UNIX系統(tǒng)編程：通信、并發(fā)與線程

第一部分  基礎知識
第1章　技術對程序的影響 3
1．1術語的變化 3
1．2時間和速度 5
1．3多道程序設計和分時 6
1．4應用層的并發(fā) 8
1．4．1中斷 8
1．4．2信號 9
1．4．3輸入和輸出 10
1．4．4進程、線程和資源共享 10
1．4．5具有共享內存的多個處理器 11
1．4．6網絡作為計算機 11
1．5安全和容錯 12
1．6非法入侵造成的緩沖區(qū)溢出 13
1．6．1緩沖區(qū)溢出的后果 14
1．6．2緩沖區(qū)溢出和安全 16
1．7UNIX標準 17
1．8延伸閱讀 19
第2章　程序、線程和進程 21
2．1程序是如何成為進程的 21
2．2線程和執(zhí)行線程 22
2．3程序映象的布局 23
2．4庫函數調用 26
2．5函數返回值和錯誤 29
2．6參數數組 31
2．6．1用makeargv函數創(chuàng)建一個數組 32
2．6．2makeargv函數的實現 34
2．7線程安全函數 38
2．8靜態(tài)變量的使用 40
2．9靜態(tài)對象的結構 42
2．10進程環(huán)境 48
2．11進程終止 51
2．12練習：一個env實用程序 54
2．13練習：消息日志 55
2．14延伸閱讀 57
第3章　UNIX中的進程 58
3．1進程標識符 58
3．2進程狀態(tài) 60
3．3UNIX 進程創(chuàng)建和fork函數 63
3．4wait函數 70
狀態(tài)值 76
3．5exec函數 77
3．6后臺進程和守護進程 83
3．7臨界區(qū) 86
3．8練習：進程鏈 87
3．9練習：進程扇 88
3．10延伸閱讀 89
第4章　UNIX I/O 90
4．1設備術語 90
4．2讀/寫 91
4．3打開和關閉文件 102
4．4select函數 107
4．5poll函數 116
4．6文件表示 119
4．6．1文件描述符 119
4．6．2文件指針和緩沖 122
4．6．3文件描述符的繼承 124
4．7過濾器和重定向 128
4．8文件控制 132
4．9練習：原子日志 135
原子日志庫 139
4．10練習：cat實用程序 141
4．11延伸閱讀 143
第5章　文件和目錄 144
5．1UNIX文件系統(tǒng)導航 144
5．1．1當前工作目錄 145
5．1．2搜索路徑 150
5．2目錄訪問 151
5．2．1訪問文件狀態(tài)信息 153
5．2．2確定文件的類型 156
5．3UNIX文件系統(tǒng)實現 157
5．3．1UNIX文件實現 158
5．3．2目錄實現 161
5．4硬鏈接和符號鏈接 161
5．4．1創(chuàng)建或刪除一個鏈接 162
5．4．2創(chuàng)建和刪除符號鏈接 167
5．5練習：which命令 172
5．6練習：郵件通知程序 173
5．7練習：新聞通知程序 176
5．8練習：遍歷目錄 177
5．9延伸閱讀 179
第6章　UNIX特殊文件 180
6．1管道 180
6．2流水線 184
6．3FIFO 189
6．4管道與客戶機-服務器模型 193
6．5終端控制 200
規(guī)范和非規(guī)范的輸入處理 208
6．6音頻設備 212
6．7練習：音頻 218
6．8練習：屏障 220
6．9練習：stty命令 221
6．10練習：重提客戶機-服務器 222
6．11延伸閱讀 222
第7章　項目：令牌環(huán) 224
7．1環(huán)形拓撲 224
7．2環(huán)的形成 226
7．3環(huán)的探討 232
7．4簡單通信 234
7．5用令牌環(huán)實現互斥 235
7．6用投票實現互斥 237
7．7匿名環(huán)中的領導者選舉 238
7．8用于通信的令牌環(huán) 240
7．9流水線預處理機 242
7．10并行環(huán)算法 244
7．10．1圖像過濾 244
7．10．2矩陣乘法 247
7．11彈性環(huán) 248
7．12延伸閱讀 249
第二部分異步事件
第8章　信號 253
8．1信號的基本概念 253
8．2信號的產生 254
8．3對信號掩碼和信號集進行操作 259
8．4捕獲和忽略信號―sigaction 266
8．5等待信號―pause、sigsuspend和sigwait 272
8．5．1pause函數 272
8．5．2sigsuspend函數 274
8．5．3sigwait函數 282
8．6處理信號：錯誤和異步信號安全 283
8．7用siglongjmp和sigsetjmp進行程序控制 286
8．8使用異步I/O編程 288
8．9練習：轉儲統(tǒng)計 300
8．10練習：同時處理慢速設備 301
8．11延伸閱讀 301
第9章　時間和定時器 303
9．1POSIX時間 303
9．1．1用從Epoch開始的秒數表示時間 304
9．1．2顯示日期和時間 305
9．1．3使用struct timeval表示時間 308
9．1．4使用實時時鐘 311
9．1．5耗時和處理器時間的對比 313
9．2睡眠函數 316
9．3POSIX：XSI間隔定時器 319
9．4實時信號 323
9．5POSIX：TMR間隔定時器 328
9．6定時器漂移、溢出和絕對時間 333
9．7延伸閱讀 344
第10章　項目：虛擬定時器 345
10．1項目概述 345
10．2簡單的定時器 348
10．3對5個定時器中的一個進行設置 351
10．3．1virtualtimers對象 351
10．3．2hardwaretimer對象 353
10．3．3主程序實現 354
10．3．4用show譜寫定時器代碼 355
10．4使用多個定時器 361
10．4．1設置多個定時器 364
10．4．2用多個定時器進行測試 365
10．5多定時器的健壯實現 369
10．6POSIX：TMR定時器的實現 371
10．7一個小型的cron工具mycron 372
10．8延伸閱讀 372
第11章　項目：破解shell 373
11．1構建一個簡單的shell 373
11．2重定向 378
11．3流水線 382
11．4前臺的信號處理 385
11．5進程組、會話和控制終端 391
11．5．1進程組 391
11．5．2會話 393
11．6ush中的后臺進程 396
11．7作業(yè)控制 403
11．8ush的作業(yè)控制 407
11．8．1一個作業(yè)列表對象 407
11．8．2ush中的作業(yè)列表 409
11．8．3ush中的作業(yè)控制 409
11．8．4等待流水線時的進程行為 410
11．9延伸閱讀 411
第三部分并發(fā)
第12章　POSIX線程 415
12．1監(jiān)視文件描述符的方法 415
12．2使用線程監(jiān)視多個文件描述符 417
12．3線程管理 420
12．3．1用ID引用線程 421
12．3．2創(chuàng)建一個線程 422
12．3．3分離和連接 423
12．3．4退出和取消 426
12．3．5向線程傳遞參數并返回值 429
12．4線程安全 438
12．5用戶級線程 VS 內核級線程 439
12．6線程屬性 442
12．6．1線程狀態(tài) 443
12．6．2線程棧 444
12．6．3線程調度 446
12．7練習：并行文件復制 450
12．8延伸閱讀 451
第13章線程同步 452
13．1POSIX同步函數 452
13．2互斥鎖 453
13．2．1創(chuàng)建并初始化一個互斥量 454
13．2．2銷毀一個互斥量 455
13．2．3鎖定和解鎖互斥量 456
13．2．4保護不安全的庫函數 458
13．2．5同步標志和全局值 459
13．2．6讓數據結構成為線程安全的 465
13．3最多一次和至少一次的執(zhí)行 467
13．4條件變量 471
13．4．1條件變量的創(chuàng)建和銷毀 473
13．4．2等待并通知條件變量 475
13．5信號處理和線程 478
13．5．1將信號定向到一個特定的線程中 479
13．5．2為線程屏蔽信號 480
13．5．3信號處理的專用線程 480
13．6讀者和寫者 484
13．7strerror_r實現 489
13．8死鎖和其他討厭的問題 491
13．9練習：多個屏障 492
13．10延伸閱讀 492
第14章臨界區(qū)和信號量 493
14．1臨界區(qū)的處理 493
14．2信號量 496
14．3POSIX：SEM匿名信號量 499
14．4POSIX：SEM信號量操作 501
14．5POSIX：SEM命名信號量 508
14．5．1創(chuàng)建并打開命名信號量 509
14．5．2關閉信號量并刪除其鏈接 512
14．6練習：許可管理器 514
14．6．1license對象 515
14．6．2runsim主程序 515
14．6．3對許可管理器的擴展 516
14．7延伸閱讀 516
第15章POSIX IPC 517
15．1POSIX：XSI進程間通信 517
15．1．1標識并訪問IPC對象 518
15．1．2在shell中訪問POSIX：XSI IPC資源 519
15．2POSIX：XSI信號量集 520
15．2．1信號量的創(chuàng)建 521
15．2．2信號量的控制 523
15．2．3POSIX信號量集操作 525
15．3POSIX：XSI共享內存 532
15．3．1訪問共享內存段 532
15．3．2共享內存段的連接和分離 533
15．3．3控制共享內存 534
15．3．4共享內存示例 535
15．4POSIX：XSI消息隊列 541
訪問消息隊列 542
15．5練習：POSIX匿名信號量 549
15．6練習：POSIX命名信號量 550
15．7練習：用共享內存實現管道 551
15．8練習：用消息隊列實現管道 554
15．9延伸閱讀 554
第16章項目：生產者-消費者同步 555
16．1生產者-消費者問題 555
16．2受互斥鎖保護的有界緩沖區(qū) 557
16．3使用信號量的緩沖區(qū)實現 560
16．4一個簡單的生產者-消費者問題簡介 566
16．5使用條件變量的有界緩沖區(qū) 570
16．6帶有完成條件的緩沖區(qū) 571
16．7并行文件復制 580
16．7．1并行文件復制的生產者 580
16．7．2并行文件復制的消費者 581
16．7．3并行文件復制的main程序 582
16．7．4并行文件復制的增強 582
16．8線程化打印服務器 583
16．8．1請求緩沖區(qū) 584
16．8．2生產者線程 585
16．8．3消費者線程 586
16．8．4打印服務器 586
16．8．5其他增強功能 586
16．9延伸閱讀 587
第17章項目：非完全并行虛擬機 588
17．1PVM的歷史、術語和結構 588
17．2非完全并行虛擬機 591
17．3NTPVM項目概述 593
17．3．1NEWTASK分組 596
17．3．2DATA分組 596
17．3．3DONE分組 597
17．4調度程序的I/O和測試 598
17．4．1用多個窗口測試 604
17．4．2用遠程日志測試 605
17．5沒有輸入的單任務 607
17．6順序任務 608
17．6．1輸入線程 609
17．6．2輸出線程 610
17．7并發(fā)任務 611
17．8分組通信、廣播和屏障 611
17．9終止和信號 612
17．10有序的消息傳遞 613
17．11延伸閱讀 613
第四部分通信
第18章面向連接的通信 617
18．1客戶機-服務器模型 617
18．2通信信道 618
18．3面向連接的服務器策略 622
18．4通用因特網通信接口（UICI） 625
18．4．1處理錯誤 627
18．4．2讀和寫 627
18．5不同服務器策略的UICI實現 628
18．6UICI客戶機 631
18．7UICI的套接字實現 637
18．7．1socket函數 638
18．7．2bind函數 639
18．7．3listen函數 641
18．7．4u_open函數的實現 642
18．7．5accept函數 643
18．7．6u_accept函數的實現 645
18．7．7connect函數 646
18．7．8u_connect函數的實現 647
18．8主機名和IP地址 649
18．9線程安全的UICI 658
18．10練習：ping服務器 661
18．11練習：音頻的傳輸 662
18．12延伸閱讀 664
第19章項目：WWW重定向 665
19．1萬維網 665
19．2統(tǒng)一資源定位符（URL） 666
19．3HTTP入門 668
19．3．1客戶端請求 669
19．3．2服務器響應 669
19．3．3HTTP消息交換 670
19．4Web通信模式 673
19．4．1隧道 673
19．4．2代理 674
19．4．3高速緩存和透明性 676
19．4．4網關 678
19．5單連接的通過型監(jiān)控 679
19．6隧道服務器的實現 682
19．7用于測試的服務器驅動程序 682
19．8HTTP頭解析 684
19．9簡單的代理服務器 686
19．10代理監(jiān)視器 688
19．11代理高速緩存 691
19．12門戶網站的網關 692
19．13用于負載平衡的網關 692
19．14事后的調查分析 693
19．14．1線程和計時錯誤 693
19．14．2未捕獲的錯誤和錯誤的退出 694
19．14．3書寫風格和表示 695
19．14．4糟糕的測試和結果表示 696
19．14．5編程錯誤和不好的風格 697
19．15延伸閱讀 698
第20章無連接通信和多播 699
20．1無連接通信簡介 699
20．2無連接通信的簡化接口 701
20．2．1主機名和u_buf_t結構 703
20．2．2UICI UDP的返回錯誤 703
20．2．3UDP緩沖區(qū)大小和UICI UDP 703
20．3簡單-請求協(xié)議 704
20．4請求-應答協(xié)議 710
20．5有超時和重試的請求-應答 716
20．6請求-應答-確認協(xié)議 722
20．7UICI UDP的實現 723
20．7．1u_openudp函數的實現 723
20．7．2sendto函數 725
20．7．3u_sendto和 u_sendtohost函數的實現 726
20．7．4recvfrom函數 727
20．7．5u_recvfrom和u_recvfromtimed函數的實現 728
20．7．6主機名和u_buf_t 730
20．8UDP和TCP的比較 732
20．9多播 733
20．9．1多播尋址 733
20．9．2u_join函數的實現 735
20．9．3u_leave函數的實現 736
20．10練習：UDP端口服務器 737
20．11練習：無狀態(tài)文件服務器 738
遠程文件服務 739
20．12延伸閱讀 740
第21章項目：互聯網廣播 741
21．1項目概述 741
21．2音頻設備模擬 744
21．3具有一個節(jié)目和一個接收者的UDP實現 744
21．3．1簡單實現 744
21．3．2接收者的終止 747
21．3．3接收者緩沖來處理網絡延遲 748
21．3．4接收者緩沖來處理亂序傳遞 751
21．4具有多個節(jié)目和接收者的UDP實現 754
21．4．1多個節(jié)目和單個接收者 754
21．4．2多個節(jié)目和多個接收者 755
21．5音頻廣播的UDP實現 756
21．6無線電廣播的多播實現 758
21．7TCP實現的差異 758
21．7．1單個節(jié)目和單個接收者的TCP實現 759
21．7．2多個節(jié)目和單個接收者的TCP實現 760
21．7．3無線電廣播的TCP實現 761
21．8通過瀏覽器接收流式音頻 764
21．8．1使用瀏覽器助手應用程序 764
21．8．2在你的Web服務器中設置一種新的mime類型 765
21．8．3設置你的瀏覽器來處理新的mime類型 766
21．8．4創(chuàng)建Web頁面 766
21．8．5使用預定義的mime類型 767
21．9延伸閱讀 767
第22章項目：服務器性能 769
22．1服務器性能成本 769
22．2服務器架構 770
22．3項目概述 774
22．4單客戶端驅動程序 775
22．4．1處理一個連接 775
22．4．2對響應進行編程 776
22．4．3收集統(tǒng)計信息 777
22．4．4測試客戶端 777
22．5多客戶端驅動程序 778
另一種多客戶端設計 781
22．6實現每個請求一個線程和每個請求一個進程 781
22．7線程工作者池策略 782
22．8使用有界緩沖區(qū)的多線程工作者池 782
22．9進程工作者池 783
22．10磁盤I/O的影響 783
22．11性能研究 787
22．11．1基線測量 787
22．11．2波動性的根源 788
22．11．3測量錯誤 789
22．11．4同步 792
22．11．5普通的錯誤 793
22．11．6要測量什么 794
22．11．7數據分析和表示 796
22．12報告撰寫 797
22．12．1引言 797
22．12．2設計、實現和測試 798
22．12．3實驗 798
22．12．4結果和分析 799
22．12．5結論 799
22．12．6參考文獻 799
22．13延伸閱讀 800
附錄AUNIX基礎 801
附錄B重啟庫 819
附錄CUICI實現 829
附錄D日志函數 846
附錄EPOSIX擴展 864
參考文獻 867