UNIX基础知识
1.1 引言
操作系统的作用：为它们所运行的程序提供服务。典型的服务包括：执行新程序、打开文件、读写文件、分配内存、获得时间等；
1.2 UNIX体系结构
严格意义上来讲，可将操作系统定义为一种软件，它控制计算机的硬件资源，提供程序运行环境，通常将这种软件称为内核（kernel），因为它相对较小，且位于环境核心。 
内核的接口被称为系统调用（system call）；
公用函数库构建在系统调用之上；
应用程序既可以使用公用函数库，也可以使用系统调用；
shell是一个特殊的应用程序，它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，这使得计算机能够发挥作用，并使计算机有自己的特性；这些软件包括:系统实用程序（system utility）、应用程序、shell、以及公用函数库等；例如，Linux是GNU操作系统实用的内核；“操作系统”这个词有双重含义（严格意义上的内核，广义上的内核及其他软件和库），但这样是可以被理解的（这样的叫法更简洁）；
1.3 登录
1. 登录
用户在登录UNIX系统时，先键入登录名，然后键入口令（密码）；系统将口令加密存储到一个文件中（叫做口令文件）；
口令文件有7个字段构成，由“：”号分隔，最后两个字段表示“home”目录和shell程序；
2. shell
用户登录系统后，系统根据用户口令文件中的最后一个字段确定使用哪种shell程序，并运行在一个视窗系统中；
shell是一个命令行解释器，它读取用户输入，然后执行命令；
输入来自终端的shell叫做“交互式shell”；
输入来自文件的shell叫做“非交互式shell”；
linux不同的版本使用的默认shell不同；
1.4 文件和目录
1. 文件系统
UNIX文件系统是目录和文件的一种层次结构，所以东西的起点是称为根（root）的目录，这个目录的名字是一个字符“/”；
目录（directory）是一个包含目录项的文件。可以认为每个目录项都包含一个文件名，同时还包含说明该文件属性的信息；（笔者注：目录也是文件，文件中包含的目录项就是各个子文件）
2. 文件名
目录中的各个名字称为文件名（filename）。只有/和空字符不能作为文件名，/用来分隔构成路径的各个文件名，空字符用来终止一个路径名；
创建一个新目录会自动创建两个文件名：. 和..，分别表示当前目录和上一级目录，在最高层次的根目录中，点和点点相同；
3. 路径名
用斜线分隔的一个或多个文件名组成的序列（也可以以斜线开头），组成路径名（pathname）；
绝对路径：以斜线开头的路径叫做绝对路径（absolute pathname）；
相对路径：以文件名开头的路径名（relative pathname）；
/是一个特殊的绝对路径，它不包括任何文件名；
UNIX系统手册使用数字1-8将其分为8个部分，一些UNIX系统进一步用大写字母将各个大部分分解成若干个小部分；如ls(1)表示系统手册第一部分的ls项；fopen(3S)表示系统手册中的第3项S小项；
4. 工作目录
每个进程都有一个工作目录（working directory），有时称其为当前工作目录（current working directory）。所以相对路径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
登录时，工作目录设置为起始目录（home directory），该起始目录从口令文件中获得；
1.5 输入和输出
1. 文件描述符
文件描述符（file descriptor）通常是一个非负整数，内核用以标识一个特定的进程正在访问的文件。当内核打开一个文件或创建一个新文件时，它都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；
2. 标准输入、标准输出和标准错误
每当运行一个新程序时，shell都为其打开3个文件描述符，即标准输入（standard input），标准输出（standard output），标准错误（standard error）；
如果不做特殊处理，则这3个文件描述符都链接到终端。shell提供一种方法，使其中一个或3个文件描述符都能重定向到某个文件，例如：
ls > file.list 执行ls命令，使其标准输出重定向到file.list文件。
（笔者注：如何重定向标准错误？）
ls >file.list 2>&1
(2>1的意思是stdout>stderr，&的意思是同时也在屏幕上显示)
3. 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。
unistd.h提供了这些函数的原型，以及STDIN_FILENO和STDOUT_FILENO(代表0和1)，这些是POSIX标准的一部分。
4. 标准I/O
标准I/O函数为那些不带缓冲的I/O函数提供了一个缓冲的接口。例如：
printf、scanf都在stdio.h中，其中也包括了stdin和stdout等I/O标准常量（代表0和1文件描述符）；
1.6 程序和进程
1. 程序
程序（program）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（7个exec函数之一），件程序读入内存，并执行程序。
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；
UNIX系统确保每个进程都有个一唯一的数字标识符，称为进程ID（process ID）.它是一个非负整数。
使用函数pid_t getpid()可以得到当前的进程ID，pid_t是一个长整型；
3. 进程控制
有3个用于进程控制的主要函数：fork、exec和waitpid。（exec有7种变体）
4. 线程和线程ID
通常一个进程只有一个控制线程（thread）–某一时刻执行的一组机器指令。
与进程相同，线程也用ID标识。
控制线程的函数与控制进程的函数类似，但有另一套。
（将来连接到第12章 线程）
1.7 出错处理
当UNIX系统函数出错时，通常会返回一个负值，整型变量errno被设置为具有特定信息的值。
大多数返回对象指针的函数出错时会返回null指针。
文件errno.h中定义了errno以及可以赋予它的各种常量。这些常量都以E开头。
extern int errno；C标准定义了两个函数，用于打印出错信息：
char *strerror(int errnum);//打印errnum（errno）的值，并返回此字符串；void perror(const char *msg);//先输出msg指向的字符串，然后是一个冒号和一个空格，接着是errno值对应的出错消息，最后是一个换行符。1.8 用户标识
1. 用户ID
口令文件登录项目中的用户ID（user ID）是一个数值，它向系统标识各个不同的用户。
用户ID为0的用户为根用户（root）或超级用户（superuser）。
2. 组ID
口令文件登录项也包括用户的组ID（group ID），它是一个数值。组ID也是由管理员在指定用户登录名时分配。一般来说，口令文件中有多个登录项具有相同的组ID（笔者注：口令文件中的每一个登录项对应一个用户登录信息）。组用来将多个用户集合到项目或部门中去。这种机制允许同组的各个成员之间共享资源（如文件）。
组文件将主名映射为数值的组ID。组文件通常为/etc/group。
使用数值的用户ID和数值的组ID设置权限是历史上形成的。
对于硬盘上的每个文件，文件系统都存储该文件所有者的用户ID和组ID。因为比较数值比比较ASCII字符更快。
程序可用getuid和getgid函数来获得UID和PID.
3. 附属组ID
除了在口令文件中对一个登录名指定一个组ID外，大多数UNIX系统还允许一个用户属于另外一些组。
登录时，读文件/etc/group，寻找列有该用户作为其成员的前16个记录项，就可以得到该用户附属组ID（supplementary group ID），大多数系统支持16个附属组。
1.9 信号
信号用于通知进程发生了某种情况。进程有三种处理信号的方式：
（1）忽略信号。
（2）按系统默认的方式处理。
（3）提供一个函数，信号发生时调用该函数，这被称为捕捉该信号。
很多情况都很产生信号。
中端键盘上有两种产生信号的方式，分别为中断键（interrupt key，通常是Delete或Ctrl+c）和退出键（quit key，通常是Ctrl+\），它们被用于中断当前运行的进程。
另一种是调用kill函数，在一个进程中调用kill可以向另外一个进程发送一个信号。条件是我们必须是那个进程的所有者或超级用户。
在程序中调用signal函数可以捕捉到发送给进程的信号，并再捕捉到信号后调用处理函数（相当于注册），例如：
static void sig_int(int);//our signal-catching function
//...
int main()
{
//...
if(signal(SIGINT,sig_int)==SIG_ERR)
err_sys("signal error.");
//...
}1.10 时间值
历史上，UNIX使用过两种不同的时间值。
（1）日历时间。该值使用UTC（1970年1月1日 00：00:00）以来的秒数。该时间可用来记录文件最近一次修改的时间值等。系统基本类型time_t用于保存这种时间值。
（2）进程时间。也被称为CPU时间，用于度量进程使用的CPU资源。进程时间以时钟滴答计算。每秒钟曾经取50、60或100个时钟滴答。系统基本类型clock_t用于保存这种时间值。可以使用sysconf函数得到每秒的时钟嘀嗒数。
当度量一个进程的执行时间时，UNIX系统为一个进程维护了3个进程时间值：
*时钟时间；又称为墙上时钟时间（wall clock time），它是进程运行的时间总量，其值与系统中运行的进程数有关。
*用户CPU时间；执行用户指令所用的时间；
*系统CPU时间；为该进程执行内核程序所经历的时间。
使用time （1）命令可以得到这三个时间；
1.11 系统调用和库函数
系统调用接口总是在《UNIX程序员手册》的第2部分说明，是用C实现的，与具体系统如何调用一个系统调用的实现无关。（解释：系统调用与具体的硬件有关，linux的实现是通过0x80中断进入中断处理程序，0x80中断定义为系统调用，再由具体的系统调用表找到相应的系统调用程序，执行系统调用程序后返回到用户空间。）
UNIX所使用的技术是为每个系统调用在标准C库中设置一个具有相同名字的函数。用户进程用标准C库来调用这些函数，然后，函数又用系统所要求的技术调用相应的内核服务。从应用角度考虑，可将系统调用视为C函数。
在本书中，系统调用和库函数都以C函数形式出现，两者都为应用程序提供服务。
除了必须说明，我们将系统调用和库函数都称为函数（function）。