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1.1 介绍1

1.2 什么是系统编程1

1.2.1简单的程序模型1

第1章 Unix系统编程概述1

1.2.2系统模型2

1.2.3操作系统的职责3

1.2.4为程序提供服务4

1.3理解系统编程4

1.3.1 系统资源4

1.3.2 目标：理解系统编程5

1.3.3方法：通过三个问题来理解5

1.4.2登录－运行程序－注销6

1.4从用户的角度来理解Unix6

1.4.1 Unix能做些什么6

1.4.3 目录操作8

1.4.4文件操作10

1.5从系统的角度来看Unix12

1.5.1用户和程序之间的连接方式12

1.5.2 网络桥牌12

1.5.3 bc:Unix的计算器13

1.5.4从bc/dc到Web16

1.6动手实践16

1.7.3 Unix的发展历程23

1.7.2 Unix的概要图23

1.7.1接下来的工作步骤23

1.7工作步骤与概要图23

小结24

第2章 用户、文件操作与联机帮助：编写who命令25

2.1介绍25

2.2关于命令who26

2.3 问题1：who命令能做些什么27

2.4问题2：who命令是如何工作的28

2.5 问题3：如何编写who32

2.5.1 问题：如何从文件中读取数据结构33

2.5.2 答案：使用open、read和close34

2.5.3 编写who1.c36

2.5.4 显示登录信息37

2.5.5 编写who2.c39

2.5.6 回顾与展望44

2.6 编写cp（读和写）44

2.6.1 问题1：cp命令能做些什么44

2.6.2问题2：cp命令是如何创建／重写文件的44

2.6.3问题3：如何编写cp45

2.6.4 Unix编程看起来好像很简单47

2.7提高文件I/O效率的方法：使用缓冲48

2.7.1缓冲区的大小对性能的影响48

2.7.2为什么系统调用需要很多时间48

2.7.3低效率的who2.c49

2.7.4在who2.c中运用缓冲技术50

2.8内核缓冲技术53

2.9文件读写54

2.9.1注销过程：做了些什么54

2.9.2注销过程：如何工作的54

2.9.3改变文件的当前位置55

2.9.4编写终端注销的代码57

2.10处理系统调用中的错误58

小结59

3.2问题1：ls命令能做什么63

3.2.1 1s可以列出文件名和文件的属性63

3.1介绍63

第3章 目录与文件属性：编写Is63

3.2.2列出指定目录或文件的信息64

3.2.3经常用到的命令行选项65

3.2.4问题1的答案65

3.3文件树65

3.4问题2：ls是如何工作的66

3.4.1什么是目录66

3.4.2是否可以用open、read和close来操作目录66

3.4.3如何读目录的内容67

3.5问题3：如何编写ls69

3.6编写ls-l71

3.6.1 问题1：ls-l能做些什么71

3.6.3用stat得到文件信息72

3.6.2问题2：ls-l是如何工作的72

3.6.4 stat提供的其他信息74

3.6.5如何实现75

3.6.6将模式字段转换成字符75

3.6.7将用户／组ID转换成字符串79

3.6.8 编写ls2.c81

3.7三个特殊的位86

3.7.1 set-user-ID位86

3.7.2 set-group-ID位87

3.7.3 sticky位87

3.7.4用ls-1看到的特殊属性87

3.9.1文件类型88

3.9设置和修改文件的属性88

3.8 ls小结88

3.9.2许可位与特殊属性位89

3.9.3文件的链接数90

3.9.4文件所有者与组90

3.9.5文件大小91

3.9.6 时间91

3.9.7文件名91

小结92

第4章 文件系统：编写pwd96

4.1介绍96

4.2.3文件操作命令97

4.2.2 目录命令97

4.2.1 目录和文件97

4.2从用户的角度看文件系统97

4.2.4针对目录树的命令99

4.2.5 目录树的深度几乎没有限制99

4.2.6 Unix文件系统小结100

4.3 Unix文件系统的内部结构100

4.3.1第一层抽象：从磁盘到分区100

4.3.2第二层抽象：从磁盘到块序列100

4.3.3第三层抽象：从块序列到三个区域的划分100

4.3.4文件系统的实现：创建一个文件的过程101

4.3.5文件系统的实现：目录的工作过程102

4.3.6文件系统的实现：cat命令的工作原理104

4.3.7 i-节点和大文件105

4.3.8 Unix文件系统的改进106

4.4理解目录107

4.4.1理解目录结构107

4.4.2与目录树相关的命令和系统调用109

4.5编写pwd113

4.5.1 pwd的工作过程113

4.5.2 pwd的一种版本114

4.6多个文件系统的组合：由多棵树构成的树116

4.6.1装载点117

4.6.2多重i-节点号和设备交叉链接118

4.6.3符号链接119

小结120

第5章 连接控制：学习stty124

5.1为设备编程124

5.2设备就像文件124

5.2.1设备具有文件名125

5.2.2设备和系统调用125

5.2.3例子：终端就像文件126

5.2.4设备文件的属性126

5.2.5编写write程序127

5.2.6设备文件和i-节点128

5.3设备与文件的不同之处129

5.4.1属性1：缓冲130

5.4磁盘连接的属性130

5.4.2属性2：自动添加模式132

5.4.3用open控制文件描述符133

5.4.4磁盘连接小结134

5.5终端连接的属性135

5.5.1终端的I/O并不如此简单135

5.5.2终端驱动程序137

5.5.3 stty命令137

5.5.4编写终端驱动程序：关于设置138

5.5.5编写终端驱动程序：关于函数139

5.5.6编写终端驱动程序：关于位140

5.5.7编写终端驱动程序：几个程序例子142

5.6其他设备编程：ioctl146

5.5.8终端连接小结146

5.7文件、设备和流147

小结147

第6章 为用户编程：终端控制和信号153

6.1软件工具与针对特定设备编写的程序153

6.2终端驱动程序的模式154

6.2.1规范模式：缓冲和编辑155

6.2.2非规范处理156

6.2.3终端模式小结157

6.3编写一个用户程序：play_again.c158

6.4.2信号是什么168

6.4.1 Ctrl-C做什么168

6.4信号168

6.4.3进程该如何处理信号170

6.4.4信号处理的例子171

6.5为处理信号做准备：play_again4.c173

6.6进程终止176

6.7为设备编程176

小结176

第7章 事件驱动编程：编写一个视频游戏180

7.1视频游戏和操作系统180

7.2任务：单人弹球游戏（Pong）182

7.3屏幕编程：curses库182

7.3.1介绍curses182

7.4 时间编程：sleep185

7.3.2 curses内部：虚拟和实际屏幕185

7.5时钟编程1：Alarms188

7.5.1添加时延：sleep189

7.5.2 sleep()是如何工作的：使用Unix中的Alarms189

7.5.3调度将要发生的动作191

7.6时间编程2：间隔计时器191

7.6.1添加精度更高的时延：usleep192

7.6.2三种计时器：真实、进程和实用192

7.6.3两种间隔：初始和重复192

7.6.4用间隔计时器编程193

7.6.5计算机有几个时钟196

7.6.6计时器小结197

7.7.2处理多个信号198

7.7信号处理1：使用signal198

7.7.1早期的信号处理机制198

7.7.3测试多个信号200

7.7.4信号机制其他的弱点202

7.8信号处理2：sigaction203

7.8.1处理多个信号：sigaction203

7.8.2信号小结206

7.9 防止数据损毁（Data Corruption）206

7.9.1数据损毁的例子206

7.9.2临界区（Critical Sections）206

7.9.3阻塞信号：sigprocmask和sigsetops207

7.9.4重入代码（Reentrant Code）：递归调用的危险208

7.9.5视频游戏中的临界区208

7.10 kill：从另一个进程发送的信号209

7.11.1 bou nceld.c：在一条线上控制动画210

7.11使用计时器和信号：视频游戏210

7.11.2 bounce2d.c：两维动画213

7.11.3完成游戏218

7.12输入信号：异步I/O218

7.12.1使用异步I/O218

7.12.2 方法1：使用O_ASYNC218

7.12.3方法2：使用aio_read221

7.12.4弹球程序中需要异步读入吗224

7.12.5异步输入、视频游戏和操作系统224

小结224

8.1进程＝运行中的程序228

第8章 进程和程序：编写命令解释器sh228

8.2通过命令ps学习进程229

8.2.1 系统进程231

8.2.2进程管理和文件管理232

8.2.3内存和程序232

8.3 shell：进程控制和程序控制的一个工具233

8.4 shell是如何运行程序的234

8.4.1 shell的主循环234

8.4.2 问题1：一个程序如何运行另一个程序235

8.4.3问题2：如何建立新的进程240

8.4.4问题3：父进程如何等待子进程的退出244

8.4.5小结：shell如何运行程序249

8.5实现一个shell:psh2.c250

8.6思考：用进程编程254

8.7 exit和exec的其他细节255

8.7.1进程死亡：exit和_exit255

8.7.2 exec家族256

小结257

第9章 可编程的shell、shell变量和环境：编写自己的shell260

9.1 shell编程260

9.2什么是以及为什么要使用shell脚本语言260

9.3 smshl——命令行解析263

9.4.1 if语句做些什么270

9.4 shell中的流程控制270

9.4.2 if是如何工作的271

9.4.3在smsh中增加if272

9.4.4 smsh2.c：修改后的代码273

9.5 shell变量：局部和全局278

9.5.1使用shell变量279

9.5.2变量的存储280

9.5.3 增加变量命令：Built-ins280

9.5.4效果如何283

9.6环境：个性化设置284

9.6.1使用环境285

9.6.2什么是环境以及它是如何工作的286

9.6.3在smsh中增加环境处理288

9.6.4 varlib.c的代码290

9.7 已实现的shell的功能295

小结296

第10章 I/O重定向和管道299

10.1 shell编程299

10.2一个shell应用程序：监视系统用户300

10.3 标准I/O与重定向的若干概念301

10.3.1概念1：3个标准文件描述符302

10.3.2默认的连接：tty302

10.3.3程序都输出到stdout303

10.3.4重定向I/O的是shell而不是程序303

10.3.6概念2：“最低可用文件描述符（Lowest-Available-fd）”原则304

10.3.5理解I/O重定向304

10.3.7两个概念的结合305

10.4如何将stdin定向到文件305

10.4.1方法1：close then open305

10.4.2方法2：open..close..dup..close308

10.4.3系统调用dup小结310

10.4.4方法3：open..dup2..close310

10.4.5 shell为其他程序重定向stdin310

10.5为其他程序重定向I/O:who＞userlist310

10.6管道编程314

10.6.1创建管道314

10.6.2使用fork来共享管道317

10.6.3使用pipe、fork以及exec318

10.6.4技术细节：管道并非文件320

小结321

第11章 连接到近端或远端的进程：服务器与Socket（套接字）325

11.1产品和服务325

11.2一个简单的比喻：饮料机接口326

11.3 bc:Unix中使用的计算器327

11.3.1 编写bc:pipe、fork、dup、exec328

11.3.2对协同进程的讨论332

11.3.3 fdopen：让文件描述符像文件一样使用332

11.4 popen：让进程看似文件332

11.4.1 popen的功能332

11.4.2实现popen：使用fdopen命令334

11.4.3访问数据：文件、应用程序接口（API）和服务器336

11.5 socket：与远端进程相连337

11.5.1类比：“电话中传来声音：现在时间是338

11.5.2 因特网时间、DAP和天气服务器340

11.5.3服务列表：众所周知的端口341

11.5.4编写timeserv.c：时间服务器342

11.5.5测试timeserv.c347

11.5.6编写timeclnt.c：时间服务客户端347

11.5.7测试timeclnt.c350

11.5.8另一种服务器：远程的ls351

11.6软件精灵356

小结356

12.1服务器设计重点360

12.2三个主要操作360

第12章 连接和协议：编写Web服务器360

12.3操作1和操作2：建立连接361

12.3.1操作1：建立服务器端socket361

12.3.2操作2：建立到服务器的连接362

12.3.3 socklib.c362

12.4操作3：客户／服务器的会话364

12.4.1使用socklib.c的timeserv/timeclnt365

12.4.2第2版的服务器：使用fork366

12.4.3服务器的设计问题：DIY或代理367

12.5编写Web服务器369

12.5.1 Web服务器功能369

12.5.3 Web服务器协议370

12.5.2设计Web服务器370

12.5.4编写Web服务器372

12.5.5运行Web服务器374

12.5.6 Webserv的源程序374

12.5.7比较Web服务器379

小结379

第13章 基于数据报（Datagram）的编程：编写许可证服务器①381

13.1软件控制381

13.2许可证控制简史382

13.3一个非计算机系统实例：轿车管理系统383

13.3.1轿车钥匙管理描述383

13.3.2用客户／服务器方式管理轿车383

13.4.1许可证服务系统：它做些什么384

13.4许可证管理384

13.4.2许可证服务系统：如何工作385

13.4.3一个通信系统的例子386

13.5数据报socket386

13.5.1流与数据报的比较387

13.5.2数据报编程388

13.5.3 sendto和recvfrom的小结393

13.5.4数据报应答394

13.5.5数据报小结396

13.6许可证服务器版本1.0396

13.6.1客户端版本1397

13.6.2服务器端版本1401

13.6.3测试版本1406

13.6.4进一步的工作407

13.7处理现实的问题407

13.7.1处理客户端崩溃407

13.7.2处理服务器崩溃410

13.7.3测试版本2412

13.8分布式许可证服务器414

13.9 Unix 域socket416

13.9.1文件名作为socket地址416

13.9.2使用Unix域socket编程416

13.10小结：socket和服务器419

小结419

14.1 同一时刻完成多项任务423

第14章 线程机制：并发函数的使用423

14.2函数的执行路线424

14.2.1一个单线程程序424

14.2.2一个多线程程序425

14.2.3相关函数小结427

14.3线程间的分工合作428

14.3.1 例1：incrprint.c428

14.3.2 例2：twordcount.c430

14.3.3线程内部的分工合作：小结436

14.4线程与进程437

14.5线程间互通消息438

14.5.1通知选举中心439

14.5.2使用条件变量编写程序440

14.5.3使用条件变量的函数443

14.5.4 回到Web服务器的例子444

14.6多线程的Web服务器444

14.6.1 Web服务器程序的改进445

14.6.2多线程版本允许一个新的功能445

14.6.3 防止僵尸线程（Zombie Threads）：独立线程445

14.6.4 Web服务器代码445

14.7线程和动画452

14.7.1使用线程的优点452

14.7.2多线程版本的bounceld.c453

14.7.3基于多线程机制的多重动画：tanimate.c455

14.7.4 tanimate.c中的互斥量458

14.7.5屏幕控制线程459

小结460

第15章 进程间通信（IPC）464

15.1编程方式的选择464

15.2 talk命令：从多个数据源读取数据465

15.2.1 同时从两个文件描述符读取数据465

15.2.2 select系统调用466

15.2.3 select与talk469

15.2.4 select与poll469

15.3通信的选择469

15.3.1一个问题的三种解决方案470

15.3.2通过文件的进程间通信470

15.3.3命名管道471

15.3.4共享内存473

15.3.5各种进程间通信方法的比较475

15.4进程之间的分工合作476

15.4.1文件锁476

15.4.2信号量（Semaphores）480

15.4.3 socket及FIFO与共享的存储487

15.5打印池488

15.5.1多个写者、一个读者488

15.5.2客户／服务器模型489

15.6纵观IPC490

15.7连接与游戏492

小结493