Unix/Linux系統(tǒng)編程

出版者的話
譯者序
前言
第1章　引言1
1.1　關(guān)于本書(shū)1
1.2　系統(tǒng)編程的作用1
1.3　本書(shū)的目標(biāo)1
1.3.1　強(qiáng)化學(xué)生的編程背景知識(shí)1
1.3.2　動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用2
1.3.3　進(jìn)程概念和進(jìn)程管理2
1.3.4　并發(fā)編程2
1.3.5　定時(shí)器和定時(shí)功能3
1.3.6　信號(hào)、信號(hào)處理和進(jìn)程間通信3
1.3.7　文件系統(tǒng)3
1.3.8　TCP/IP和網(wǎng)絡(luò)編程3
1.4　目標(biāo)讀者3
1.5　本書(shū)的獨(dú)特之處4
1.6　將本書(shū)用作系統(tǒng)編程課程的教材5
1.7　其他參考書(shū)6
1.8　關(guān)于Unix6
1.8.1　AT&T Unix6
1.8.2　Berkeley Unix6
1.8.3　HP Unix7
1.8.4　IBM Unix7
1.8.5　Sun Unix7
1.9　關(guān)于Linux7
1.10　Linux版本7
1.10.1　Debian Linux8
1.10.2　Ubuntu Linux8
1.10.3　Linux Mint8
1.10.4　基于RPM的Linux8
1.10.5　Slackware Linux8
1.11　Linux硬件平臺(tái)8
1.12　虛擬機(jī)上的Linux 8
1.12.1　VirtualBox9
1.12.2　VMware10
1.12.3　雙啟動(dòng)Slackware和Ubuntu Linux11
1.13　使用Linux12
1.13.1　Linux內(nèi)核映像12
1.13.2　Linux啟動(dòng)程序13
1.13.3　Linux啟動(dòng)13
1.13.4　Linux運(yùn)行級(jí)別13
1.13.5　登錄進(jìn)程13
1.13.6　命令執(zhí)行13
1.14　使用Ubuntu Linux14
1.14.1　Ubuntu版本14
1.14.2　Ubuntu Linux的特性14
1.15　Unix/Linux文件系統(tǒng)組織15
1.15.1　文件類型15
1.15.2　文件路徑名15
1.15.3　Unix/Linux命令16
1.15.4　Linux手冊(cè)頁(yè)16
1.16　Ubuntu Linux系統(tǒng)管理17
1.16.1　用戶賬戶17
1.16.2　添加新用戶17
1.16.3　sudo命令17
參考文獻(xiàn)18
第2章　編程背景19
2.1　Linux中的文本編輯器19
2.1.1　vim19
2.1.2　gedit20
2.1.3　emacs20
2.2　使用文本編輯器20
2.2.1　使用emacs21
2.2.2　emacs菜單21
2.2.3　emacs的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境22
2.3　程序開(kāi)發(fā)22
2.3.1　程序開(kāi)發(fā)步驟22
2.3.2　靜態(tài)與動(dòng)態(tài)鏈接24
2.3.3　可執(zhí)行文件格式25
2.3.4　a.out文件的內(nèi)容25
2.3.5　程序執(zhí)行過(guò)程26
2.3.6　程序終止27
2.4　C語(yǔ)言中的函數(shù)調(diào)用27
2.4.1　32位GCC中的運(yùn)行時(shí)堆棧使用情況27
2.4.2　long jump30
2.4.3　64位GCC中的運(yùn)行時(shí)堆棧使用情況32
2.5　C語(yǔ)言程序與匯編代碼的鏈接34
2.5.1　用匯編代碼編程34
2.5.2　用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)函數(shù)36
2.5.3　從匯編中調(diào)用C函數(shù)38
2.6　鏈接庫(kù)38
2.6.1　靜態(tài)鏈接庫(kù)38
2.6.2　動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)39
2.7　makefile39
2.7.1　makefile格式39
2.7.2　make程序40
2.7.3　makefile示例40
2.8　GDB調(diào)試工具45
2.8.1　在emacs IDE中使用GDB45
2.8.2　有關(guān)使用調(diào)試工具的建議49
2.8.3　C語(yǔ)言程序中的常見(jiàn)錯(cuò)誤49
2.9　C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體53
2.9.1　結(jié)構(gòu)體和指針54
2.9.2　C語(yǔ)言類型轉(zhuǎn)換55
2.10　鏈表處理56
2.10.1　鏈表56
2.10.2　鏈表操作57
2.10.3　構(gòu)建鏈表57
2.10.4　鏈表遍歷60
2.10.5　搜索鏈表61
2.10.6　插入操作62
2.10.7　優(yōu)先級(jí)隊(duì)列63
2.10.8　刪除操作63
2.10.9　循環(huán)鏈表64
2.10.10　可擴(kuò)充C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體64
2.10.11　雙向鏈表65
2.10.12　雙向鏈表示例程序65
2.11　樹(shù)73
2.12　二叉樹(shù)73
2.12.1　二叉搜索樹(shù)73
2.12.2　構(gòu)建二叉搜索樹(shù)74
2.12.3　二叉樹(shù)遍歷算法75
2.12.4　深度優(yōu)先遍歷算法75
2.12.5　廣度優(yōu)先遍歷算法75
2.13　編程項(xiàng)目：Unix/Linux文件系統(tǒng)樹(shù)模擬器77
2.13.1　Unix/Linux文件系統(tǒng)樹(shù)77
2.13.2　用二叉樹(shù)實(shí)現(xiàn)普通樹(shù)77
2.13.3　項(xiàng)目規(guī)范及要求78
2.13.4　命令規(guī)范78
2.13.5　程序結(jié)構(gòu)體78
2.13.6　命令算法81
2.13.7　示例解決方案83
2.14　習(xí)題84
參考文獻(xiàn)86
第3章　Unix/Linux進(jìn)程管理87
3.1　多任務(wù)處理87
3.2　進(jìn)程的概念87
3.3　多任務(wù)處理系統(tǒng)88
3.3.1　type.h 文件88
3.3.2　ts.s文件89
3.3.3　queue.c 文件89
3.3.4　t.c文件90
3.3.5　多任務(wù)處理系統(tǒng)代碼介紹93
3.4　進(jìn)程同步95
3.4.1　睡眠模式95
3.4.2　喚醒操作96
3.5　進(jìn)程終止96
3.5.1　kexit()的算法97
3.5.2　進(jìn)程家族樹(shù)97
3.5.3　等待子進(jìn)程終止98
3.6　MT系統(tǒng)中的進(jìn)程管理99
3.7　Unix/Linux中的進(jìn)程100
3.7.1　進(jìn)程來(lái)源100
3.7.2　INIT和守護(hù)進(jìn)程100
3.7.3　登錄進(jìn)程100
3.7.4　sh進(jìn)程101
3.7.5　進(jìn)程的執(zhí)行模式101
3.8　進(jìn)程管理的系統(tǒng)調(diào)用102
3.8.1　fork()102
3.8.2　進(jìn)程執(zhí)行順序103
3.8.3　進(jìn)程終止104
3.8.4　等待子進(jìn)程終止105
3.8.5　Linux中的subreaper進(jìn)程106
3.8.6　exec()：更改進(jìn)程執(zhí)行映像108
3.8.7　環(huán)境變量108
3.9　I/O重定向111
3.9.1　文件流和文件描述符111
3.9.2　文件流I/O和系統(tǒng)調(diào)用111
3.9.3　重定向標(biāo)準(zhǔn)輸入111
3.9.4　重定向標(biāo)準(zhǔn)輸出112
3.10　管道112
3.10.1　Unix/Linux中的管道編程113
3.10.2　管道命令處理115
3.10.3　將管道寫(xiě)進(jìn)程與管道讀進(jìn)程連接起來(lái)115
3.10.4　命名管道116
3.11　編程項(xiàng)目：sh模擬器117
3.11.1　帶有I/O重定向的單命令117
3.11.2　帶有管道的命令118
3.11.3　ELF可執(zhí)行文件與sh腳本文件118
3.11.4　示例解決方案119
3.12　習(xí)題119
參考文獻(xiàn)120
第4章　并發(fā)編程121
4.1　并行計(jì)算導(dǎo)論121
4.1.1　順序算法與并行算法121
4.1.2　并行性與并發(fā)性122
4.2　線程122
4.2.1　線程的原理122
4.2.2　線程的優(yōu)點(diǎn)122
4.2.3　線程的缺點(diǎn)123
4.3　線程操作123
4.4　線程管理函數(shù)123
4.4.1　創(chuàng)建線程124
4.4.2　線程ID125
4.4.3　線程終止125
4.4.4　線程連接125
4.5　線程示例程序125
4.5.1　用線程計(jì)算矩陣的和125
4.5.2　用線程快速排序127
4.6　線程同步129
4.6.1　互斥量129
4.6.2　死鎖預(yù)防131
4.6.3　條件變量132
4.6.4　生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題133
4.6.5　信號(hào)量136
4.6.6　屏障137
4.6.7　用并發(fā)線程解線性方程組138
4.6.8　Linux中的線程140
4.7　編程項(xiàng)目：用戶級(jí)線程141
4.7.1　項(xiàng)目基本代碼：一個(gè)多任務(wù)處理系統(tǒng)142
4.7.2　用戶級(jí)線程145
4.7.3　線程連接操作的實(shí)現(xiàn)147
4.7.4　互斥量操作的實(shí)現(xiàn)151
4.7.5　用并發(fā)程序測(cè)試有互斥量的項(xiàng)目152
4.7.6　信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)156
4.7.7　使用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題156
4.8　習(xí)題158
參考文獻(xiàn)159
第5章　定時(shí)器及時(shí)鐘服務(wù)160
5.1　硬件定時(shí)器160
5.2　個(gè)人計(jì)算機(jī)定時(shí)器160
5.3　CPU操作161
5.4　中斷處理161
5.5　時(shí)鐘服務(wù)函數(shù)161
5.5.1　gettimeofday-settimeofday162
5.5.2　time系統(tǒng)調(diào)用163
5.5.3　times系統(tǒng)調(diào)用164
5.5.4　time和date命令164
5.6　間隔定時(shí)器164
5.7　REAL模式間隔定時(shí)器166
5.8　編程項(xiàng)目166
5.8.1　系統(tǒng)基本代碼167
5.8.2　定時(shí)器中斷170
5.8.3　定時(shí)器隊(duì)列171
5.8.4　臨界區(qū)173
5.8.5　高級(jí)主題173
5.9　習(xí)題174
參考文獻(xiàn)174
第6章　信號(hào)和信號(hào)處理175
6.1　信號(hào)和中斷175
6.2　Unix/Linux信號(hào)示例177
6.3　Unix/Linux中的信號(hào)處理177
6.3.1　信號(hào)類型177
6.3.2　信號(hào)的來(lái)源178
6.3.3　進(jìn)程PROC結(jié)構(gòu)體中的信號(hào)178
6.3.4　信號(hào)處理函數(shù)179
6.3.5　安裝信號(hào)捕捉函數(shù)179
6.4　信號(hào)處理步驟181
6.5　信號(hào)與異常182
6.6　信號(hào)用作IPC182
6.7　Linux中的IPC183
6.7.1　管道和FIFO183
6.7.2　信號(hào)184
6.7.3　System V IPC184
6.7.4　POSIX消息隊(duì)列184
6.7.5　線程同步機(jī)制184
6.7.6　套接字184
6.8　編程項(xiàng)目：實(shí)現(xiàn)一個(gè)消息IPC184
6.9　習(xí)題186
參考文獻(xiàn)186
第7章　文件操作187
7.1　文件操作級(jí)別187
7.2　文件I/O操作189
7.3　低級(jí)別文件操作191
7.3.1　分區(qū)191
7.3.2　格式化分區(qū)193
7.3.3　掛載分區(qū)194
7.4　EXT2文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介195
7.4.1　EXT2文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)195
7.4.2　超級(jí)塊196
7.4.3　塊組描述符196
7.4.4　位圖197
7.4.5　索引節(jié)點(diǎn)197
7.4.6　目錄條目198
7.5　編程示例198
7.5.1　顯示超級(jí)塊198
7.5.2　顯示位圖200
7.5.3　顯示根索引節(jié)點(diǎn)202
7.5.4　顯示目錄條目203
7.6　編程項(xiàng)目：將文件路徑名轉(zhuǎn)換為索引節(jié)點(diǎn)205
7.7　習(xí)題206
參考文獻(xiàn)206
第8章　使用系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行文件操作207
8.1　系統(tǒng)調(diào)用207
8.2　系統(tǒng)調(diào)用手冊(cè)頁(yè)207
8.3　使用系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行文件操作207
8.4　常用的系統(tǒng)調(diào)用209
8.5　鏈接文件210
8.5.1　硬鏈接文件210
8.5.2　符號(hào)鏈接文件211
8.6　stat系統(tǒng)調(diào)用211
8.6.1　stat文件狀態(tài)211
8.6.2　stat結(jié)構(gòu)體212
8.6.3　stat與文件索引節(jié)點(diǎn)213
8.6.4　文件類型和權(quán)限214
8.6.5　opendir-readdir函數(shù)215
8.6.6　readlink函數(shù)215
8.6.7　ls程序216
8.7　open-close-lseek系統(tǒng)調(diào)用217
8.7.1　打開(kāi)文件和文件描述符218
8.7.2　關(guān)閉文件描述符218
8.7.3　lseek文件描述符218
8.8　read()系統(tǒng)調(diào)用218
8.9　write()系統(tǒng)調(diào)用219
8.10　文件操作示例程序219
8.10.1　顯示文件內(nèi)容219
8.10.2　復(fù)制文件220
8.10.3　選擇性文件復(fù)制221
8.11　編程項(xiàng)目：使用系統(tǒng)調(diào)用遞歸復(fù)制文件222
8.11.1　提示和幫助222
8.11.2　示例解決方案223
參考文獻(xiàn)223
第9章　I/O庫(kù)函數(shù)224
9.1　I/O庫(kù)函數(shù)224
9.2　I/O庫(kù)函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用224
9.3　I/O庫(kù)函數(shù)的算法227
9.3.1　fread算法227
9.3.2　fwrite算法227
9.3.3　fclose算法228
9.4　使用I/O庫(kù)函數(shù)或系統(tǒng)調(diào)用228
9.5　I/O庫(kù)模式228
9.5.1　字符模式I/O228
9.5.2　行模式I/O229
9.5.3　格式化I/O230
9.5.4　內(nèi)存中的轉(zhuǎn)換函數(shù)230
9.5.5　其他I/O庫(kù)函數(shù)230
9.5.6　限制混合fread-fwrite230
9.6　文件流緩沖231
9.7　變參函數(shù)232
9.8　編程項(xiàng)目：類printf函數(shù)233
9.8.1　項(xiàng)目規(guī)范233
9.8.2　項(xiàng)目基本代碼233
9.8.3　myprintf()的算法234
9.8.4　項(xiàng)目改進(jìn)234
9.8.5　項(xiàng)目演示和示例解決方案234
9.9　習(xí)題234
參考文獻(xiàn)235
第10章　sh編程236
10.1　sh腳本236
10.2　sh腳本與C程序236
10.3　命令行參數(shù)237
10.4　sh變量237
10.5　sh中的引號(hào)238
10.6　sh語(yǔ)句238
10.7　sh命令238
10.7.1　內(nèi)置命令238
10.7.2　Linux命令239
10.8　命令替換240
10.9　sh控制語(yǔ)句240
10.9.1　if-else-fi語(yǔ)句240
10.9.2　for語(yǔ)句242
10.9.3　while語(yǔ)句242
10.9.4　until-do語(yǔ)句243
10.9.5　case語(yǔ)句243
10.9.6　continue和break語(yǔ)句243
10.10　I/O重定向243
10.11　嵌入文檔243
10.12　sh函數(shù)244
10.13　sh中的通配符245
10.14　命令分組245
10.15　eval語(yǔ)句245
10.16　調(diào)試sh腳本246
10.