Linux系统编程(第2版)

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()调用的大小限制 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()大小限制 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 限制 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 完全公平调度器 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 资源限制 193
6．7．1 限制项 194
6．7．2 获取和设置资源限制 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 锁的限制 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