APUE 学习记录 20200618

1.5输入和输出

1. 文件描述符

文件描述符通常是一个小的非负整数，内核用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。在读写文件时，可以使用文件描述符。

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都会为其打开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到终端。

3. 不带缓冲的I/O

函数open、read、write、lseek、close提供了不带缓冲的I/O，这些函数都使用文件描述符。

Page7 实例

#include "apue.h"

#define BUFFERSIZE 4096

int main(void)
{
    int n;
    char buf[BUFFERSIZE];

    while((n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFFERSIZE)) > 0)
        if(write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n)
            err_sys("write error");

    if (n < 0)
        err_sys("read error");

    exit(0);
}

说明：

STDIN_FILENO和STDOUT_FILENO定义在unistd.h中，指定了标准输入和标准输出的文件描述符。
read函数返回读取的字节数，此值用作要写的字节数。当到达输入文件末尾时，read返回0，程序停止。
调用方法：
1. ./a.out > data
2. ./a.out < infile > outfile

4. 标准I/O

标准I/O为不带缓冲的I/O函数提供了带缓冲的接口。

Page8 实例

#include "apue.h"

int main(void)
{
    int c;
    while((c = getc(stdin)) != EOF)
        if(putc(c, stdout) == EOF)  // putc() returns EOF when error ocurrs
            err_sys("output error");

    if(ferror(stdin))
        err_sys("input error");

    exit(0);
}

1.6 程序和进程

1. 程序

程序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函数将程序度如内存，并执行程序。

2. 进程和进程ID

程序的执行实例被称为进程，每一个进程都有一个唯一的数字标识符，称为进程ID。进程ID是一个非负整数。

Page9 实例

#include "apue.h"

int main(void)
{
    printf("hello world from process ID %ld\n", (long)getpid());
    exit(0);
}

说明：使用getpid函数获取进程ID。

3. 进程控制

进程控制的函数主要有fork、exec、和waitpid。

Page9 实例

#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)
    {
        if(buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
            buf[strlen (buf) - 1] = 0;

        if((pid = fork()) < 0)
        {
            err_sys("fork error");
        }
        else if (pid == 0) /* child */
        {
            execlp(buf, buf, (char *)0);
            err_ret("couldn't execute: %s", buf);
            exit(127);
        }
        
        /* parent */
        if((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0)
            err_sys("waitpid error");
        printf("%% ");
    }
    exit(0);
}

说明：

fgets返回的每一行都以换行符结束，后随一个null字节。由于execlp函数要求的参数是以null结束的，所以要将换行符替换为null。
fork创建了一个新进程。新进程调用进程的一个副本，称调用进程为父进程，新创建的进程为子进程。fork对父进程返回新的子进程的进程ID，对子进程则返回0.因为fork创建了一个新进程，所以它被调用一次（由父进程），但返回两次（分别在父进程和在子进程中）。
在子进程中，调用execlp执行从标准输入读入的命令。这就用新的程序文件替换了子进程原先执行的程序文件。fork和跟随其后的exec两者的组合就是某些操作系统所称的产生（spawn）一个新进程。在UNIX系统中，者两部分分离成两个独立的函数。
子进程调用execlp执行新程序文件，而父进程希望等待子进程终止，这是通过调用waitpid实现的，其参数指定要等待的进程（即pid参数是子进程ID）。waitpid函数返回子进程的终止状态（status变量）。
该程序的最主要限制是不能向所执行的命令传递参数。

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及其指令。如果有多个控制线程分别作用与进程的不同部分，可以更容易解决问题，同时可以充分利用多处理器系统的并行能力。

一个进程内的所有线程共享同一地址空间、文件描述符、栈以及与进程相关的属性。因为它们能访问同一存储区，所以各线程在访问贡献数据时需要采取同步措施避免不一致性。

与进程相同，线程也用ID标识。但是，线程ID旨在它所属的进程内起作用。