当前内存边界）。
1、brk()和sbrk()用于改变堆的大小；
2、malloc()和free();program break可能不变.
3、malloc()和free()的实现;分配内存有内存块的长度；空闲内存有长度、前一块空闲内存的指针、后一块空闲内存的指针。
4、malloc调试工具和库：mtrace和muntrace（MALLOC_TRACE变量定义了写入跟踪信息的文件名），mcheck和mprobe函数（必须使用cc-lmcheck选项和mcheck库链接），MALLOC_CHECK_环境变量；
5、控制和监测malloc函数包：mallopt函数能修改各项参数以控制malloc所采用的算法，另一参数则规定了从堆中分配的内存块大小的上限，超出上限的内存块则使用mmap系统调用；mallinfo返回的是分配内存的各种统计数据。
6、在堆上分配内存的其他方法：calloc和realloc，；
分配对齐内存：memalign和posix_memalign，

二、在堆栈上分配内存：alloca()；

第八章：用户和组

用户ID和组ID：确定系统资源的所有权；对进程对系统资源的权限加以控制。

一、密码文件：/etc/passwd：登录名-密码-用户ID-组ID-注释-主目录-登录shell。NIS（网络信息系统）和LDAP（轻型目录访问协议）密码信息可能会由远端系统保存。密码对于getpwnam和getpwuid等函数，对于应用程序都是透明的。

二、shadow密码文件：/etc/shadow
特权程序才能访问的shadow密码文件。

三、组文件：/etc/group
字段：组名-加密的组密码-组ID-用户列表。

四、获取用户和组的信息
从密码文件中获取记录：getpwnam，getpwuid，返回静态的passwd结构体指针，

shadow密码文件中获取记录：getspnam，getspent，setspent，endspent，返回spwd结构体指针，

组文件中获取记录：getgrnam，getgrgid，返回静态分配的group结构体指针，

扫描密码文件和组文件的所有记录：setpwent，getpwent，endpwent，顺序扫描密码文件的记录；

密码加密和用户认证：crypt函数（DES加密或MD5加密），getpass用于读取用户密码，

注意：指针传参和值传参的区别。

第九章：进程凭证

每个进程有一套用数字表示的用户ID和组ID，将这些ID称之为进程凭证。
包括：实际用户ID（real user ID）和实际组ID（real group ID），有效用户ID（effective user ID）和有效组ID（effective group ID），保存的set-user-ID（saved set-user-ID）和保存的set-group-ID（saved set-group-ID），文件系统用户ID（file-system user ID）和文件系统组ID（file-system group ID）（Linux专用），辅助组ID。

一、实际用户ID和实际组ID：登录过程中从密码文件中读取的第三和第四字段，当创建新进程时，将从其父进程中继承这些ID。

二、有效用户ID和有效组ID：此类ID决定系统授予进程的权限，资源的属主则是由用户ID和组ID决定，内核还会使用有效用户ID来决定一个进程是否能够向另一个进程发送信号。通常有效用户ID和组ID与实际的ID相等，但有两种方法能够致使二者不同，其一是系统调用，其二是执行set-user-ID和set-group-ID程序。

三、set-user-ID和set-group-ID程序：chmod u+s proc；chmod g+s proc；

四、保存的set-user-ID（saved set-user-ID）和保存的set-group-ID（saved set-group-ID）：由对应的有效ID复制而来。不少系统调用允许将set-user-ID程序的有效ID在实际ID和saved ID之间切换，游走于两种状态之间。

五、文件系统用户ID和组ID：跟随有效用户ID和组ID变化，只有使用Linux特有的两个系统调用setfsuid和setfsgid时，才能刻意制造出文件系统ID与相应的有效ID的不同。

六、辅助组ID：辅助组用于标识进程所属的若干附加的组，新进程继承父进程的ID，登录shell从系统组文件获取。

七、获取和修改进程凭证：
getuid，geteuid，getgid，getegid：获取实际和有效ID；
setuid，setgid：修改有效ID，当非特权调用setuid时，只能将有效用户ID改成实际用户ID或者保存set-user-ID，当特权调用setuid时，实际用户ID、有效用户ID和保存set-user-ID都被置为uid指定的值，过程是单向的；
seteuid，setegid：setreuid，setresuid，setregid；
setreuid，setregid：
getresuid，getresgid：
setresuid，setresgid：0/1效应，要么全部成功，要么全部失败。
setfsuid，stefsgid：
getgroups（获取和修改辅助组ID）：调用程序需要分配好空间，返回组ID的数量，为了避免超出数组的大小，可以用常量NGROUPS_MAX+1申请；还可以使用sysconf获取；或者Linux特有的/proc/sys/kernel/ngroups_max只读文件读取；特权进程可以使用setgroups和initgroups来修改辅助组ID，前者用数组来替换，后者扫描/etc/groups文件，为user创建属组列表， 以此来初始化调用进程的辅助组ID。

第十章：时间

真实时间：一个为日历时间，一个为进程生命周期流逝时间或者挂钟时间；
进程时间：进程所使用CPU的总时间，适用于对程序、算法性能的检查和优化；

一、日历时间：gettimeofday()，time()，ctime()，