Linux网络编程读书笔记

LINUX网络编程的读书笔记笔记是该书内容的精简，适当之处加上我个人的观点。

联系：zhangyv163@笔记整理：ZhangYv 日期：2005-1-15书名：Linux网络编程作者：林宇郭凌云出版社：人民邮电难度：入门到进阶第一章文件系统和进程系统1．1文件系统的总体结构从文件系统的实现角度来看，按层次可以分成应用程序、系统调用、文件子系统、高速缓冲、设备驱动和具体的存储设备等几个层次，如下图：在UNIX系统中，程序不管核心按照什么样的格式来组织文件，只是把文件看作一个无格式的字节流来看待。

对文件的存取语法是由系统定义的，数据的语义是由程序加上去的。

应用进程通过系统调用来访问文件系统，分配给应用程序一个标准的通用接口, 便于屏蔽不同文件系统的差异。

文件系统不能直接访问硬件设备，通过调用设备驱动进程来操作具体设备。

对高速设备的访问，通常通过高速缓冲机制来提高设备和内存的数据交换。

设备驱动进程用来屏蔽不同物理设备的操作差异。

文件系统的总体结构是：引导块、超级块、索引节点表，数据区。

·引导块在文件系统的最前面，它和操作系统引导有关。

有且只有一个引导块有效。

·超级块也叫管理块，存放文件系统的管理信息，如文件系统大小、空闲块大小、空闲块链表节点头等信息。

·索引节点表，每个文件都对应着一个索引节点，里面反正用户的存取权限、信息等。

通过路径访问文件，内核把文件路径经过转换映射到索引节点表中对应节点去。

·数据区。

文件系统实际存放数据的磁盘空间。

·空闲数据块表。

超级块中空间很小，所以把空闲数据块的信息写在数据区中。

VFS(Virtual Filesystem Switch)LINUX通过虚拟文件系统转换来实现多文件系统的支持。

LINUX把对文件操作的系统调用转为对不通过文件系统操作的子程序调用，这些子程序都针对具体文件系统而编写。

虚拟文件系统不是真正的文件系统，而是一种映射机制来屏蔽下层的差异为上层提供方便。

1．2 文件结构和目录结构LINUX中的每个文件都对应虚拟文件系统的一个索引节点，里面存放有直接或多级指针能够记录文件的数据，这样设计是为了存取大文件。

目录也能抽象成文件，也通过索引节点表来描述，并且把目录表中的目录项存放在数据区中。

目录表的基本构成单位是目录项，有“文件名－索引节点号”构成。

文件节点索引表中并不包含文件名这个信息，文件名被填写在目录文件中。

·硬连接和符号（软）连接的区别：硬连接能实现的功能符号连接都能实现。

硬连接只能用在文件(非目录)和同一个文件系统，但是符号连接适用在目录，也适用在不同的文件系统间。

但是符号连接比硬连接更消耗内核资源，因为符号连接的转换规则是在内核中实现的，而硬连接则直接指向索引节点。

硬连接是文件名和索引节点的对应关系；符号连接是指向文件的路径·文件系统相关编程：从系统的实现角度来看，文件内在表示是唯一确定的索引节点。

如果从编程角度来看，文件可以通过文件描述符和文件指针来表示。

UNIX I/O库中有open,write,read,close,ioctl等系统调用来操作文件描述符。

在C库函数中，有fopen, fprintf, fread, fwrite, fclose等文件操作函数对文件指针进行处理，它们是对系统调用的再次封装。

从系统角度来说：文件句柄就是文件的一种标志，是文件描述符表中的索引号。

进程的标志输入、输出和错误输出的文件描述符分别是0，1，2在unistd.h中将它们定义为STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。

从C函数库角度来说：文件句柄是一个指向文件结构的指针。

进程的标志输入、输出和错误输出在stdio.h中被定义为stdin, stdout, stderr。

可以使用系统调用fileno()将一个文件指针转为文件描述符。

1.3 进程系统·程序并行执行中的问题：静态程序的概念不能很好描述并行环境下的规律，因此引入的进程的概念。

单道程序设计中，环境是封闭的，资源总被独占；而在并行环境中由于封闭性和资源的独占性被破坏，这将导致很多问题。

·进程和程序的区别：程序是指令和数据的集合，是一个静态文本，存放在一个普通的文件中，该文件在索引节点表中的文件标志为“可执行”。

进程是程序在一个包括指令段、系统和用户数据的环境中，为了完成预定的任务而运行一次的过程。

进程被撤销后就不再存在，而程序的文本依然留在系统中。

·进程的物理表示：为了描述动态变化的进程，我们把进程静态的分为3个部分：程序部分、数据部分、进程控制块——统一称为进程映像。

进程的程序部分可以被多个程序所共享，共享代码段应该被编写成纯代码puer code，即该程序段的功能不随着调用的程序不同而存在差异。

程序段被执行的数据区和工作单元，当执行的不是共享代码段时，数据的一部分就被放入数据空间。

每个进程都有一个进程控制块PCB，用来跟踪并记录动态变化的进程执行和调动信息的数据结构，集中体现了进程的特征、状态和其他进程间的关系等。

·进程的虚空间：操作系统的虚空间可以分成“进程虚空间”和“系统虚空间”。

可执行程序的指令和数据对应着进程虚空间的地址，由操作系统把进程虚空间地址映射到物理内存上。

这种映射是通过硬件寄存器和系统页表共同实现的。

·用户态和核心态：用户态和核心态实际上是CPU工作的两种不同模式。

所有内核对外提供的功能都是按系统调用的形式。

进程进行一次系统调用，CPU将在用户态与核心态间切换一次，系统调用工作在核心栈，而普通用户调用将使用用户栈。

·进程上下文：进程在生命期的所有状态都可以通过进程上下文来描述。

通常包括三个内容：1 用户级上下文：包括代码段、数据段、用户段和共享内存段。

2 寄存器上下文：进程运行时各寄存器的内容3 系统级上下文：进程控制块、进程使用的页表和核心栈·进程转换·进程调度：核心将在几种情况下调用调度管理器：当前进程被放入等待队列或者系统调用结束时，以及从核心态返回到用户态时。

(1)LINUX支持两类不同进程：普通与实时进程，不同之处体现在优先级和调度策略上。

(2)如果一个实时进程处于可执行状态，它总在任何普通进程前执行。

(3)实时进程采用两种调用策略：时间片轮转和先进先出。

(4)普通进程采用Round Robin策略。

(5)priority进程优先级、rt_priority实时进程优先级、counter进程运行运行时间·对fork的理解：fork之后父子进程的tast_struc除了进程号，其他的数据都一样。

利用虚空间技术，共享代码段（引用计数加1），复制数据段。

fork快完成的某阶段子进程被建立并保存上下文进入就绪队列等待调度，fork完毕之后父进程上下文被保存，返回子进程的进程标识符。

注意：子进程的fork调用返回是0，父进程fork调用返回是子进程的进程号。

然后父子进程从fork的调用点开始分别继续运行。

父进程退出前需要使用wait()或waipid()等待子进程执行完毕和清除僵尸进程释放资源。

第二章进程间通信和同步前言：在linux/unix中支持多种进程间通信(IPC)的方式，主要包括：信号、信号量、消息队列和共享内存，管道（包括无名管道和FIFO）也是进程间通信的方式。

·2,2信号的捕获和处理：#inlucde <signal.h> //参见POSIX.1中定义sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact); //设置信号处理器struct sigaction{void (*sa_handler)();sigset_t sa_mask;int sa_flags;};(1) 信号处理器函数指针(2)进程屏蔽的信号集合（3）信号处理器的标志(查阅手册)int sigemptyset(sigset-t *set); //信号集合清空int sigfillset(sigset_t *set); //设置包含所有信号的全集int sigaddset(sigset_t *set, int signo); //把一个信号加入信号集合int sigdelset(sigset_t *set, int signo); //把一个信号从集合里删除int sigismember(const sigset_t *set, int signo); //判断信号是否包含在给定集合中int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset); //设置进程中断屏蔽码how = [SIG_BLOCK, SIG_UNBLOCK, SIG_SETMASK], *oset对设置前屏蔽码做备份使用信号处理器基本方法：1.编写信号处理函数handler_sigproc();//信号处理函数执行完毕的最后，记得要清堵塞的信号//sigaddset(&blockmask, SIGINT); //信号处理器缺省堵塞的信号//sigaddset(&blockmask, SIGTERM); //信号处理器处理的信号//sigprocmask(SIG_BLOCK, &blockmask, NULL); //清堵塞信号2.设置信号处理器struct action act;act.sa_handler = handler_sigproc;sigemptyset(act.sa_mask);sigaddset(&act.sa_mask, SIGTERM); //信号处理器执行期间堵塞相应的信号sigaction(SIGTERM, &act, NULL);//将(kill产生)终止信号加入act信号处理器快系统调用、慢系统调用都可能被信号打断，POSIX.1把被中断的系统调用返回-1，errno 设置为EINTER，只要不是“原子操作”都可能被打断，注意对这类问题的容错处理：ret = read(fd, buf, 255);if (ret == -1 && errno == EINTER) //如果(系统调用是由中断引起的执行失败) 则……·2.3 信号量有名信号量是全局，只要知道它的名字就可以使用它；无名信号量是局部，只能通过继承才能使用它；相关函数：头文件：<sys/types.h>, <sys/ipc.h>, <sys/sem.h>int semget(key_t key, int nsems, int semflg); //创建或取得一个信号量组int semctl(int sem_id, int semnum, int cmd); //信号量控制函数（取值/删除/设置等）int semop(int semid, struct sembuf *sops, int nsops); //信号量操作函数(1)信号量组ID （2）进行怎样操作（3）操作次数short sem_num; //对信号量组第sem_num个进行操作short sem_op; //对信号量sem_value执行-1是P操作，+1是V操作short sem_flg; //通常取0，如果使用SEM_UNDO退出进程后，信号量值变为0 };使用信号量基本流程：1. sem_id = semget(SEM_KEY,0,0); //SEM_KEY自定义，要确保唯一性2. if (sem_id != -1) //如果信号量组不存在sem_id = semget(SEM_KEY, SEM_NUM, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666)...//创建资源为SEM_NUM个的一个信号量组，权限为0666（可读写）else 初始化信号量组的信号量资源个数3实现P和V操作函数：void P(int sem_num, int sem_id)//对信号量组sem_id的第sem_num个信号量操作{struct sembuf sem[1];sem[0].sem_num=sem_num; sem[0].sem_op = -1; sem[0].sem_flg = 0;if (semop(sem_id, sem, 1) == -1) //... 执行一次P操作，V操作类似}4 semctl(sem_id, sem_index, IPC_RMID); //手动删除信号量组//注意“信号量组”和“信号量值”的区别！·2.4 消息队列#include <sys/msg.h>int msgget(key_t key, int msgflg)); //创建或取得消息队列的ID，和信号量组类似int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);int msgsnd(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, int msgflg));int msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long int msgtyp, int msgflg)); //接收消息//msgtyp=0:返回第一个消息>0:返回第一个值=msgtyp的消息<0:返回第一个值<=-msgtyp消息队列使用基本原理：子进程child发送首次登记的标志FLAG(msgtyp>0)和child进程号到服务器进程server注册，在server段使用msgrcv(Q_MSG_KEY, &recv_buf, sizeof(Message)-sizeof(long), FLAG, 0)接收，Message正文不包括消息头的标志。