Linux基礎第一章 概述

第一章 概述

1.1 前言

本章討論系統的概念，從硬體、作業系統角度更加深刻的理解計算機系統，並快速瀏覽Linux系統提供的服務。

1.2 系統組成

1.3 作業系統和應用程式

作業系統這個詞語有二意性，有時候指核心，有時候指核心和系統工具軟體的組合。

作業系統是管理系統硬體的軟體。作業系統是直接執行在裸機之上。其他應用軟體執行在作業系統之上。

作業系統本身提供操作介面，支援使用者通過該介面來操作 系統，但是系統本身提供的功能，不足於完成使用者需求時，則需要開發應用程式來拓展系統功能。

發行版：
不同的公司使用Linux核心，加上自己開發的系統工具軟體，一起釋出的Linux作業系統版本。

1.4 啟動和登陸

配置檔案：
/etc/profile：系統啟動時被執行
~/.bashrc：使用者登陸時會呼叫

1.5 檔案

檔案是一個重要的概念，一般定義為資訊的集合。計算機做為資訊處理的機器，檔案是計算機處理的物件。

在Unix和Linux系統中，泛化了檔案的概念，裝置也被抽象成檔案物件來進行操作。

資料的集合叫做檔案。
IT行業處理資訊：轉換，傳輸，儲存

1.6 程式、程序

1.7 錯誤處理

系統呼叫在一般情況下返回整數，並且0表示成功，小於0表示失敗。當系統呼叫返回失敗時，可以通過errno獲得錯誤嘛，通過strerror獲取錯誤解釋，或者直接通過perror在標準錯誤檔案中，輸出錯誤資訊。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
// 通過open返回的整數，在linux中有個特別的名字
// 叫檔案描述符 file description 簡稱fd

int fd = open("a.txt", O_WRONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0777);
if(fd < 0)//表示檔案開啟失敗
{
perror("open");
return 0;
}

// 把指標放到檔案開頭
lseek(fd, 0, SEEK_SET);

// 對檔案進行操作
write(fd, "hello", 5);

// 關閉檔案，如果不關閉，記憶體會洩漏
// 當程序退出時，未關閉的檔案會自動關閉
close(fd);

}

1.8 使用者、組、檔案許可權

Linux是多使用者系統，支援多個使用者同時登陸系統。
為了安全起見，需要對系統的許可權加於規範。

1.9 訊號

訊號是程序通訊的一種手段，某個程序收到訊號，該訊號可能來自核心、來自其它程序或者來自使用者操作。例如：當用戶按下ctrl+c時，其實是給前臺程序傳送了一個訊號。

1.10 系統呼叫和庫函式

學習Linux系統開發介面時，程式設計師也需要學習一般常用的第三方庫，來拓展程式設計師的程式設計能力。

User Space和Kernel Space是作業系統程式設計中常用的概念，表示當前的程式碼在使用者空間還是核心空間執行，對於不同的執行空間，CPU對記憶體的處理方式稍有不同，在講程序虛擬地址空間時再涉及該概念。

系統呼叫指作業系統核心提供的功能，它提供了介面給使用者空間程式碼呼叫。比如open/read/write/close等，都是屬於Linux系統操作介面，而fopen/fread/fwrite/fclose是屬於C標準提供的介面，在Linux下，fopen其實底層呼叫了open。

配置檔案：
/etc/profile：系統啟動時被執行
~/.bashrc：使用者登陸時會呼叫

檔案操作

標頭檔案：sys/types.h sys/stat.h fcntl.h 例:int fd=open(“檔案路徑”,mode); mode決定了對檔案的操作方式 第三個引數可有可無，對檔案許可權進行處理， 因umask存在，建立檔案許可權要與上000 000 010的反，導致使用者許可權開始不能有寫的許可權

函式：

perror:對某種錯誤資訊進行列印

open/creat：開啟檔案/建立檔案
read：讀檔案
write：寫檔案
close：關閉檔案
lseek：定位檔案讀寫位置
fcntl：修改檔案屬性
sysconf：讀取系統配置
dup/dup2：複製檔案描述符
sync/fsync/fsyncdata：同步檔案資料
mmap/munmap：檔案對映
mkstemp：得到臨時檔案路徑

命令

touch：修改檔案的訪問時間，建立檔案
cat：訪問檔案內容
vim：編輯
ulimit：顯示一些限制資訊（檔案描述符最大值、棧的空間尺寸）
umask：檔案建立的許可權掩碼
getconf：對應sysconf

dd：可以拷貝塊裝置，但是要sudo許可權 例 dd if=位置 of=檔名 bs=一次多少k cout=拷貝次數

Wc:計算檔案的行數 單詞個數 位元組數

unlink:刪除軟連結

訊號

是控制程序通訊的一種方式，效率高，成本低

訊號處理方式：掩蓋、忽略、預設處理

掩碼：延遲訊號的處理 運用訊號集合

掩蓋不可靠訊號，多次傳送，只處理一次 掩蓋：可靠訊號 處理多次

程序

fork()建立

執行緒

滑鼠鍵盤都是隻讀的字元資料夾裝置，所以可以運用函式進行監控 一般在/dev/input/mic 檔案下面 注意許可權問題 滑鼠鍵盤讀取資料，是倆個程序，注意程序的阻塞問題 可以運用字程序和父程序進行處理

執行緒的建立

pthread_created(1，2，3，4) //1：執行緒的id 2：執行緒的的屬性 3：新執行緒的函式名字， 4：新執行緒的屬性 要連結 -lpthread 庫

注意子執行緒是依附主執行緒的，主執行緒結束，子執行緒無法執行 這個pthread_exit(0)主執行緒結束，子執行緒沒有退出例外

運用pthread_equal 判斷執行緒是否相等，先等返回0 不相等返回非零值

pthread_jion(1,&ret) 阻塞呼叫 1：執行緒id ret:執行緒返回值

pthread_t tid = pthread_self() 得到當前執行程序的id

程序和執行緒的區別：

程序：分配資源的單位執行緒：排程的單位多執行緒可以共享全域性變數

鎖

避免倆個執行緒同時操作全域性變數，第一個執行緒運用了鎖，後面的執行緒在外面等，等待解鎖後，後面的執行緒在進來

死鎖

連續倆次加鎖，加鎖後，沒有解鎖，又繼續加鎖，會導致死鎖。 運用迴圈鎖，可以重複加鎖 通過定義鎖的屬性，變為迴圈鎖 例：pthread_mutexattr_t attr; pthread_mutexattr_init(&attr); pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);pthread_mutex_init(&mutex,&attr)

加鎖後，忘記解鎖，也會出現死鎖 C++中運用解構函式，可以避免忘記解鎖，定義一個類

讀寫鎖

pthread_rwlock_t mutex;

pthread_rwlock_init(&mutex, NULL);

讀/寫鎖定pthread_rwlock_rd/wrlock(&mutex);

解鎖：pthread_rwlock_unlock(&mutex);

守護程序

守護程序不和終端關聯，注意此程序只能有一個，建立檔案記錄，判斷此程式是否開啟

程式設計規則：

設umask=0；

呼叫fork，讓父程序退出。 讓父程序變為init， 如果父程序不退出，用倆次fork()

呼叫setuid建立新會話 setsid

重設當前目錄/根目錄 chdir

關閉不需要的檔案描述符 運用迴圈關閉所有檔案描述符

高階IO

一個程序就是一段指令

IO複用技術

select的運用

運用檔案描述符集合 運用fd_set建立檔案描述符集合 檔案介面相對較小，跨平臺運用

FD_SET（1，2） 將檔案描述符放入檔案描述符集合 1：檔案描述符 2：集合名字

epoll的運用

epollfd 建立檔案描述符集合

epol_ctl將檔案描述加入集合中

非阻塞IO

管道

一邊讀，一邊寫

匿名管道 pipe()建立管道

mmap 可以實現有親子關係程序的檔案共享 效率低，資料寫入記憶體，在從記憶體中讀取資料 運用shm_open實現檔案共享也可以

檔案記憶體共享，無法進行通訊

通過鎖，讓程序共享記憶體進行通訊 pthread_mutex_init 需要將鎖放在共享記憶體中

fork + exec 讓程序有不同的功能