Linux System Programming 學習筆記(一) 介紹

1. Linux系統編程的三大基石：系統調用、C語言庫、C編譯器

系統調用：內核向用戶級程序提供服務的惟一接口。在i386中，用戶級程序執行軟件中斷指令 INT n 以後切換至內核空間

用戶程序經過寄存器告知內核執行系統調用的所需參數

 

2. API 和 ABI

API：application programming interface 定義源碼級接口，必須確保源碼級兼容

ABI：application binary interface 定義二進制接口，必須確保二進制兼容

ABI包括：調用約定、字節序、寄存器使用、系統調用、連接、二進制文件格式

調用約定：定義了 函數如何調用、參數如何傳遞、寄存器使用、調用者恢復返回值

ABI與機器體系結構密切相關，不一樣體系結構的機器具備不一樣的ABI

 

3. 文件

文件是在linux中最基本和最基本的抽象。

內核在併發文件訪問上沒有任何限制條件，多個進程能夠對同一個文件同時進行讀寫操做

用戶級程序必須相互協調以確保併發文件訪問獲得正確的同步

 

每一個文件在文件系統內都是經過惟一的inode編號來引用， inode節點包含了文件絕大部分信息，對應於系統調用stat

經過inode編號來存取文件很是繁瑣，所以 用戶級程序都是經過文件名而不是文件的inode編號來訪問

目錄就是用來將人類可讀的文件名映射爲 文件系統內相應的inode編號，目錄項(dentry)就是存儲諸對映射的哈希表

目錄僅僅包括文件名到inode編號的映射，內核使用這個映射來執行 finename-to-inode 決議

 

例如打開 /home/blackbeard/concorde.png

內核順沿路徑名的目錄項(內核裏稱爲 dentry) 來查找 下一個entry的inode

內核首先從 / 開始，獲取 home 的inode，而後從home的目錄項獲取 blackbeard 的inode，最後從blackbeard的目錄項獲取concorde.png的inode，經過最後獲得的inode打開文件

內核一般使用 dentry cache (目錄項緩存) 來加速 目錄決議

 

硬連接： 多個不一樣的文件名映射到同一inode

硬連接容許咱們多個路徑名指向同一數據，每一個inode記錄一個指向它本身的連接數，只有當連接數減小至0時，才能從文件系統移除inode

硬連接不能跨文件系統，由於在inode自身的文件系統以外，inode編號是沒有意義的。

 

符號連接：能夠跨文件系統的連接

 

字符設備：相似字節隊列，按照隊列順序依次讀取字符，鍵盤就是字符設備

塊設備：相似字節數組

命名管道：進程間通訊機制 

套接字：提供不一樣機器之間的進程間通訊

 

文件系統是組織文件和目錄造成的合理的層次體系。文件系統能夠獨自地從全局命名空間中添加或移除，稱爲 掛載 和 卸載

 

4. 進程

進程是正在執行的目標代碼。

進程開始於可執行目標代碼，Linux最經常使用的格式爲 ELF

ELF中最重要的是 文本段、數據段 和 bss段：

文本段包括 可執行代碼和只讀數據，好比 常量

數據段包括 初始化數據

bss段包括 未初始化的全局數據。 當bss段加載進內存時，內核會對該段映射 zero page(a page of all zero)

 

進程只能經過系統調用來請求和管理資源(包括計時器、信號、打開文件、網絡鏈接、硬件、IPC機制)

進程是虛擬化抽象，Linux內核經過 搶佔式多任務 和 虛擬內存 來提供 處理器虛擬化 和 內存虛擬化

從進程角度來看，進程獨佔cpu，每一個進程都有單一的線性地址空間

 

Linux中，進程遵循嚴格的層次體系，即 進程樹

進程樹的根節點是 init 進程，新進程經過fork建立， 若是父進程在子進程以前結束，那麼內核將該子進程掛在 init 父進程之下

一個子進程終止時，並不當即從內核移除，而是等待其父進程經過wait查詢其終止狀態。 只有父進程wait以後，該進程才徹底消亡。

一個已經終止，可是仍未被父進程wait的進程稱爲 僵死進程

 

5. 用戶權限

 

6. 信號

信號是一種異步通知機制

SIGKILL：always terminates the process

SIGSTOP：always stops the process