1.1 Unix体系结构
OS定义为一种软件，它控制计算机硬件资源，提供程序运行环境，一般称其为内核（kernel），它体积小，位于环境中心。
内核的接口为系统调用（system call），共用函数库构建在系统调用上，应用软件既可以使用公用函数库，也可以使用系统调用。shell是一种特殊的应用程序，它为运行其他应用程序提供一个接口。
下图为 UNIX 体系结构：
广义上，OS包括内核和一些软件，例如 Linux 是 GNU 操作系统使用的内核，可以称这种操作系统为 GNU/Linux，但是通常简称为 Linux。所以 Linux 本身有双重含义，内核和操作系统。
1.2 登陆
（1）登录名
用户登陆 UNIX 系统，键入 登录名，再键入 口令。系统在其口令文件（通常是/etc/passwd文件）中查看登录名。
我文件中的内容：
口令文件中的登陆项由7个以冒号分隔的字段组成，他们分别是：
登陆名、加密口令、数值用户ID、数值组、注释字段、起始目录、shell程序
其中，所有OS已将加密口令移到另一个文件中，第6章将说明这种文件以及访问他们的函数。
（2）shell
用户登陆后，用户可以向shell程序键入命令，某些系统会启动一个视窗管理程序，但 最终总会有一个shell程序运行在一个视窗中。
shell是一个命令解释器，它读取用户输入，然后执行命令。
用户通常用终端（交互式shell），有时通过文件（shell脚本，shell script）向shell进行输入。
下图是常见的shell
Steve Bourne在贝尔实验室开发的 Bourne shell。
Bourne-again shell 是GNU shell，所有Linux系统都提供这种shell，它被设计遵循 POSIX 的。
1.3 文件和目录
（1）文件系统
UNIX文件系统是目录和文件组成的一种层次结构，目录的起点称为根（root），名字是 / 。
目录（directory）是一个包含许多目录项的文件。
在逻辑上，可以认为每个目录项都包含一个文件名，文件属性信息（文件类型，文件大小...），stat 和 fstat 可以返回文件属性的一个信息结构。
目录项的逻辑视图与实际存放在磁盘上的方式是不同的。UNIX 文件系统的大多数实现并不在目录项中存放属性，这是因为当一个文件具有多个硬链接时，很难保持多个属性副本之间的同步。到第4章讨论硬链接时，这个问题将很好理解。
（2）文件名
目录中各个名字称为文件名（filename）。
文件名中不能出现斜线（/）和空操作符（null）。因为谢贤用于分隔各文件名构成路径名。空操作符用于终止一个路径名。
创建新目录时会自动创建两个文件名：. 和 .. ，点指向当前目录，点一点指向父目录。在最高层次的根目录中，点一点和点相同。
现在，所有的UNIX系统支持至少 255 各字符的文件名。
（3）路径名
一个或多个斜线分隔的文件名序列构成路径名（pathname），以斜线开头的路径称为绝对路径（absolute pathname）,否则称为相对路径（relative pathname）。相对路径名引用相对于当前目录的文件。
// 列出一个目录中所有文件
#include "apue.h"
#include <dirent.h>
int main(int argc, char **argv)
{
DIR *dp;
struct dirent *dirp;
)
err_quit("usage: ls directory_name");
])) == NULL)
err_sys(]);
while ((dirp = readdir(dp)) != NULL)
printf("%s\n", dirp->name);
closedir(dp);
exit();
}
因为各种不同 UNIX 系统目录项的实际格式是不一样的，所以使用函数 opendir, readdir, closedir对目录进行处理。
opendir 函数返回指向 DIR 结构的指针，将这个指针传给 readdir 函数，我们不关心 DIR 结构中包含了什么。然后，在循环中调用 readdir 来读每个目录项。
readdir 函数返回一个指向 dirent 结构的指针，而当目录中已无可读的目录项时则返回 null 指针。在dirent 结构中取出的是每个目录项的名字（d_name）。使用该名字，此后可调用 stat 函数以获得该文件的所有属性。
当程序将结束，它以参数0调用函数 exit，exit终止程序，按惯例，参数0表示正常结束，参数1-255表示出错。
struct dirent 结构如下：
（4）工作目录
每个进程 都有一个工作目录（working directory），有时称为当前工作目录（current working directory）。所有相对路径名都从工作目录开始解释。进程可以用chdir函数更改其工作目录。
（5）起始目录
登陆时，工作目录设置为起始目录（home directory），该起始目录从口令文件中相应用户的登陆项中取得。
1.4 输入和输出
（1）文件描述符
文件描述符（file descriptor）通常时一个小的非负整数，内核用它标识一个特定进程正在访问的文件。当内核打开一个已有文件或创建一个新文件时，它返回一个文件描述符。在操作文件时，可以使用。
（2）标准输入、标准输出和标准出错
按惯例，每当运行一个新程序时，所有shell都为其打开三个文件描述符：标准输入（standard input）、标准输出（standard output）以及标准出错（standard error）。
如果项 ls 那样没有做什么特殊处理，则这三个描述符都链向终端。
大多数 shell 都提供一种方法，使其中 任何一个或所有这三个描述符都能重定向到某个文件，如：
ls > file.list
（3）不用缓冲的 I/O
函数 open、read、write、lseek以及close提供了不用缓冲的 I/O。这些函数都使用文件描述符。
// 将标准输入复制到标准输出
#include "apue.h"
#define BUFFSIZE 1
int main(void)
{
int n;
char buf[BUFFSIZE];
)
if (write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n)
err_sys("write error");
)
err_sys("read error");
exit();
}
由于键入值的传递是 FIFO结构的，所以无论 BUFFSIZE 设置为什么值，程序都能正常执行，但是执行效率不同。
（2）标准 IO
标准 I/O 函数提供一种对不用缓冲 I/O 函数的带缓冲接口。使用标准 I/O 函数无需担心如何选取最佳的缓冲区大小，例如上面程序中的 BUFFSIZE 常量的大小。
使用标准 I/O 函数的另一个优点是简化了对输入行的处理。例如，fgets函数读一完整的行，而read函数读指定字节数。
在5.4节中，我们将了解到，标准 I/O 函数库提供了使我们能够控制该库所使用的缓冲风格的函数。
// 用标准 I/O 将标准输入复制到标准输出
#include "apue.h"
int main()
{
int c;
while ((c = getc(stdin)) != EOF)
if (putc(c, stdout) == EOF)
err_sys("output error");
if (ferror(stdin))
err_sys("input_err");
exit();
}
EOF是一个常量，在stdio.h 中定义，使用 ctrl + D键入。 标准输入/标准输出 stdin 和 stdout 定义在 stdio.h 中，表示标准输入和标准输出文件。
1.5 程序和进程
（1）程序
程序（program）是存放在磁盘上、处于某个目录中的一个可执行文件。使用6个exec函数中的一个由内核将程序读入存储器，并使其执行。
（2）进程和进程ID
程序的执行实例被称为进程（process）。某些操作系统用任务（task）表示正被执行的程序。
UNIX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（process ID）。进程ID总是一非负整数。
（3）进程控制
有三个用于进程控制的主要函数：fork、exec和waitpid。
// 从标准输入读命令并执行
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
char buf[MAXLINE];
pid_t pid;
int status;
printf("%% ");
while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
] == '\n')
buf[strlen(buf) - ] = ; /* replace newline with null */
) {
err_sys("fork error");
} ) {
execlp(buf, buf, ();
err_ret("couldn't execute: %s", buf);
exit();
}
)) < )
err_sys("waitpid error");
printf("%% ");
}
exit();
}
fgets从标准输入一次读一行，当键入文件按结束字符EOF（使用 ctrl + D）作为行的第一个字符时，fgets返回一个 null 指针，程序退出。
由于 execlp 函数要求参数以 null 结尾，而不是换行符，所以需要进行替换。
（4）线程和线程ID
通常，一个进程只有一个控制线程（thread），同一时刻只执行一组机器指令，对于某些问题，如果不同部分各使用一个控制线程，那么可简化问题解决。另外，多个控制线程能充分利用多处理器系统的并行性。
同一个进程的线程共享同一地址空间，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。
与进程相同，线程也用ID标识，但是线程ID只在它所属的进程内起作用。
1.6 出错处理
UNIX 函数出错时，通常返回一个负值，或者 null，而且整形变量 errno 通常被设置为函数有附加信息的一个值。
文件<errno.h>中定义了符号errno和可以赋予它的各种常量。
errno 以前的定义是：
extern int errno;
但是在支持线程的环境中，多个线程共享进程地址，每个线程都有属于自己的局部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())
对于errno应当知道两条规则。
第一：如果没有出错，则其值不会被一个例程清除。因此，仅当函数的返回值指明出错时，才检验其值。
第二：任一函数都不会将errno值设置为0，在<errno.h>中定义的所有常量都不为0
C标准定义了两个函数，它们帮助打印出错信息。
#include <string.h> char *strerror(int errnum);
#include <stdio.h> void perror(const char *msg);
它首先输出msg指向的字符串，然后一个冒号，一个空格，接着时errno值对应的出错信息，最后是一个换行符。
// 示例strerror和perror
#include "apue.h"
#include <errno.h>
int main(int argc, char **argv)
{
fprintf(stderr, "EACCES: %s\n", strerror(EACCES));
errno = ENOENT;
perror(argv[]);
exit();
}
出错恢复：
可将<errno.h>中定义的各种出错分成致命性和非致命性两类。对于致命性错误，无法执行恢复动作，最多只能在用户屏幕上打印一条出错信息，或写入日志，然后终止。而对于非致命性出错，可以进行处理，大多数非致命性出错本质上是暂时的，如资源短缺。
与资源相关的非致命性出错包括 EAGAIN、ENFILE、ENOBUFS、ENOLCK、ENOSPC、ENOSR、EWOULDBLOCK，有时 ENOMEM也是非致命性，当EBUSY指明共享资源正在使用时，可以将他作为非致命性出错处理，当EINTR中断一慢速系统调用时，可 将它作为非致命性出错处理。
对于资源相关的非致命性出错，一般恢复动作时延迟一些时间，然后再试。
1.7 用户标识
（1）用户ID
口令文件登陆项中的用户ID（user ID）是个数值，它向系统标识各个不同的用户。
系统管理员在确定一个用户登陆名同时，确定用户ID，用户不能更改用户ID。
用户ID为0，是超级用户。
（2）组ID
口令文件登陆项也包括用户的组ID（group ID），它是一个数值。
组被用于将若干用户分到不同的项目组或者部门中去。这种机制允许同组各个成员之间共享资源，而组外用户则不能。
组文件将组名映射为数字组ID，它通常是 /etc/group
使用数字ID是历史上形成的，为的是节省磁盘空间，另外权限校验也比字符串更省时。对于用户而言使用字符串更方便，所以口令文件包含了登陆名和用户ID之间的映射关系。
（3）附加组ID
大多数UNIX系统允许用户属于多个组。
1.8 信号
信号（signal）是通知进程已发生某种情况的一种技术。
进程对于信号有三种选择：忽略，默认方式处理，捕捉。
1.9 时间值
UNIX系统一直使用两种不同的时间值：
（1）日历时间，该值是自 1970年1月1日00:00:00以来国际标准时间（UTC）所经过的秒数累计值（早期称为格林尼治标准时间）。
系统基本数据类型 time_t 用于保存这种事件值。
（2）进程时间，也被称为 CPU 时间，用于度量进程使用CPU资源。进程时间以时钟滴答计算。历史上有每秒50，60或100个滴答。
系统基本数据类型 clock_t 用于保存这种时间值。
当度量一个进程的执行时间时，UNIX系统使用三个进程时间值：
时钟时间，用户CPU时间，系统CPU时间。
时钟时间：进程运行时间总量。
用户CPU时间：执行用户指令所用的时间。（进程在用户空间的时间）
系统CPU时间：执行内核程序所经历的时间。（进程在内核空间的时间）
要获进程的三种时间，只需要执行命令 time(1)。