第五讲 文件系统, I/O, 进程及进程间通讯

整体思路

本次讲座内容以 APUE 相关内容为蓝本, 重点突出 UNIX 相关特色或者在其他操作系统中编程时很少涉及的内容, 同时重点讲解 Linux 相关主题. 从而能够让听众就 UNIX/Linux 上的文件系统, I/O 及进程和进程间通讯有一个较为深入的了解.
讲座以概念解释为主, 重点讲述陌生的系统调用或函数.

主要内容

文件系统构造

文件 I/O

标准 I/O 库

文件和目录

高级 I/O

其他文件系统或 I/O 相关主题

进程及进程环境

进程控制

线程

进程关系

守护进程

进程间通讯

各部分要点

5.1 文件系统构造

• 基本概念
• 索引节点
• 目录和目录项
• 文件的定位
• 链接
• 文件系统相关系统调用所面临的问题

5.2 文件 I/O

• 基本概念
• 相关系统调用
• Open 以及文件的打开标志
• 原子操作
• 文件共享
• dup 和 dup2
• fcntl 和 ioctl
• 容易混淆的概念

5.3 标准 I/O 库

• 基本概念
• 缓冲机制
• 熟悉的标准 I/O 函数
• 陌生的标准 I/O 函数

5.4 文件和目录

• 目录项属性
• 目录读取
• 文件的访问许可
• 目录及目录项操作
• 其他

5.5 高级 I/O

• Linux 中直接的 I/O 端口读写
• 记录锁定
• I/O 多工
• 异步 I/O
• 内存映射

5.6 其他文件系统和 I/O 相关主题

• 系统数据文件
• 登录记帐
• 系统标识
• 时间和日期

5.7 进程及进程环境

• 基本概念
• main 函数
• 命令行参数及 popt 库
• 环境变量
• C 程序的内存布局
• 共享库
• 内存分配
• 程序的长跳转
• 进程的资源限制

5.8 进程控制

• 基本概念
• fork 和 vfork
• exit
• wait 函数
• 竞态
• exec 函数以及脚本解释器
• system 函数
• 进程记帐
• 用户和组标识符
• 进程时间

5.9 线程

• 基本概念
• 线程的创建和销毁
• 线程同步机制
• 实例分析: MiniGUI 中的消息传递
• 其他

5.10 进程关系

• 基本概念
• 终端和网络登录过程
• 进程组
• 会话
• 控制终端
• Shell 中的命令执行
• 作业控制

5.11 守护进程

• 基本概念
• 实现方法

5.12 进程间通讯

• 基本概念
• 管道
• FIFO
• System V 的 IPC 机制
• 共享内存
• 信号量

思考题及作业

1. dup 可复制文件描述符, 我们能不能通过两次打开同一个文件而复制文件描述符? 试描述这两种操作的区别.
2. 用追加模式打开文件之后, 能否使用 lseek 读取其他位置的数据, 能否用 lseek 替换其他数据? 试编写程序验证之.
3. 为 MiniGUI 编写一个 "打开文件" 对话框, 界面和编程接口可参考 Win32 的 "打开文件" 对话框.
4. 编写一个守护进程, 该进程每一分钟向系统日志中添加一条记录, 包括进程的时间信息和资源限制信息.
5. 编写一个简单的 Shell 程序, 该程序有如下基本的 Shell 功能: 命令行参数传递, 输入输出重定向, 管道
6. 编写一个自己的 system 函数

参考书目

1. W. Richard Stevens, Advanced Programming in the UNIX Environment
2. John Goerzen, The Linux Programming Bible
3. Phil Cornes, The Linux A - Z
4. Naba Barkakati, The Linux Secrets
5. 魏永明等, 《Linux 实用教程》
6. 魏永明等, 《学用 Linux 与 Windows NT》

进一步读物

• W. Richard Stevens, Advanced Programming in the UNIX Environment, From Chpater 3 to Chapter 15.

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