APUE学习（一）
UNIX基础概括
体系结构
操作系统是一个软件，功能主要为控制计算机硬件资源，提供程序运行环境。
通常将这种软件称为内核(kernel)，相对较小。
内核的接口称为系统调用
公用函数库构建在系统调用接口上，
应用程序即可使用公用函数库，也可使用系统调用。
shell是一个特殊的应用程序，为运行其他应用程序提供了一个接口。
广义上来说，操作系统包括了内核和一些其他软件，这些软件使得计算机能够发挥作用，并使计算机具有自己的特性。其他软件包括：系统实用程序，应用程序，shell以及公用函数库等。
登录
用户登录UNIX系统时，输入登录名和密码。
系统在口令文件（通常是/etc/passwd文件）中查看登录名。
口令文件中记录了登录名、加密口令、数字用户ID、数字组ID、注释字段、起始目录以及shell程序
用户登录后，系统通常先显示一些系统信息，然后用户就可以向shell程序键入命令。
某些系统在登录时，启动一个视图交互程序，但最后总会有一个shell程序运行在该程序中。
shell是一个命令行解释器，读取用户输入，然后执行命令
shell的用户输入通常来自于终端（交互式shell），有时则来自于文件（称为shell脚本）
系统从口令文件中相应用户登录项的最后一个字段中获取到shell程序目录
文件
文件系统
UNIX文件系统是目录和文件的一种层次结构，所有文件和目录的起点称为根目录（root），这个目录的名称是一个字符“/”
目录
一个包含目录项的文件。
文件名
目录中的各个名字称为文件名。只有斜线（/）和空字符这两个字符不能出现在文件名中。斜线用来分割构成路径名的各文件名。空字符用来终止一个路径名。
为了可移植性，POSIX.1推荐将文件名限制在以下字符集中：字母 数字 点 短横线 下划线。
路径名
由斜线分隔的一个或多个文件名组成的序列，构成路径名。由斜线开头的路径名称为绝对路径名，否则称为相对路径名。
创建新目录时会自动创建两个文件：. 和 ..，分别指向当前目录和父目录，在最高层次的根目录中，.. 和 . 相同。
工作目录
每个进程都有一个工作目录，有时称其为当前工作目录。
所有相对路径名都从工作目录开始解释。
进程可以用chdir函数更改工作目录。
起始目录
登录时，工作目录设置为起始目录，该起始目录从口令文件中相应用户的登录项中取得。
输入和输出
文件描述符
非负整数（通常较小），内核用以标识一个特定进程正在访问的文件。当内核打开一个现有文件或创建一个新文件时，都会返回一个文件描述符。在读写文件时，可以使用这个文件描述符。
标准输入 标准输出 标准错误
每当运行一个新程序时，所有的shell都为其打开3个文件描述符，即标准输入 标准输出 标准错误
如果不做特殊处理，则这3个描述符都链接向终端。大多数shell都提供一种方法，使其中任何一个或所有者3个描述符都能重新定向到某个文件，例如：
ls > file.txt
执行ls命令，其标准输出重新定向到file.txt文件。
不带缓冲的I/O
函数open read write lseek 以及 close 提供了不带缓冲的I/O。这些函数都使用文件描述符。
例：
while ((n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFFSIZE)) > 0)
{
if (write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n) {
err_sys("write error");
}
}
if (n < 0) {
err_sys("read error");
}
头文件及两个常量STDIN_FILENO STDOUT_FILENO是POSIX标准的一部分。头文件包含了很多UNIX系统服务的函数原型，如read write。
STDIN_FILENO STDOUT_FILENO定义在中，指定了标准输入和标准输出的文件描述符。在POSIX标准中，他们的值分别是0和1.
该代码从标准输入读取数据并输出到标准输出
可使用重定向功能将标准输入和标准输出重定向到文件，即可实现文件复制功能。
./a.out < infile > outfile
标准I/O
标准I/O函数为哪些不带缓冲的I/O函数提供了一个带缓冲的接口
使用标准I/O函数无需担心如何选取最佳的缓冲区大小
标准IO函数库提供了使我们能够控制该哭所使用的缓冲风格的函数。
常用的标准I/O函数如：printf，在调用printf的程序中，总是包含
程序和进程
程序：
程序是一个存储在磁盘上某个目录中的可执行文件。
内核使用exec函数将程序读入内存，并执行程序。
进程和进程ID
程序的执行实例被称为进程。
UINX系统确保每个进程都有一个唯一的数字标识符，称为进程ID。进程ID总是一个非负整数
获取进程ID:
getpid();
该接口返回当前进程ID，返回数据类型为pid_t，最大大小为长整型。因此一般转换为long。
进程控制
有三个用于进程控制的主要函数
fork exec 和 waitpid （exec函数有7中变体，一般统称为exec函数）
例：
if ((pid = fork()) < 0) {
err_sys("fork error");
exit(-1);
}
if (pid == 0) //fork返回值为0，表示当前进程为新创建的子进程
{
execlp(cmd, cmd, (char*)0);
exit(0);
}
//fork返回非0，表示当前进程为主进程，返回值pid为子进程pid，以下为主进程等待子进程结束
if ((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0) {
err_sys("waitpid error");
}
exit(0);
上述例子实现一个简单的创建新进程的方式：fork新进程，并在新进程中调用exec函数执行需要运行的程序。
线程和线程ID
通常，一个进程只有一个控制线程：某一时刻执行的一组机器指令。
对于某些问题，如果有多个控制线程分别作用于他的不同部分，那么解决起来旧容易得多。另外，多个控制线程也可以充分利用多处理器系统的并行能力。
一个进程内的所有线程共享同一地址空间、文件描述符、栈、以及进程相关的属性。
所以各线程在访问共享数据时，需要采取同步措施以避免不一致性。
线程也用ID标识，线程ID只在它所属的进程内起作用。
出错处理
UNIX系统函数出错时，通常返回一个负值。而有些函数对于出错则使用另一种约定而不是返回负值。录入大多数返回指针的函数，在出错时会返回一个null指针。
文件
POSIX和ISO C将errno定义为一个符号，扩展成为一个可修改的整型左值。可以使一个包含出错编号的整数，也可以是一个返回出错编号指针的函数。
以前使用的定义是：
extern int errno;
但是在支持线程的环境中，多个线程共享进程地址空间，每个线程都有属于他自己的局部errno以避免一个线程干扰另一个线程。例如，Linux支持多线程存取errno，将其定义为：
extern int *__errno_location(void);
#define errno (*__errno_location())
C标准定义了两个函数，用于打印出错信息。
char* strerror(int errnum); //string.h
void perror(const char* msg); //stdio.h
strerror返回errnum对应的出错消息字符串
perror首先输出msg，然后是冒号 空格，接着输出errno值的出错信息，最后是一个换行符
信号
当进程发生了某种情况时，系统将对应信号发送给进程
进程有3中方式处理信号
1 忽略信号 （不推荐）
2 按系统默认方式处理。
3 提供一个函数，信号发生时调用该函数，称为捕捉该信号。
很多情况下都会产生信号。终端键盘上有两种产生信号的方法
中断键：Delete键或Ctrl+C
退出键：Ctrl+\
此两个键用于中断当前运行的进程。
另一种产生信号的方法是调用kill函数。可以在一个进程中调用kill函数项另一个进程发送信号。这种方式有限制：当向一个进程发送信号时，必须是哪个进程的所有者或者超级用户。
捕捉信号
signal函数：例：
static void sig_int(int);
if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR) {
err_sys("signal error");
}
添加上述代码，则在产生SIGINT信号时，sig_int函数会被调用
时间值
日历时间：从1970年1月1日00:00:00这个特定时间以来所经过的秒数。系统基本数据类型time_t用于保存这种时间值。
进程时间：也被称为CPU时间，用以度量进程使用的中央处理器资源。基本数据类型clock_t保存这种时间值。
UNIX系统为一个进程维护3个进程时间值：
时钟时间： 进程运行的时间总量
用户CPU时间：执行用户执行所用的时间量。
系统CPU时间：执行内核程序所经历的时间
系统调用
C语言定义的直接进入内核的入口点
从实现者角度来看，系统调用和库函数之间有根本的区别；但从用户角度来看，其区别并不重要。
例：
malloc为存储空间分配函数，UNIX系统中处理存储空间分配的系统调用是sbrk，sbrk仅按指定字节数增加或减少进程地址空间。如何管理该地址空间取决于进程。
malloc即实现一种对该地址空间的特定分配。如果对标准的malloc不满足，则可以定义自己的malloc，malloc中很可能将使用sbrk系统调用。
即：malloc库函数和sbrk系统调用的职责不同：内核中的系统调用分配一块空间给进程，而库函数malloc则在用户层次管理这一空间。
另一差别是：系统调用通常提供一种最小的接口，而库函数通常提供比较复杂的功能。