Linux環(huán)境編程：從應(yīng)用到內(nèi)核

目　　錄 Contents前　言第0章　基礎(chǔ)知識(shí)10.1　一個(gè)Linux程序的誕生記10.2　程序的構(gòu)成20.3　程序是如何“跑”的40.4　背景概念介紹50.4.1　系統(tǒng)調(diào)用50.4.2　C庫(kù)函數(shù)60.4.3　線(xiàn)程安全70.4.4　原子性90.4.5　可重入函數(shù)90.4.6　阻塞與非阻塞110.4.7　同步與非同步11第1章　文件I/O121.1　Linux中的文件121.1.1　文件、文件描述符和文件表121.1.2　內(nèi)核文件表的實(shí)現(xiàn)131.2　打開(kāi)文件141.2.1　open介紹141.2.2　更多選項(xiàng)151.2.3　open源碼跟蹤161.2.4　如何選擇文件描述符171.2.5　文件描述符fd與文件管理結(jié)構(gòu)file181.3　creat簡(jiǎn)介191.4　關(guān)閉文件191.4.1　close介紹191.4.2　close源碼跟蹤191.4.3　自定義files_operations211.4.4　遺忘c(diǎn)lose造成的問(wèn)題221.4.5　如何查找文件資源泄漏251.5　文件偏移261.5.1　lseek簡(jiǎn)介261.5.2　小心lseek的返回值261.5.3　lseek源碼分析271.6　讀取文件291.6.1　read源碼跟蹤291.6.2　部分讀取301.7　寫(xiě)入文件311.7.1　write源碼跟蹤311.7.2　追加寫(xiě)的實(shí)現(xiàn)331.8　文件的原子讀寫(xiě)331.9　文件描述符的復(fù)制341.10　文件數(shù)據(jù)的同步381.11　文件的元數(shù)據(jù)411.11.1　獲取文件的元數(shù)據(jù)411.11.2　內(nèi)核如何維護(hù)文件的元數(shù)據(jù)421.11.3　權(quán)限位解析431.12　文件截?cái)?51.12.1　truncate與ftruncate的簡(jiǎn)單介紹451.12.2　文件截?cái)嗟膬?nèi)核實(shí)現(xiàn)451.12.3　為什么需要文件截?cái)?8第2章　標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)502.1　stdin、stdout和stderr502.2　I/O緩存引出的趣題512.3　fopen和open標(biāo)志位對(duì)比522.4　fdopen與fileno552.5　同時(shí)讀寫(xiě)的痛苦562.6　ferror的返回值572.7　clearerr的用途572.8　小心fgetc和getc602.9　注意fread和fwrite的返回值602.10　創(chuàng)建臨時(shí)文件61第3章　進(jìn)程環(huán)境663.1　main是C程序的開(kāi)始嗎663.2　“活雷鋒”exit703.3　atexit介紹753.3.1　使用atexit753.3.2　atexit的局限性763.3.3　atexit的實(shí)現(xiàn)機(jī)制773.4　小心使用環(huán)境變量783.5　使用動(dòng)態(tài)庫(kù)803.5.1　動(dòng)態(tài)庫(kù)與靜態(tài)庫(kù)803.5.2　編譯生成和使用動(dòng)態(tài)庫(kù)803.5.3　程序的“平滑無(wú)縫”升級(jí)823.6　避免內(nèi)存問(wèn)題843.6.1　尷尬的realloc843.6.2　如何防止內(nèi)存越界853.6.3　如何定位內(nèi)存問(wèn)題863.7　“長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)”longjmp903.7.1　setjmp與longjmp的使用903.7.2　“長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)”的實(shí)現(xiàn)機(jī)制913.7.3　“長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)”的陷阱93第4章　進(jìn)程控制：進(jìn)程的一生964.1　進(jìn)程ID964.2　進(jìn)程的層次984.2.1　進(jìn)程組994.2.2　會(huì)話(huà)1024.3　進(jìn)程的創(chuàng)建之fork()1034.3.1　fork之后父子進(jìn)程的內(nèi)存關(guān)系1044.3.2　fork之后父子進(jìn)程與文件的關(guān)系1074.3.3　文件描述符復(fù)制的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)1104.4　進(jìn)程的創(chuàng)建之vfork()1154.5　daemon進(jìn)程的創(chuàng)建1174.6　進(jìn)程的終止1194.6.1　_exit函數(shù)1194.6.2　exit函數(shù)1204.6.3　return退出1224.7　等待子進(jìn)程1224.7.1　僵尸進(jìn)程1224.7.2　等待子進(jìn)程之wait()1244.7.3　等待子進(jìn)程之waitpid()1264.7.4　等待子進(jìn)程之等待狀態(tài)值1294.7.5　等待子進(jìn)程之waitid()1314.7.6　進(jìn)程退出和等待的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)1334.8　exec家族1414.8.1　execve函數(shù)1414.8.2　exec家族1424.8.3　execve系統(tǒng)調(diào)用的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)1444.8.4　exec與信號(hào)1514.8.5　執(zhí)行exec之后進(jìn)程繼承的屬性1524.9　system函數(shù)1524.9.1　system函數(shù)接口1534.9.2　system函數(shù)與信號(hào)1564.10　總結(jié)157第5章　進(jìn)程控制：狀態(tài)、調(diào)度和優(yōu)先級(jí)1585.1　進(jìn)程的狀態(tài)1585.1.1　進(jìn)程狀態(tài)概述1595.1.2　觀察進(jìn)程狀態(tài)1715.2　進(jìn)程調(diào)度概述1735.3　普通進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)1815.4　完全公平調(diào)度的實(shí)現(xiàn)1865.4.1　時(shí)間片和虛擬運(yùn)行時(shí)間1865.4.2　周期性調(diào)度任務(wù)1905.4.3　新進(jìn)程的加入1925.4.4　睡眠進(jìn)程醒來(lái)1985.4.5　喚醒搶占2025.5　普通進(jìn)程的組調(diào)度2045.6　實(shí)時(shí)進(jìn)程2075.6.1　實(shí)時(shí)調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)2075.6.2　實(shí)時(shí)調(diào)度相關(guān)API2115.6.3　限制實(shí)時(shí)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間2135.7　CPU的親和力214第6章　信號(hào)2196.1　信號(hào)的完整生命周期2196.2　信號(hào)的產(chǎn)生2206.2.1　硬件異常2206.2.2　終端相關(guān)的信號(hào)2216.2.3　軟件事件相關(guān)的信號(hào)2236.3　信號(hào)的默認(rèn)處理函數(shù)2246.4　信號(hào)的分類(lèi)2276.5　傳統(tǒng)信號(hào)的特點(diǎn)2286.5.1　信號(hào)的ONESHOT特性2306.5.2　信號(hào)執(zhí)行時(shí)屏蔽自身的特性2326.5.3　信號(hào)中斷系統(tǒng)調(diào)用的重啟特性2336.6　信號(hào)的可靠性2366.6.1　信號(hào)的可靠性實(shí)驗(yàn)2366.6.2　信號(hào)可靠性差異的根源2406.7　信號(hào)的安裝2436.8　信號(hào)的發(fā)送2466.8.1　kill、tkill和tgkill2466.8.2　raise函數(shù)2476.8.3　sigqueue函數(shù)2476.9　信號(hào)與線(xiàn)程的關(guān)系2536.9.1　線(xiàn)程之間共享信號(hào)處理函數(shù)2546.9.2　線(xiàn)程有獨(dú)立的阻塞信號(hào)掩碼2556.9.3　私有掛起信號(hào)和共享掛起信號(hào)2576.9.4　致命信號(hào)下，進(jìn)程組全體退出2606.10　等待信號(hào)2606.10.1　pause函數(shù)2616.10.2　sigsuspend函數(shù)2626.10.3　sigwait函數(shù)和sigwaitinfo函數(shù)2636.11　通過(guò)文件描述符來(lái)獲取信號(hào)2656.12　信號(hào)遞送的順序2676.13　異步信號(hào)安全2726.14　總結(jié)275第7章　理解Linux線(xiàn)程（1）2767.1　線(xiàn)程與進(jìn)程2767.2　進(jìn)程ID和線(xiàn)程ID2817.3　pthread庫(kù)接口介紹2847.4　線(xiàn)程的創(chuàng)建和標(biāo)識(shí)2857.4.1　pthread_create函數(shù)2857.4.2　線(xiàn)程ID及進(jìn)程地址空間布局2867.4.3　線(xiàn)程創(chuàng)建的默認(rèn)屬性2917.5　線(xiàn)程的退出2927.6　線(xiàn)程的連接與分離2937.6.1　線(xiàn)程的連接2937.6.2　為什么要連接退出的線(xiàn)程2957.6.3　線(xiàn)程的分離2997.7　互斥量3007.7.1　為什么需要互斥量3007.7.2　互斥量的接口3047.7.3　臨界區(qū)的大小3057.7.4　互斥量的性能3067.7.5　互斥鎖的公平性3107.7.6　互斥鎖的類(lèi)型3117.7.7　死鎖和活鎖3147.8　讀寫(xiě)鎖3167.8.1　讀寫(xiě)鎖的接口3177.8.2　讀寫(xiě)鎖的競(jìng)爭(zhēng)策略3187.8.3　讀寫(xiě)鎖總結(jié)3237.9　性能殺手：偽共享3237.10　條件等待3287.10.1　條件變量的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀3287.10.2　條件變量的使用329第8章　理解Linux線(xiàn)程（2）3338.1　線(xiàn)程取消3338.1.1　函數(shù)取消接口3338.1.2　線(xiàn)程清理函數(shù)3358.2　線(xiàn)程局部存儲(chǔ)3398.2.1　使用NPTL庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程局部存儲(chǔ)3408.2.2　使用__thread關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程局部存儲(chǔ)3428.3　線(xiàn)程與信號(hào)3438.3.1　設(shè)置線(xiàn)程的信號(hào)掩碼3448.3.2　向線(xiàn)程發(fā)送信號(hào)3448.3.3　多線(xiàn)程程序?qū)π盘?hào)的處理3458.4　多線(xiàn)程與fork()345第9章　進(jìn)程間通信：管道3499.1　管道3519.1.1　管道概述3519.1.2　管道接口3529.1.3　關(guān)閉未使用的管道文件描述符3569.1.4　管道對(duì)應(yīng)的內(nèi)存區(qū)大小3619.1.5　shell管道的實(shí)現(xiàn)3619.1.6　與shell命令進(jìn)行通信（popen）3629.2　命名管道FIFO3659.2.1　創(chuàng)建FIFO文件3659.2.2　打開(kāi)FIFO文件3669.3　讀寫(xiě)管道文件3679.4　使用管道通信的示例372第10章　進(jìn)程間通信：System V IPC37510.1　System V IPC概述37510.1.1　標(biāo)識(shí)符與IPC Key37610.1.2　IPC的公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)37910.2　System V消息隊(duì)列38310.2.1　創(chuàng)建或打開(kāi)一個(gè)消息隊(duì)列38310.2.2　發(fā)送消息38510.2.3　接收消息38810.2.4　控制消息隊(duì)列39010.3　System V信號(hào)量39110.3.1　信號(hào)量概述39110.3.2　創(chuàng)建或打開(kāi)信號(hào)量39310.3.3　操作信號(hào)量39510.3.4　信號(hào)量撤銷(xiāo)值39910.3.5　控制信號(hào)量40010.4　System V共享內(nèi)存40210.4.1　共享內(nèi)存概述40210.4.2　創(chuàng)建或打開(kāi)共享內(nèi)存40310.4.3　使用共享內(nèi)存40510.4.4　分離共享內(nèi)存40710.4.5　控制共享內(nèi)存408第11章　進(jìn)程間通信：POSIX IPC41011.1　POSIX IPC概述41111.1.1　IPC對(duì)象的名字41111.1.2　創(chuàng)建或打開(kāi)IPC對(duì)象41311.1.3　關(guān)閉和刪除IPC對(duì)象41411.1.4　其他41411.2　POSIX消息隊(duì)列41511.2.1　消息隊(duì)列的創(chuàng)建、打開(kāi)、關(guān)閉及刪除41511.2.2　消息隊(duì)列的屬性41811.2.3　消息的發(fā)送和接收42211.2.4　消息的通知42311.2.5　I/O多路復(fù)用監(jiān)控消息隊(duì)列42711.3　POSIX信號(hào)量42811.3.1　創(chuàng)建、打開(kāi)、關(guān)閉和刪除有名信號(hào)量43011.3.2　信號(hào)量的使用43111.3.3　無(wú)名信號(hào)量的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀43211.3.4　信號(hào)量與futex43311.4　內(nèi)存映射mmap43611.4.1　內(nèi)存映射概述43611.4.2　內(nèi)存映射的相關(guān)接口43811.4.3　共享文件映射43911.4.4　私有文件映射45511.4.5　共享匿名映射45511.4.6　私有匿名映射45611.5　POSIX共享內(nèi)存45611.5.1　共享內(nèi)存的創(chuàng)建、使用和刪除45711.5.2　共享內(nèi)存與tmpfs458第12章　網(wǎng)絡(luò)通信：連接的建立46212.1　socket文件描述符46212.2　綁定IP地址46312.2.1　bind的使用46412.2.2　bind的源碼分析46512.3　客戶(hù)端連接過(guò)程46812.3.1　connect的使用46812.3.2　connect的源碼分析46912.4　服務(wù)器端連接過(guò)程47712.4.1　listen的使用47712.4.2　listen的源碼分析47812.4.3　accept的使用48012.4.4　accept的源碼分析48012.5　TCP三次握手的實(shí)現(xiàn)分析48312.5.1　SYN包的發(fā)送48312.5.2　接收SYN包，發(fā)送SYN+ACK包48512.5.3　接收SYN+ACK數(shù)據(jù)包49412.5.4　接收ACK數(shù)據(jù)包，完成三次握手499第13章　網(wǎng)絡(luò)通信：數(shù)據(jù)報(bào)文的發(fā)送50513.1　發(fā)送相關(guān)接口50513.2　數(shù)據(jù)包從用戶(hù)空間到內(nèi)核空間的流程50613.3　UDP數(shù)據(jù)包的發(fā)送流程51013.4　TCP數(shù)據(jù)包的發(fā)送流程51713.5　IP數(shù)據(jù)包的發(fā)送流程52713.5.1　ip_send_skb源碼分析52813.5.2　ip_queue_xmit源碼分析53113.6　底層模塊數(shù)據(jù)包的發(fā)送流程532第14章　網(wǎng)絡(luò)通信：數(shù)據(jù)報(bào)文的接收53614.1　系統(tǒng)調(diào)用接口53614.2　數(shù)據(jù)包從內(nèi)核空間到用戶(hù)空間的流程53714.3　UDP數(shù)據(jù)包的接收流程54014.4　TCP數(shù)據(jù)包的接收流程54414.5　TCP套接字的三個(gè)接收隊(duì)列55314.6　從網(wǎng)卡到套接字55614.6.1　從硬中斷到軟中斷55614.6.2　軟中斷處理55714.6.3　傳遞給協(xié)議棧流程55914.6.4　IP協(xié)議處理流程56414.6.5　大師的錯(cuò)誤？原始套接字的接收56814.6.6　注冊(cè)傳輸層協(xié)議57114.6.7　確定UDP套接字57114.6.8　確定TCP套接字576第15章　編寫(xiě)安全無(wú)錯(cuò)代碼58215.1　不要用memcmp比較結(jié)構(gòu)體58215.2　有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)的移位區(qū)別58315.3　數(shù)組和指針58415.4　再論數(shù)組首地址58715.5　“神奇”的整數(shù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換58815.6　小心volatile的原子性誤解58915.7　有趣的問(wèn)題：“x == x”何時(shí)為假？59115.8　小心浮點(diǎn)陷阱59315.8.1　浮點(diǎn)數(shù)的精度限制59315.8.2　兩個(gè)特殊的浮點(diǎn)值59315.9　Intel移位指令陷阱595