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《UNUX环境高级编程》(1)UNIX基础

news 2025/8/8 14:59:12

1、引言

2、UNIX体系结构

在这里插入图片描述

操作系统
一种软件，控制计算机硬件资源，提供程序运行环境。操作系统包含了内核和一些其他软件（如shell、公用函数库、应用程序等）。例如Linux就是GNU操作系统的内核，因此也称为GNU/Linux操作系统。
系统调用
内核的接口
公用函数库
构建在系统调用之上
应用程序
既可以使用共用函数库，也可以使用系统调用
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

3、登录

4、文件和目录

根目录
所有东西的起点是根（root）目录，该目录的名称是一个字符/
目录
目录是一个包含目录项的文件。在逻辑上（实际上不是）每个目录项包含了文件名和一些属性信息（类型、大小、所有者和权限等）。创建新目录时都会创建两个文件（两个目录项）：.和..，.指向当前目录，..指向父目录。
路径名
以/开头的路径名为绝对路径，以根目录为起始。其他的路径名为相对路径，以当前目录作为起始。
工作目录
- 每个进程都有一个工作目录，有时称为当前工作目录。所有相对路径都从工作目录开始解释，进程可用chdir系统调用更改其工作目录，通过getcwd系统调用获取当前工作目录。
- 注意：假如在目录A中运行了目录B中的程序，那么进程B的工作目录是目录A
起始目录
登录时，工作目录设置为起始目录，一登录就位于的目录即为起始目录，该目录从口令文件中对应登录项中获得。

ls(1)命令的简要实现
ls(1)这种写法提示你通过man 1 ls这种方法查看ls对应的手册页，下面是ls的简要实现

#include "apue.h" // 针对本书创建的头文件，包括很多常量和函数原型，在该文件中有err_xxx函数
#include <dirent.h> // 方便使用 opendir和readdir等函数的原型int
main(int argc, char *argv[])
{DIR             *dp;struct dirent   *dirp;/* 只能传递2个参数，否则产生错误信息*/if (argc != 2)err_quit("usage: ls directory_name");/* opendir函数返回指向DIR的指针，如果目录项中无目录可读，则产生错误信息 */if ((dp = opendir(argv[1])) == NULL)err_sys("can't open %s", argv[1]);/* 在循环中调用readdir来读每个目录项，返回一个指向dirent的指针 */while ((dirp = readdir(dp)) != NULL)/*取出dirent结构体中每个目录项的名字(d_name)*/printf("%s\n", dirp->d_name);closedir(dp);/*函数exit终止程序，参数0意思是正常结束，1~255则表示出错*/exit(0);
}

示例输出如下：

/*语法错误*/
lh@LH_LINUX:~/桌面/Program/apue.3e/intro$ ./ls1 
usage: ls directory_name
/*打开目录错误，错误类型有多种*/
lh@LH_LINUX:~/桌面/Program/apue.3e/intro$ ./ls1 /etc/ssl/private/
can't open /etc/ssl/private/: Permission denied
lh@LH_LINUX:~/桌面/Program/apue.3e/intro$ ./ls1 /dev/tty
can't open /dev/tty: Not a directory
/*注意：ls命令会按照字典序输出，但这里并未如此*/
lh@LH_LINUX:~/桌面/Program/apue.3e/intro$ ./ls1 .
shell2
..
hello.c
Makefile
shell2.c
mycat.c
ls1
uidgid
testerror.c
uidgid.c
shell1.c
shell1
.
ls1.c
hello
1
getcputc.c
testerror
getcputc
mycat

5、输入和输出

文件描述符
通常是一个非负整数，内核用它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，都返回一个文件描述符
标准输入、标准输出和标准错误
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、标准输出和标准错误。这三个描述符都链接至终端。在头文件#include <unistd.h>中，定义了三个常量以表示标准输入、标准输出、标准错误。
```
/* Standard file descriptors.  */
#define	STDIN_FILENO	0	/* Standard input.  */
#define	STDOUT_FILENO	1	/* Standard output.  */
#define	STDERR_FILENO	2	/* Standard error output.  */
```
详细命令行用法可见Linux基础(2) 管道符、重定向与环境变量
不带缓冲的I/O
函数open、read、write、lseek、close等系统调用提供了不带缓冲的I/O。
```
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
```
例如上面的read系统调用函数声明，由于不带缓冲区，因此不同的buf大小（count字节数）就会影响程序的效率。

实现从标准输入读，向标准输出写

#include "apue.h"#define BUFFSIZE        4096int
main(void)
{int             n;char    buf[BUFFSIZE];/*read函数返回读取的字节数，此值用作要写的字节数。当到达输入文件的尾端时，read返回0。如果发生了一个读错误，read返回-1*/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");/*进程终止时，内核自动关闭它所有的打开文件，这样就不用显式地使用close()系统调用*/exit(0);
}

示例输出如下：

//标准输入是终端，标准输出重定向至文件text
lh@LH_LINUX:~/桌面/Program/apue.3e/intro$ ./mycat > text
YOU AND ME[ctrl+D][ctrl+D] //注意：该行需在终端键入,Ctrl+D可以用来结束终端输入

最后打开文件text可以得到上述字符串

//标准输入是infile，标准输出是ouputfile,最后infile的内容会追加至ouputfile
lh@LH_LINUX:~/桌面/Program/apue.3e/intro$ ./mycat <infile >>ouputfile

假定infile中的内容是LiHua,ouputfile 中的内容是My name is:，那么最后输出的的ouputfile的内容是My name is: LiHua

带缓冲的I/O
标准I/O库函数是带缓冲的函数，无需担心如何选取缓冲区的大小，例如上例中BUFFSIZE的大小。使用标准I/O还简化了对输入行的处理。例如，fgets函数读取了一个完整的行，而read函数读取指定字节数。
以标准I/O的形式复现前一个调用了read和write的程序
```
#include "apue.h"int
main(void)
{int  c;while ((c = getc(stdin)) != EOF)if (putc(c, stdout) == EOF)err_sys("output error");if (ferror(stdin))err_sys("input error");exit(0);
}
```
函数getc以此读取一个字符，然后函数putc将此字符写到标准输出。读到输入的最后一个字节时，getc返回常量EOF。注意：常量EOF、stdin和stdout都在头文件<stdio.h>中进行定义，后两者分别表示标准输入和标准输出。