[單刷APUE系列]第二章——Unix標準及實現

時間 2019-11-09

標籤 apue 系列第二 unix 標準實現欄目 Unix 简体版

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Unix標準化

Unix編程環境和C程序設計語言是如此的廣泛，並且標準化工做作了很是多，可是20世紀80年代Unix版本種類的劇增以及他們差異的擴大致使跨平臺移植變得愈來愈難，不少用戶都呼籲對其進行標準化。
Unix標準化有四個，ISO C、IEEE POSIX、Single Unix Specification、FIPS編程

ISO C

ISO C標準如今由ISO/IEC的C程序設計語言國際標準工做組維護和開發。ISO C標準的意圖是提供C程序的可移植性，使其能適應於大量的操做系統。標準不但定義了C程序設計語言的語法，還規定了必備的標準庫。
1989年，C程序設計語言的ANSI標準被採納爲國際標準，也是最先的一次標準化過程，目前被稱爲C89標準
1999年，ISO C標準被更新，在C89的基礎上增長了基本數據類型、關鍵字和一些系統函數，這也是目前主流的C語言編譯器標準，即C99標準，是繼C89之後的第二個C語言官方標準。自1999年以來，也有3次技術勘誤用於修正ISO C標準，分別於2001年、2004年和2007年，2011年還更新了C11標準，可是很是遺憾的是，標準審批和實際生產仍是有必定時間延遲，因此C11標準目前還並不是主流。
根據ISO C標準，C程序設計語言有24個頭文件，目前全部的Unix環境都支持這些頭文件。segmentfault

頭文件	說明
<assert.h>	驗證程序斷言
<complex.h>	複數運算支持
<ctype.h>	字符分類和映射支持
<errno.h>	錯誤碼
<fenv.h>	浮點環境
<float.h>	浮點支持
<inttypes.h>	整型格式轉換
<iso646.h>	賦值、關係、一元操做符宏
<limits.h>	實現常量
<locale.h>	本地化支持
<math.h>	數學運算庫
<setjmp.h>	非局部goto
<signal.h>	信號支持
<stdarg.h>	可變長度參數
<stdbool.h>	布爾類型支持
<stddef.h>	標準定義
<stdint.h>	標準整形
<stdio.h>	標準輸入輸出
<stdlib.h>	實用函數庫
<string.h>	字符串操做
<tgmath.h>	通用類型數學宏
<time.h>	時間日期支持
<wchar.h>	多字節寬字符支持
<wctype.h>	寬字符分類和映射支持

IEEE POSIX

IEEE POSIX在原書內指的是IEEE 1003.1操做系統接口標準，該標準的1988版本遞交給ISO，最終成爲了國際標準POSIX.1，然後IEEE 1003.1工做組對其做出不少修訂，包括了著名的pthreads多線程接口。POSIX標準不只包含了ISO C標準函數庫，還根據標準要求提供包含了系統調用和庫函數的頭文件，在這裏就不一一列出了。因爲POSIX標準只是定義了操做系統接口而非實現，因此並未區分系統調用和庫函數。其接口分爲兩部分，一部分是強制規定必須的部分，而另一部分是非強制要求的可選部分，多線程

Single Unix Specification

Single Unix Specification是POSIX.1標準的一個超集，它定義了一系列附加接口擴展了POSIX.1的功能，Open Group擁有Unix商標，他們定義了SUS標準，一個系統想要稱爲Unix系統，就必須實現這些接口，而且經過驗收性測試，才能獲得Unix商標使用權，其中就包括了Mac OS X系統，而Linux雖然實現了這些接口，可是從未提出過申請，因此Linux沒有獲得過Unix商標。app

FIPS

FIPS是聯邦信息處理標準，實際上並無什麼卵用，只是美國政府採購的標準，後來還被撤回了。ide

限制

在作Unix環境開發時，咱們常常遇到跨平臺編譯的問題，例如：x86_64和x86字長的不一樣致使的數據類型長度不一致。不一樣Unix版本對接口實現程度不一致。其中最重要的問題就是編譯時限制和運行時限制。
編譯時限制咱們能夠經過在頭文件中進行宏定義，而後使用include指令包含這些頭文件。也能夠向編譯器傳入-Dmacroname=value傳入宏定義參數來動態定義這些限制。
運行時限制則要求進程調用庫函數來得到系統內置的參數。
Unix系統提供了一下兩種限制：函數

編譯時限制(頭文件)測試
運行時限制：sysconf、pathconf和fpathconfui

除了Unix系統要求的限制，C程序設計語言的ISO C標準也提供了編譯時限制，全部的限制都被放在<limits.h>頭文件中，可是注意，這些限制的具體值其實是由Unix系統規定的而不是C語言規定。
例如<inttypes.h>頭文件，開發者能夠利用它提供的常量、宏和派生類型使其代碼與顯式指定大小的數據項兼容，而無論編譯環境如何。衆所周知，因爲x86_64和x86之間的區別，整形類型所使用的內存空間是不一樣的，也就是說，咱們極可能濫用整形致使邊界溢出的問題，在實際開發中，推薦的方法是使用定長的整形，而不是int和long，而這個文件也包含了格式化字符串所須要的描述參數的宏定義，極大地方便了開發者的使用。
Unix系統標準規定的全部限制只包含兩種：POSIX限制和XSI限制，對於開發者來講，這兩種限制沒有任何區別，都是以一樣的方式能夠獲取。
正如前文所言，限制分爲編譯時限制和運行時限制，運行時限制能夠經過下列三個函數獲取this

long sysconf(int name);
long pathconf(const char *pathname, int name);
long fpathconf(int fd, int name);

順便更正一下原著關於fpathconf函數返回值的錯誤，原著是log，其實是long。

The pathconf() and fpathconf() functions provides a method for applications to determine the current value of a configurable system limit or option variable associated with a pathname or file descriptor.

很是簡單易懂，這兩個函數實際上沒什麼區別，只是用文件描述符來代替文件路徑罷了。

_PC_LINK_MAX
             The maximum file link count.

     _PC_MAX_CANON
             The maximum number of bytes in terminal canonical input line.

     _PC_MAX_INPUT
             The minimum maximum number of bytes for which space is available in a terminal input queue.

     _PC_NAME_MAX
             The maximum number of bytes in a file name.

     _PC_PATH_MAX
             The maximum number of bytes in a pathname.

     _PC_PIPE_BUF
             The maximum number of bytes which will be written atomically to a pipe.

     _PC_CHOWN_RESTRICTED
             Return 1 if appropriate privileges are required for the chown(2) system call, otherwise 0.

     _PC_NO_TRUNC
             Return 1 if file names longer than KERN_NAME_MAX are truncated.

     _PC_VDISABLE
             Returns the terminal character disabling value.

     _PC_XATTR_SIZE_BITS
             Returns the number of bits used to store maximum extended attribute size in bytes.  For example, if the maximum attribute size
             supported by a file system is 128K, the value returned will be 18.  However a value 18 can mean that the maximum attribute size
             can be anywhere from (256KB - 1) to 128KB.  As a special case, the resource fork can have much larger size, and some file system
             specific extended attributes can have smaller and preset size; for example, Finder Info is always 32 bytes.

上面就是pathconf函數族可能獲取的值，具體的能夠參考<unistd.h>

_SC_ARG_MAX
The maximum bytes of argument to execve(2).

_SC_CHILD_MAX
The maximum number of simultaneous processes per user id.

_SC_CLK_TCK
The frequency of the statistics clock in ticks per second.

_SC_IOV_MAX
The maximum number of elements in the I/O vector used by readv(2), writev(2), recvmsg(2), and sendmsg(2).

_SC_NGROUPS_MAX
The maximum number of supplemental groups.

_SC_NPROCESSORS_CONF
The number of processors configured.

_SC_NPROCESSORS_ONLN
The number of processors currently online.

_SC_OPEN_MAX
The maximum number of open files per user id.

_SC_PAGESIZE
The size of a system page in bytes.

_SC_STREAM_MAX
The minimum maximum number of streams that a process may have open at any one time.

_SC_TZNAME_MAX
The minimum maximum number of types supported for the name of a timezone.

_SC_JOB_CONTROL
Return 1 if job control is available on this system, otherwise -1.

_SC_SAVED_IDS
Returns 1 if saved set-group and saved set-user ID is available, otherwise -1.

_SC_VERSION
The version of IEEE Std 1003.1 (``POSIX.1'') with which the system attempts to comply.

_SC_BC_BASE_MAX
The maximum ibase/obase values in the bc(1) utility.

_SC_BC_DIM_MAX
The maximum array size in the bc(1) utility.

_SC_BC_SCALE_MAX
The maximum scale value in the bc(1) utility.

_SC_BC_STRING_MAX
The maximum string length in the bc(1) utility.

_SC_COLL_WEIGHTS_MAX
The maximum number of weights that can be assigned to any entry of the LC_COLLATE order keyword in the locale definition file.

_SC_EXPR_NEST_MAX
The maximum number of expressions that can be nested within parenthesis by the expr(1) utility.

_SC_LINE_MAX
The maximum length in bytes of a text-processing utility's input line.

_SC_RE_DUP_MAX
The maximum number of repeated occurrences of a regular expression permitted when using interval notation.

_SC_2_VERSION
The version of IEEE Std 1003.2 (``POSIX.2'') with which the system attempts to comply.

_SC_2_C_BIND
Return 1 if the system's C-language development facilities support the C-Language Bindings Option, otherwise -1.

_SC_2_C_DEV
Return 1 if the system supports the C-Language Development Utilities Option, otherwise -1.

_SC_2_CHAR_TERM
Return 1 if the system supports at least one terminal type capable of all operations described in IEEE Std 1003.2 (``POSIX.2''),
otherwise -1.

_SC_2_FORT_DEV
Return 1 if the system supports the FORTRAN Development Utilities Option, otherwise -1.

_SC_2_FORT_RUN
Return 1 if the system supports the FORTRAN Runtime Utilities Option, otherwise -1.

_SC_2_LOCALEDEF
Return 1 if the system supports the creation of locales, otherwise -1.

_SC_2_SW_DEV
Return 1 if the system supports the Software Development Utilities Option, otherwise -1.

_SC_2_UPE
Return 1 if the system supports the User Portability Utilities Option, otherwise -1.

經常使用的就是這些，另外可能還有一些非標準參數，這裏就不在敘述。想必你們也看出來了，以_SC_開頭的就是sysconf，以_PC_開頭的就是pathconf
關於原著中不肯定的運行時限制，原文寫的很是囉嗦，實際上沒有什麼卵用，由於雖然POSIX規定了不少限制，可是不少都沒有被實際實現，因此碰到這種狀況，只能使用條件編譯、循環嘗試、錯誤碼判斷等hack手段來搞定。

功能測試宏

因爲Unix版本衆多，各自的實現也不一樣，幾乎每一個Unix實現都自帶了自定義的功能選項，爲了保證只使用POSIX標準規範定義，咱們可使用_POSIX_C_SOURCE宏定義和_XOPEN_SOURCE宏定義，這也被稱爲功能測試宏。咱們能夠給C編譯器傳入-Dmacroname=value的形式，也能夠在頭文件中設置宏定義。