LSP Cn Alpha(Revision 77)

谨将我们的工作献给即将毕业离校的兄弟们 — 林晓鑫、刘德超、黄巍、周蓝珺、胡禹轩、王新喜、何春晓、崔剑、李浩。以及潘海东即将出世的小 Baby! – II –

0 译者序 LSP) 的文工作实 Linux System Prorgramming ( 工业理 IBM 的。工作的同的同。们林晓鑫、王、崔春、、何春晓、、李、、、、。的文献 SMS@lilacbbs.com 的王。刘文、王、刘德超、、王新喜同校工作。的校。工业文作的工作李。 TeX 的工作文进。 LSP 内布原 IBM ( 工程 ) 晓( )的们 SUN 的业时间对进的校提出的。们的的同。们示。程的 Harbin Linux User Group 们示。 , 程方的工作以的的。存何方式我们 : Website : http://www.footoo.org Twitter : http://twitter.com/cliffwoo Email :cliffwoo@gmail.com 或 cliffwoo@footoo.org Google Groups :http://groups.google.com/group/lspcn/ 工业 2009 4 30 – III –

目录译者序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III 版权声明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV 第 1 章简介和主要概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 1 调 ............................................................ 1.1.1 2 1.1.2 调调 ....................................................... 3 1.1.3 C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.4 C ............................................................ 4 1.2 API ABI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1 API. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 ABI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 ..................................................................... 5 SUS 的 1.3.1 POSIX ............................................... 6 1.3.2 C .......................................................... 7 1.3.3 Linux ........................................................ 7 1.3.4 ......................................................... 8 1.4 Linux 程 .......................................................... 8 1.4.1 文件文件 .................................................... 8 文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2 9 1.4.3 ......................................................... 10 1.4.4 .............................................................. 11 1.4.5 ............................................................ 12 文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.6 12 1.4.7 文件空间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.4.8 进程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.9 15 1.4.10 进程 ............................................................ 16 1.4.11 ............................................................ 16 1.4.12 ................................................................. 17 1.4.13 ................................................................. 18 1.4.14 进程间 ......................................................... 18 1.4.15 文件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 处理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.16 19 程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 22 –V–

第 2 章文件 I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 24 调 ..................................................... 2.1.1 open() 24 2.1.2 新文件 ....................................................... 26 2.1.3 新文件 ......................................................... 26 2.1.4 creat() .......................................................... 28 2.1.5 .................................................... 29 read() 读文件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 29 2.2.1 .............................................................. 30 2.2.2 读的 .................................................... 31 读. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 32 2.2.4 ......................................................... 33 2.2.5 read() 小 ..................................................... 33 write() 写 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 34 写 .............................................................. 2.3.1 35 式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 36 写. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 36 2.3.4 ......................................................... 36 2.3.5 write() 小 ..................................................... 37 2.3.6 write() 的 ....................................................... 37 2.4 同步 I/O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4.1 fsync() fdatasync() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4.2 .................................................... 39 2.4.3 sync(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.4 O SYNC ....................................................... 41 2.4.5 O DSYNC O RSYNC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5 I/O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 42 2.6.1 .............................................................. 43 2.7 lseek() ........................................................... 44 2.7.1 文件进 ............................................. 45 2.7.2 .............................................................. 46 2.7.3 ................................................................. 46 读写. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8 46 2.8.1 .............................................................. 47 文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9 47 2.10I/O ............................................................. 49 2.10.1 select() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.10.2 .................................................... 52 2.10.3 poll() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.10.4 poll() select(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 – VI –

2.11内内 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 文件 2.11.1 ....................................................... 62 2.11.2 页存 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.11.3 页写 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.12 ..................................................................... 65 第 3 章缓冲输入输出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.1 I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 小 .............................................................. 3.1.1 67 3.1.2 I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.1.3 文件 ............................................................ 68 文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 69 式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 69 文件文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 70 3.3 ................................................................... 71 的 ....................................................... 3.3.1 71 读 3.4 ......................................................... 71 3.4.1 单读 ......................................................... 71 3.4.2 .................................................. 72 的读 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3 72 3.4.4 读 .................................................... 73 3.4.5 读进文件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 写 3.5 ............................................................ 75 3.5.1 对的 ......................................................... 75 3.5.2 写单 ....................................................... 76 3.5.3 写 ......................................................... 76 3.5.4 写进 .................................................... 77 I/O 示程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.5 77 3.6 ................................................................... 79 3.6.1 .................................................... 80 3.7 .............................................................. 81 文件 3.8 ......................................................... 82 的文件 3.9 .................................................. 83 3.10 ................................................................. 83 3.11 程 ................................................................. 85 文件 3.11.1 ....................................................... 85 操作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.11.2 86 I/O 的 3.12对 ....................................................... 87 3.13 ..................................................................... 88 – VII –

第 4 章高级文件 I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.1 散布 / 聚集 I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.1.1 readv() writev() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.2 Event Poll ........................................................... 96 新的 epoll 实 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 96 4.2.2 epoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Epoll 件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 99 件件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 101 4.3 存映射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 4.3.1 mmap() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.3.2 munmap(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.3.3 存映射子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.3.4 mmap() 的 ...................................................... 108 4.3.5 mmap() 的 ...................................................... 109 4.3.6 调映射的小 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 映射的 4.3.7 ............................................... 110 映射同步文件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.8 111 4.3.9 映射提示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 文件 I/O 提示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 114 4.4.1 posix fadvise() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 调 ................................................ 4.4.2 readahead() 116 实的操作提示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3 116 4.5 同步 (Synchronized) 同步 (Synchronous) 及异步 ( Asynchronous) 操作 . . 117 4.5.1 异步 I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.6 I/O 调 I/O 性能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 4.6.1 ............................................................ 120 4.6.2 调的能....................................................... 121 进读 4.6.3 ......................................................... 122 的 I/O 调 4.6.4 ......................................... 125 I/O 性能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6.5 125 4.7 ..................................................................... 132 第 5 章进程管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 5.1 进程 ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 进程 ID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 134 5.1.2 进程 ............................................................ 134 5.1.3 pid t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 进程 ID 进程的 ID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 135 新进程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 136 调 .................................................. 5.2.1 exec 136 调 ...................................................... 5.2.2 fork() 139 – VIII –

进程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 143 进程的方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 144 5.3.2 atexit(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 5.3.3 on exit( ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5.3.4 SIGCHLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 的子进程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 147 进程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1 150 子进程的方 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.2 152 BSD 的 wait3() wait4() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.3 153 新进程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.4 155 进程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.5 158 5.5 ................................................................. 158 实 ( )ID、效存设的 5.5.1 ( )ID ( )ID . . . . . . 159 实存设的 5.5.2 ( )ID ( )ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 效 5.5.3 ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 ID 的方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.4 BSD ID 161 ID 的方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.5 HP-UX ID 162 操作 ID 的方 ...................................... 5.5.6 ID 163 对存设的 ID 的 5.5.7 ....................................... 163 5.5.8 ID ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 进程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 164 相的调 ............................................. 5.6.1 165 进程相的调 ........................................... 5.6.2 167 的进程 5.6.3 .................................................. 168 进程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 169 5.8 ..................................................................... 171 第 6 章高级进程管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.1 进程调 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.1.1 O ........................................................... 173 6.1.2 时间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 进程 Vs. 处理进程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.3 I/O 174 调 ............................................................ 6.1.4 175 程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.5 175 出处理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 176 理 6.2.1 ............................................................ 176 出处理方的 6.2.2 ...................................... 177 6.3 进程 .............................................................. 178 6.3.1 nice() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 6.3.2 getpriority() setpriority(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6.3.3 I/O .......................................................... 181 – IX –

6.4 处理 ............................................................ 182 6.4.1 sched getaffinity() sched setaffinity() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 6.5 实时 ................................................................. 185 实时 6.5.1 ....................................................... 186 时 6.5.2 ............................................. 186 6.5.3 Linux 的实时 ................................................... 187 6.5.4 Linux 调 ............................................ 188 6.5.5 设调 ....................................................... 192 6.5.6 sched rr get interval() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 实时进程的提 ........................................... 6.5.7 197 性 .............................................................. 6.5.8 197 6.6 ................................................................. 200 6.6.1 ............................................................ 201 设 6.6.2 ............................................... 204 第 7 章文件与目录管理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 7.1 文件及 ......................................................... 207 7.1.1 stat ....................................................... 207 7.1.2 ................................................................. 211 7.1.3 .............................................................. 213 7.1.4 扩展属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 7.2 ..................................................................... 223 工作 7.2.1 ....................................................... 224 7.2.2 ............................................................ 229 7.2.3 ............................................................ 230 7.2.4 读内 ....................................................... 231 7.3 ..................................................................... 235 7.3.1 .............................................................. 236 7.3.2 ............................................................ 237 7.3.3 ............................................................ 239 文件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 240 7.4.1 ................................................................. 240 7.4.2 ................................................................. 241 7.5 设备 ................................................................. 242 设备 7.5.1 ....................................................... 243 7.5.2 ....................................................... 243 7.6 ................................................................. 244 文件件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7 246 7.7.1 inotify . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 7.7.2 ................................................................. 247 –X–

7.7.3 inotify 件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 7.7.4 ....................................................... 252 7.7.5 inotify .................................................... 253 件小.................................................. 7.7.6 254 inotify 实 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7.7 255 第 8 章内存管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.1 进程空间. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.1.1 页页调 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.1.2 存 ......................................................... 257 内存 8.2 ............................................................ 258 8.2.1 ............................................................ 260 8.2.2 调内存小 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 内存的 8.2.3 .................................................... 264 8.2.4 对 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 段的理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 270 存映射 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 271 存映射 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.1 272 8.4.2 映射 /dev/zero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 存 8.5 ......................................................... 275 malloc usable size() malloc trim() 进调 . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.1 277 8.6 调内存 ............................................................ 278 8.6.1 ....................................................... 278 的 8.7 ............................................................ 280 的 8.7.1 ....................................................... 282 8.7.2 ............................................................ 283 的内存 8.8 .......................................... 284 8.9 存操作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 设 ............................................................ 8.9.1 286 8.9.2 ............................................................ 287 8.9.3 ............................................................ 288 8.9.4 ............................................................ 289 8.9.5 ............................................................ 290 8.10内存 ................................................................. 291 空间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.10.1 291 空间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.10.2 292 8.10.3 内存 ............................................................ 293 的 8.10.4 ......................................................... 294 页理内存 8.10.5 ........................................ 294 性存 8.11 .................................................... 295 8.11.1 超内存 ............................................... 295 – XI –

第 9 章信号 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 9.1 ................................................................. 297 9.1.1 ......................................................... 298 的 9.1.2 Linux ................................................... 298 理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 304 9.2.1 ............................................................ 305 子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2 306 9.2.3 ......................................................... 309 9.2.4 映射 ............................................. 310 9.3 ................................................................. 311 9.3.1 ................................................................. 311 子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.2 312 9.3.3 给自 .................................................... 312 9.3.4 给进程 ............................................. 313 9.4 ..................................................................... 313 的 9.4.1 ............................................... 314 集................................................................... 9.5 316 9.5.1 更的集 .................................................. 316 9.6 ................................................................. 317 处理 9.6.1 .................................................... 318 集 ......................................................... 9.6.2 318 理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7 319 9.7.1 siginfo t ........................................................ 321 9.7.2 si code 的世 .................................................. 323 的 9.8 .................................................. 325 子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.8.1 326 9.9 ..................................................................... 326 第 10 章时间. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 10.1时间的 ......................................................... 330 10.1.1 原示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 10.1.2 ......................................................... 331 10.1.3 ......................................................... 331 时间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.4 332 进程时间 10.1.5 .................................................. 333 10.2POSIX 时 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 10.3时间 .............................................................. 334 时间. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4 335 更的 10.4.1 .................................................... 336 10.4.2 ....................................................... 337 进程时间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.3 338 – XII –

时间. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5设 339 时 ......................................................... 10.5.1 340 10.5.2 设时间的 ........................................... 340 时间. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6 341 时 ............................................................ 10.7调校 343 10.8 .............................................................. 346 10.8.1 .................................................... 347 10.8.2 Linux 的实时 ................................................... 347 10.8.3 .................................................... 348 10.8.4 实的方 ............................................... 350 10.8.5 sleep 的实 ............................................ 353 10.8.6 超 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 10.8.7 ............................................................ 354 10.9 时 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 10.9.1 单的 ......................................................... 354 10.9.2 间时 ......................................................... 355 时 ......................................................... 10.9.3 358 10.9.4 设时 ......................................................... 360 附录 A GCC 对 C 语言的扩展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 A.1 GNU C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 A.2 内 ................................................................. 365 内 ................................................................. A.3 366 A.4 ................................................................... 367 A.5 ................................................................... 368 的 A.6 ............................................................ 368 内存的 A.7 ......................................................... 368 调 A.8 ............................................... 369 A.9 将 deprecated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 A.10将 used. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 或 A.11将 unused . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 进（pack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.12将 370 的内存对 A.13 ................................................. 371 存 A.14将 ............................................... 372 A.15 ................................................................. 372 式的 A.16 ....................................................... 373 的内存对 A.17 .................................................. 374 的 A.18 .................................................. 375 A.19 ....................................................... 375 A.20 Case ...................................................... 376 的操作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.21void 377 更更的性................................... A.22 377 – XIII –

附录 B 参考书目 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 程设的相 B.1 C ............................................. 380 B.2 Linux 程的相 ................................................... 381 B.3 Linux 内的相 ................................................... 381 B.4 操作设的相 ............................................... 382 – XIV –

1 第 1 章简介和主要概念的程的将写件的相。件的内进。的件、、调、工 shell、文 : 即 GNU Core Utilities, 的工集我 ( GNU 们的进程。程内以 ) C 件。件（程 ” ” (high-level)GUI 更的们。程的时间写件。理程程。作的更的程我们写的件的。的 Linux 上的程的。 Linux Linus Torvalds 内散的写的操作。 Unix Linux Unix 同的理自的原方方 Linux Unix Linux 的实能的。的程的内 Linux 何的 Unix 的。然内 Linux 相的 Unix 自出的的新的调 Linux 同的新性。 1.1 系统编程的的 Unix 程程。上的上进工作 Unix X Window 时我们的 Unix 以上 API。 Linux 程设的。然程的何 – make 的上的程的 API。 Linux 们程程相们同同。程出的程对工作的的件操作的然们调上的。写的的上上相的内。的 –1–

1 程程程 (或相件的。 ), 离的程的然的的方式的程同。我们件（ web Javascript （ C# 或程离程 PHP Java 更的展。然展示程的。实上写 Javascript C# 程。更进步 Java 程然以程同 PHP 理内的能何写出更的。程的展的 Unix Linux 的程然程内提的。的 C C 程 Apache、 bash、 cp、 Emacs、 init、 gcc、 gdb、 glibc、 ls、 mv、 vim 时的。 X 程的内或设备的内。程的将内。将内上的内（内对空间程。同程以及相的内展。设备程程的。我 Linux 上写程内提我何设小相 C Linux Linux 提的调们何工作的 Unix 将的。程调的 C C 。 1.1.1 系统调用程调。调（写操作 syscalls 或空间文内（的的调。调我们的 read() 的 get thread area() write() set tid address()。 Linux 实的调操作。 i386 –2–

1 的调相的 Windows 上。 300 Linux 的内（实自的 Alpha i386 PowerPC) 调。同间的调存的。然 90% 以上调的上实。上的的内。 1.1.2 调用系统调用空间程能内。的空间程内的或操作内。相内提空间程能内调调。程能内内的。同的相同 i386 上空间程 0x80 的将内 int 的内处理的 0x80 的处理的调处理。程存内调。调。上调 0 i386 5（空间程将5 写存。 open() int eax 的方式进处理。以 i386 存能的存存。对 ebx、 ecx、 edx、 esi edi 5 的超的调的存空间存 5 的存即。然调的。处理调的方式同的的。作程内处理调的。内的调的自处理。 C 1.1.3 C 库（libc 程的。的 C Unix C 的的提或方的调。的 Linux GNU libc 提 C glibc [gee-lib-see] 或更 [glib-see]. 提超展示的内。的C 提 GNU C glibc –3–

1 调程工。 1.1.4 C 编译器的C 工集（gcc 。原 Linux GNU gcc 的 cc 。示 GNU C Compiler。 GNU C GCC 的进。时的。然 gcc GNU 调我 gcc 的时 gcc C 上文的程。 gcc 实的 ABI( C ( ”C ”) ”APIs 的程的 ABIs” ) Unix ( Linux ) 。 1.2 API 和 ABI 将程们们写的程以提的上。们们自的 Linux 上的程能的 Linux 同时以的更新的 Linux 上。 Linux 性的相的集程（API 程进（ABI 件同间的。 1.2.1 API 件间的。提 API 以的方式) 的方式进程段（的 ( : 以调程段（。上示文的 API 能对示文提的。我们的实对 API 的实。 API API 们理的 API 上。 API 的件) 给 API 的 API ( 实提何实内能的子或或。 API 的件同的 API 时。 API 的实上能。 API –4–

1 实的子实 API C C API 的处理。我们及的 API IO。 Linux 程的 API 将的。 1.2.2 ABI 的的上或 API ABI 件间的进。何自何内以及进。 ABI 进段能何同 ABI 的上作新。的调、、存、调、 ABI 、进式。以调何调何存以及调何提的。同的操作（ i386 上的 Unix 操作的 ABI 然效。相 Linux 内的操作自的 ABI 相。 ABI 的 ABI 及的的存或。 Linux 自的 ABI 集实上我们以的。 ABI alpha x86-64 程 ABI 的。 ABI 上的工（tooltrain 、。 ABI 的相内以写出更的写或工时的绝（实程。我们以上 Linux 上的工内实的 ABI 。 1.3 标准程的程。 Unix Unix 的。性。 Unix 的世将方。 –5–

1 的上们。 Linux Linux 的 POSIX Single Unix Specification(SUS) 内 Unix 操作上的 C API POSIX SUS 们效的的 Unix 程出的 API 集。 1.3.1 POSIX 和 SUS 的历史子工程（IEEE 的 1980 Unix 的相工作。自件（Free Software Movement 的（ Richard Stallman POSIX pahz-icks 操作。 Portable Operating System Interface（ 1988 IEEE std 1003.1-1988（。 1990 POSIX1988 IEEE POSIX IEEE std 1003.1- 。性的实时程 1990（POSIX1990 IEEE Std 1003.1b-1993 式 (POSIX 1993 or POSIX.1b) IEEE Std 1003.1c-1995(POSIX 1995 or POSIX.1c) 文。 2001 性 POSIX1990 的上单的新的布 IEEE Std 1003.1-2001 (POSIX 2001)。 IEEE Std 1003.1-2004 的以 2004 新 2004 4 POSIX POSIX.1 。的 1980 1990 Unix ”Unix ” 处的将自的 Unix 的 ”Unix”。工业 Unix Open Software Foundation（OSF X/Open -The Open Group。 The Open Group 提、。 1990 的时布单 Unix The Open Group UNIX （Single UNIX Specification 。相的 POSIX SUS SUS 的。新的 POSIX 。 SUS 的 SUS 布的 1994 SUSv1 Unix 95. 的 SUS 布相的的 1997 UNIX 98. 新的 SUS,SUSv3 布的 SUS 2002 Unix 03.SUSv3 。我将 IEEE Std 1003.1-2001 的调提及。我将提及 POSIX POSIX SUS （的超集 SUS POSIX.1 –6–

1 的扩展的 POSIX.1 提的能 –APUE S2.2.3 。 1.3.2 C 语言标准 Brian Kernighan 的作 C程设 Dennis Ritchie (Prentice Hall) 自 1978 出式的 C 的。的C 的程的 K&R C。 C Basic 。对时相的进（ANSI 方的C 1983 进新的性同时的。 C++ 程。 1990 ANSI C 1989 （ISO ANSI C 进 ISO C90。布新（然 1995 ISO ISO 的 ISO C99 更新的内进新的 C95。 1999 、新、、 C++ 新的。 inline 1.3.3 Linux 和标准 POSIX 以及 SUS 提 Linux SUSv3 POSIX.1 的的实时（POSIX.1b) 程 (POSIX.1c) 。更的提的。满 Linux POSIX SUS 的即 SUSv3 实的 bug。 Linux POSIX.1 POSIX 或方（ Linux 的以我式 SUS 布 Linux POSIX 或的。 SUS gcc 提 Linux gcc C ISO C99 的扩展扩展相。 C GNU C。的的子。 Linux C 的将的。进以的 glibc 。 gcc 扩展对新的 gcc 布 gcc 将的的C C 程。的 Linux 内调的调 Linux 内的上实。同的 Linux 布（LSB 。 Linux （自 LSB Linux [Free Standard Group]) –7–

1 的。 LSB 扩展自的。 POSIX SUS 提进即的上。程上。 Linux LSB 1.3.4 本书和标准何的空。时程 Unix 对同的的进给的调上实进。及新的 2.6 内、 gcc 4.2 （2.5 的 Linux 上的进程的相。 C 的 (Linux 内小处理以调同时提程上进的性 ) 方式我们的时的 Linux Unix 性。将的 Linux 上以的将的 Linux 。的相 Linux gcc 内的实。我们以业的实能。 1.4 Linux 编程概念展提的的。的 Unix Linux 提同的集。实上 Linux 同对文件进程的、理的 Unix。 Unix 的内。以 Linux shell 单的 C 程。 Linux 的程的内 Linux 进程的的。 Linux 1.4.1 文件和文件系统文件的。 Linux 文件的理（ Linux 然。的工作 Plan9 读写文件的的文件。文件能。文件以以读方式或写方式或。的文件的文件进 –8–

1 文件的的映射。 Linux 内文件示（C 的写 int fd。文件空间程文件文件。的 Linux 程对文件的操作。 1.4.2 普通文件我们的文件的文件。文件以 Linux 性方式的。文件更进 Linux 步的或式。以何以以何方式文件文件的。 Linux 操作提的文件的。 Linux VMS 的处理。文件的何以读或写操作的文件的的。文件或文件。文件内的文件的的。文件时对文件的读写操作 ( 进 ) 文件的 0。。文件的以工超文件的。超文件写将间的 0。以的方式文件的写文件的写。上实上处。文件能。文件间写将上的。 0 间写内扩展文件的文件写操作文件的文件的存的C 的小新的的 Linux 上。 64 文件的小文件。文件文件的性的。文件的以（truncation 。文件以文件小的文件。的操作文件以原更的文件。文件以进（文件的。文件以空（ 0 0 何。文件同文件的 Linux 内理文件的 C 的小。然的文件能自的将更小的。 –9–

1 同文件能同或相同的进程文件的实提的文件。进程能文件同进程。内对文件何同的进程能同时对同文件进读写。的操作的的。空间程调们自的以文件以同步。文件文件进实上对文件文件。相文件的进 inode（ inode 。写 i-number 或 inode (inode number) ino。 inode 存文件的的时间、、、以及文件的的文件。 inode Unix 文件上实 – 理对 Linux 内的的实。 1.4.3 目录和链接文件然的（的 inode 。们文件文件。提文件时的的将读的进映射。 inode 的 inode 对（link 。映射理上的式以单的、或何式映射内对的文件实理。上以何的文件的同存 inode 的映射。内映射将文件 inode。空间的文件时内文件的然文件。内文件然 inode inode 对的 inode。 inode 文件相的文件上的存。上我们的 /。上。内给的文件同文件相实上们的内的能的的 inode。以 inode。的。的 Unix 文件 /home/blackbeard/landscaping.txt. 内的时上的（directory – 10 –

1 内的 inode。的子内 entry dentry home 的 inode 然 blackbeard 的 inode 进 / landscaping.txt 的 inode。操作程或。内存（存的提时间性 dentry cache 。时间性我们将。的（fully qualified 的绝对。的相们相对（相对。相对时内的工作 todo/plunder)。进。工作内 todo 内 plunder 的 inode。然以的文件内操作文件操作们。相们的调操作们调进操作。空间内的理进操作单的能文件。 1.4.4 硬链接上何内及同 inode 上。实上以的。我们将同映射同 indoe 的。的文件相同的。以同以同的内以将的上。 /home/bluebeard/map.txt 以的 inode 上。 /home/blackbeard/treasure.txt 的文件将 unlink 操作操作将文件 inode 的映射。然文件能 Linux unlink 操作 inode 以及的。文件的方存文件的 ? 文件文件 inode (link count) 文件的。将 0 的时 1。的真的文件。 inode – 11 –

1 1.4.5 符号链接自文件何以能文件 inode 。文件实（ Unix symlinks 。上文件自的 inode symlink 文件的。以何方同文件上的文件存的文件。存文件的。相更。效的文件的文件。的或进文件的文件何。的的然的。相的性。的实操作出文件。操作的调。作文件的方式文件内时性的的。 1.4.6 特殊文件文件以文件方式示的内对。以 Unix 同的文件的文件设备文件、设备文 Linux 件、。文件将文件的方 Unix 文件理的实。 Linux 提文件的调。对 Unix 的设备进设备文件实设备文件的文件的文件。设备文件以、读写以空间程操作上的（理的设备。 Unix 的设备设备设备。设备自的设备文件。设备同性。设备程将写空间程写的进读。的设备。程将设备读然 ”peg” p e 更的读时设备 end-of-file（EOF 。读 g。或以何的读。设备设备文件 (character – 12 –

1 device file) 进。相设备同以的方式进。设备将映射的设备上空间以自的以何的何以读 7然读设备存设 12 12。备、、、 CD-ROM 存的设备们设备文件 (block device files) 进。（进出的以文件 FIFOs 的进程间文件进。将 (IPC) 程的出以的方式给程程的。们调内存何文件存。文件进。文件相的进程以 FIFO 文件进。的文件。进程间的式同进程进同同以。实上程的。们出 Unix 进的式。相上的对的文件上的文 Unix 件进文件文件。 1.4.7 文件系统和名字空间同的 Unix Linux 提的文件的空间。操作将的空间。上的文件能 A:\\plank.jpg 文件进 C:\\。 Unix 同上的文件 /media/floppy/plank.jpg 或 /home/captain/stuff/- 的文件同空间的。 plank.jpg 的空间的。 Unix 文件以的文件的集。文件能的文件的空间的。操作（mounting 文件空间的 (unmounting)。。文件的以。 CD /media/cdrom 然以 CD 上的文件的。的文件空间的文件。 Linux / – 13 –

1 文件。的的文件。文件存理上的（存上同时 Linux 存内存上的文件的文件。理文件存、存或存设备。设备 CD、的们以操作的文件。 Linux 的文件的文件文 ( ) 件（media-specific filesystems （文件（NFS 原 ISO9660 文件（ext3 的文件（XFS 以及 Unix 文件 Unix （FAT 。设备小单设备的理单。 2的。设备或更小的单 512 。的 I/O 操作或上。同文件小的单文件的对理的 2的小的。的小小页的小（小的内存理单件件。小 512B 1KB 4KB。的单空间上的进程 Unix 。 Linux 进程的空间进程文件的。子进程进程的空间进程以的自的空间。 1.4.8 进程文件的进程文件。进程 Unix 的的、存的、的程。进程、、以及的。进程周。内能的式（Linux 的式以。 ELF 式段。段性内存的性。段内的将同相同的同的的。 – 14 –

1 的段段段 bss 段。段读读。段的的C 读写的。 bss 段的的上的 C C 0 存以单的 bss 段的内 0。相将映射 0 页（ 0 的内存页进内存的段性能们设 bss 段。 block started by symbol 或 block storage segment 的写。的段绝对段（absolut ELF section （段（。进程内理的进程的操作能调。时、文件件进程。进程的进程相的存内进程的进程。进程的。 Linux 内式内存给进程提处理内存的。进程的进程。给的进程的进程调。将的新进进程调将的处理进程进程。的进程的性空间内存。内存页调内进程存上进程操作自的空间。内处理的件理操作能理的进程。 1.4.9 线程进程或程（程程进程的单。程进程的。进程程们单程的（single-thread 程的进程程的（multithreaded 。上 Unix 、进程时间、的进程对程的。以 Unix 程单程。程（同程上的进程存 )、处理、的（处理的。进程的 – 15 –

1 程。 Linux 内实的程们然的（空间进程。空间 Linux POSIX1003.1c 实程（pthread 。程实的 Linux Native POSIX Threading Li- 的。 brary（NPTL glibc 1.4.10 进程体系进程的即进程 ID（pid 。进程的进程新的的 pid。 pid 1 进程的的进程。进 Linux 程以进程 init 进程 ( 程。新进程 init（8 ) 调。 fork（调进程原进程进程新进 fork（程子进程。进程进程进程。进程子进程内将 init 进程的进程。进程即。相内将内存存进程的内进程进程的进程。进程的的子进程子进程的。进程进程的进程 (zombie)。 init 进程的子进程的子进程处。 1.4.11 用户和组进。的 Linux 。进程进程的 ID（uid ID 进程的真实 uid(real uid)。 Linux 内的。 uid 自或。们 id 对的 id 存程将映射相的 uid 上。 /etc/passwd 的程 login(1) 程提。提的 login(1) 程将 /etc/passwd shell(login 将 id 作进程的 uid。子进程进程的 uid。 shell) 超 root 的何的 uid 0 id。超进程的 uid。 login(1) 的超理。 root 真实 UID(real uid) 进程效 UID(effective uid) – 16 –

1 文件 uid(filesystem uid)。真实 UID(real uid) 进 uid(saved uid) 程的效 UID(effective uid) 以进程的存原的效 UID(effective uid) 的将 uid(saved uid) 效 UID(effective uid) 。文件效 UID(effective uid) 相 uid 文件的。属或的 /etc/passwd （primary group 或（login group 能 /etc/group 。进程真实 gid(real gid) 效 ID(gid) gid(saved gid) 以及文件 gid(filesystem gid)。进程 gid(effective gid) 。进程满时能进操作。的 Unix 的原单 0 的进程以的的进程 uid 。更效率的的单 Linux 的方式内进更的设。 1.4.12 权限 Linux 上的文件。 Unix 文件属以及集。、属以及对文件进读、写的。对。文件存文件的 indoe 。 9 对文件然的们读文件写文件文件的。然文件实读写的内文件自文件上的读写文件的文件上。的读的内出写新的进。出们 1-1 9 的8进（的9 示方式文（示的对的 ls 。 1-1 Bit Octal value Text value Corresponding permission 8 400 r-------- Owner may read 7 200 -w------- Owner may write 6 100 --x------ Owner may execute – 17 –

1 5 040 ---r----- Group may read 4 020 ----w---- Group may write 3 010 -----x--- Group may execute 2 004 ------r-- Everyone else may read 1 002 -------w- Everyone else may write 0 001 --------x Everyone else may execute Unix 的（ACLs 更 Linux ACLs 、及理性存的。 1.4.13 信号单异步能内进程能进程进程或进程给自。进程件段或 Ctrl+C。 Linux 内实（实的 30 文示。示 i386 上 SIGHUP 的 1. 进程能 SIGKILL（进程 SIGSTOP（进程的进。们以的处理操作能进程、内存（coredump 、进程或的操作。进程以式的或处理。将处理。处理将写的处理程将时处理处理程将程给原的程的处。 1.4.14 进程间通讯进程的件操作的工作。 Linux 内实的 Unix 的进程间（IPC System V 同的以及 Linux 自的。 POSIX 的进程间 Linux 内存空间（Futexes 。 – 18 –

1 1.4.15 头文件程离的文件。内程提 Linux glibc 文件。文件（以及 Unix 的献（ C ,<string.h> <unistd.h> 。 1.4.16 错误处理处理的。程的示的。 glibc 对调 errno 的 errno 提。提及的。的（调 -1 的。调提的原的原。 errno <errno.h> extern int errno; erron 的 errno 设示（时间效, -1 何的以。以读写的（lvalue 。 errno 的 errno 的文对。处理 #define 同将 errno 映射相的上。处理示 1-2 上 EACCESS 1 相的文。 – 19 –

1 Preprocessor define Description E2BIG EACCESS EAGAIN 文件 EBADF 设备或 EBUSY 子进程 ECHILD 内 EDOM 文件存 EEXIST EFAULT 文件 EFBIG 调 EINTR 效 EINVAL EIO I/O EISDIR 文件 EMFILE EMLINK 文件出 ENFILE 设备 ENODEV 文件或 ENOENT 式 ENOEXEC 内存 ENOMEM 设备空间 ENOSPC ENOTDIR 理 I/O 操作 ENOTTY 设备或 ENXIO 操作 EPERM EPIPE ERANGE 读文件 EROFS ESPIPE 进程 ESRCH 文文件 ETXTBSY – 20 – 文件 EXDEV

1 提将 errno 对的文。 C 时的处理操作以处理 errno 进处理。的 perror(): #include <stdio.h> void perror(const char *str); 出出以 str 的 stderr（间然的的。出更 errno 的的 if (close (fd) == -1) perror (”close”); 提 strerror r(), 原 C streeor() #include <string.h> char * strerror (int errnum); #include <string.h> int strerror_r(int errnum, char *buf, size_t len); 的的。能程 errnum 以的 perror() 。方 streeror() 程 (thread-safe) 的。程的的 len 的写 strerror r() buf 。 streeror r() 时时的 0 -1 时设 errno。对的内的的。调设调进（真 errno 0 时。 0 errno = 0; arg = strtoul (buf, NULL, 0); – 21 –

1 if (errno) perror (”strtoul”); errno 时的调以 errno。以的 if (fsync (fd) == -1) { printf (stderr, ”fsync failed!\\n”); if (errno == EIO) fprintf (stderr, ”I/O error on %d!\\n”, fd); } 调 errno 的存 if (fsync (fd) == -1) { int err = errno; fprintf (stderr, ”fsync failed: \\n”, strerror (errno)); if (err == EIO) { /* if the error is I/O-related, jump ship */ fprintf (stderr, ”I/O error on %d!\\n”, fd); exit (EXIT_FAILURE); } } 的单程程。然 errno 程程程自的 errno 程的。 1.5 开始系统编程程的展示程的 Linux 。 Linux 将文件 I/O。然读写文件然 Linux 实文件相的文件 I/O 文件的。然的上的时进真的程。们。 – 22 –

文件 I/O 2 第 2 章文件 I/O 文件读写的。操作的。 Unix 将的更的 I/O C I/O 。以文件操作文件 I/O 的。对文件进读写操作文件。内进程文件的文件文件 (file table)。写作 fds 的进。的 (file descriptors)（文件的文件备 inode 内存的文件式空间内空间文件作进 ( )。程的文件文件的操作（读写 cookies。文件作。子进程进程的文件。文件、式文件的。进程文件的子进程文 ( 件进程的文件。然将的以子进程进程的文件（程。文件的 int 示。示 C fd t 然上实上 Unix 的。 Linux 进程文件的上。文件上小 1。的上 0 以将设的文件以 1,024 1,048,576。示能文件的。 -1 进程的文件进程 0 1 2 式的们。文件（stdin 文件 0 1 出（stdout 文件（stderr 。 C 提处理 2 以对以上 STDIN FILENO STDOUT FILENO STDERR FILENO 的。的文件文件的设备文件、、以及空间、 FIFOs 。文件的理何能读写的东以文件。 – 23 –

文件 I/O 2 2.1 打开文件的文件的方调。文件能 read() write() open() 或调。毕 creat() 调文件。 close() 2.1.1 open() 系统调用调文件文件。 open() #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int open (const char *name, int flags); int open (const char *name, int flags, mode_t mode); 调将 name 给出的文件的文件相 open() 文件设零文件 flags 给出的 2.1.1.1 open() 的 flags 参数以 O WRONLY 或 flags O RDONLY O RDWR。自读写读写式文件。的以读方式文件 /home/kidd/madagascar 。 int fd; fd = open (‘‘/home/kidd/madagascar’’, O_RDONLY); if (fd==-1) /* error */ 以写式的文件能读然。进程的能调调对文件进。 open() 以以或进或以文件 flags 的。 – 24 –

文件 I/O 2 文件将以式。写操作文件 O APPEND 将文件。即进程写操作文件进程写操作。（的式 ) 文件写或读时（。 O ASYNC SIGIO 能文件。的文件存时将内。文件存 O CREAT name 效给出。 O EXCL 文件的。 O DIRECT I/O（ I/O open() 调将。 O DIRECTORY name opendir() 内。给出的时 name 给的文件存 O EXCL O CREAT open() 调。文件时出。 O LARGEFILE 给文件时将 2G 的文件能 64 。文件的。 64 给出的 name 设备（ O NOCTTY /dev/tty), 将进程的即进程。。 open() 调。 O NOFOLLOW name 文件。给出的调。 name /etc/ship/- 调。然 plank.txt plank.txt etc 或 ship plank.txt 调。以文件将式。 open() 调 O NONBLOCK 何操作进程能 I/O (sleep)。 FIFO。文件同步 I/O。写写操作 O SYNC 的读操作同步的以对读操作。 POSIX O DSYNC O RSYNC Linux 上 O SYNC 同。（的 O SYNC 。 – 25 –

文件 I/O 2 文件存文件写将文件的 O TRUNC FIFO 或设备。文件 0。对上。文件写以 O TRUNC O RDONLY 同时的。 ∗ int fd; fd = open (”/home/teach/pearl”, O_WRONLY | O_TRUNC); if (fd == -1) /* error */ 2.1.2 新文件所有者新文件单的文件的 id 文件的进程的效。将文 id。件的进程的文件。 System V 的（Linux 以 id Linux 的处理方。 System V 然的自的 : 文件的上的 BSD Linux 上实文件上设 ∗ id。设 Linux 的将。 ID (setgid) Linux V的（新文件进程的（新文件 ID BSD 上真的调 id chown() 设。文件的。 2.1.3 新文件权限给出的调方式的。新文件 open() O CREAT 给出时。 mode O CREAT 时提的以 mode 的 Linux （2.6 内将同 ∗ O TRUNC | O RDONLY +GCC4.2) O TRUNC。对 bsdgroups 或 sysvgroups。 ∗ – 26 –

文件 I/O 2 文件时提新文件的。文件 mode 时以以进相的操作设文件读文件进写操作。的 Unix 集进以读 mode 0644（写能读。对实的 POSIX 同的 Unix 设何自的。上的性以进或操作的以满对的 POSIX mode 。读写。 S IRWXU 读。 S IRUSR 写。 S IWUSR 。 S IXUSR 读写。 S IRWXG 读。 S IRGRP 写。 S IWGRP 。 S IXGRP 何读写。 S IRWXO 何读。 S IROTH 何写。 S IWOTH 何。 S IXOTH 实上写的文件的 mode 操作。的的 open() 给出的 (即 umask) umask 操作时。的 umask 022 将 mode mode 0666 0644(0666 & ∼022)。对程设时 umask 对的程对新文件时的。 umask 子的对文件 file 进写操作。文件存将 0644 的文件（即 umask 022 mode 0664 。存的 0 int fd; – 27 –

文件 I/O 2 fd = open (file, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IWUSR | S_IRUSR | S_IWGRP| S_IRGRP | S_IROTH); if (fd == -1) /* error */ 2.1.4 creat() 函数以 O WRONLY | O CREAT | O TRUNC 调实。 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int creat (const char *name, mode_t mode); 的的 Unix 的 e。 Ken Thompson 设的。 Unix 的 creat() 调 int fd; fd = creat (file, 0644); if (fd == -1) /* error */ int fd; fd = open (file, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644); if (fd == -1) /* error */ – 28 –

文件 I/O 2 即以空间上单 creat() 的能上∗ Linux 调 creat() int creat (const char *name, int mode) { return open (name, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode); } 以 open() 的。调性。新以 creat() glibc 实 creat()。 2.1.5 返回值和错误码 creat() 调时文件。时 open() -1 将 errno 设的（出能的 errno 。处理文件的的文件操作处理, 的方式提示文件或程。 2.2 用 read() 读取文件何文件我们何读。的我们将写操作。、的读文件的调。调 read() POSIX.1 #include <unistd.h> ssize_t read (int fd, void *buf, size_t len); 调的文件的读 len 。 fd buf 时将写的。出时设文 buf -1 errno。 fd 调上的。调 ∗ i386 creat() 。以上然能调 Alpha creat() 。 – 29 –

文件 I/O 2 件将的读的。文件（设备文件文件读操作。单。的子的文件读存 fd word 。读的小上 unsigned long 32 Linux 4 。时存读出 64 8 nr nr -1 unsigned long word; ssize_t nr; /* read a couple bytes into ’word’ from ’fd’ */ nr = read (fd, &word, sizeof (unsigned long)); if (nr == -1) /* error */ 的实 :调能读能 len 段处理的。的的。我们何进。 2.2.1 返回值 len 小的零对的。出 read() 能的原读的 len 调能能（。 fd 的调 read() 时 0的。文件时调文件然 read() 0, (EOF) 读。 EOF （示文件 -1 文件效何读。然调读 len 读调将（以读（设文件式读。 EOF 时同。读同的。 EOF 的文件。的读操作更的或设备文件读的时。 – 30 –

文件 I/O 2 以的。 read() 调读何能设 -1（ 0 EOF errno 以新提读。 EINTR。对 read() 的调实能的 •调 len 的。读存。 len buf 。 •调零小 len 的。读的存。 buf 出读程或读效零时或读进读 len len EOF。（更新 len 的将读 buf 的空间或出 buf 的原。 •调以读的。 0。 EOF。 •调的读的。式。 •调设示读 -1 errno EINTR。。以新进调。 •调设示读的 -1 errno EAGAIN。读。式。 •调设同 EINTR 或 EAGAIN 的。示 -1 errno 更的。 2.2.2 读入所有的字节处理的读（读 len 单的 read() 的。的 EOF 件。 ssize_t ret; while (len != 0 && (ret = read (fd, buf, len)) != 0) { if (ret == -1) { if (errno == EINTR) – 31 –

文件 I/O 2 continue; perror (”read”); break; } len -= ret; buf += ret; } 段处理。的文件读 fd len 读读或。读 buf len EOF 零读相的 len len buf 新调调 EINTR 将新 read()。 -1 errno 调更新。调设将调 -1 errno perror() 。读的的。程 bug 处理读的。 2.2.3 非阻塞读时程读时 read() 调。相们读时调即。 I/O 的进 I/O 操作操作文件时文件的。以 errno 的的给 :EAGAIN。出的文件（open() 给 O NONBLOCK; open() 的 flags 读 read() 调设 -1 errno 。进 I/O 时将 EAGAIN EAGAIN 能的。能的 char buf[BUFSIZ]; ssize_t nr; start: nr = read (fd, buf, BUFSIZ); if (nr == -1) { – 32 –

文件 I/O 2 if (errno == EINTR) goto start; /* oh shush */ if (errno == EAGAIN) /* resubmit later */ else /* error */ } 处理 EAGAIN 时能实上 goto start I/O 即。能 — 时间相更的的。 2.2.4 其他错误码的示程或（对 EIO 。 read() 能的 errno [EBADF] 给出的文件或读方式的。调进程的空间内。 buf EINVAL 文件对的对读。 EFAULT 。 EIO I/O 2.2.5 read() 大小限制。 size t 存小 size t ssize t POSIX 的。 ssize t 的 size t （示。 32 上对的C unsigned int int。 ssize t 的小给 size t 的作出。 size t 的 ssize t 的 SIZE MAX SSIZE MAX。 len read() 调的的。上 SSIZE MAX Linux 上即 0x7fffffff。对读 SSIZE MAX LONG MAX 32 。的读作的读方式能 – 33 –

文件 I/O 2 if (len > SSIZE_MAX) len = SSIZE_MAX; 零的 read() 调的即 len 0。 2.3 用 write() 来写的写文件的调 read() 相对 write()。 write() 。 POSIX.1 #include <unistd.h> ssize_t write (int fd, const void *buf, size_t count); write() 调文件文件的将 buf fd 写文件。的文件（设备 count 写。时写更新文件。时将 errno -1 设相的。以何 write() 0 示写零。的单 read() const char *buf = ”My ship is solid!”; ssize_t nr; /* write the string in ’buf’ to ’fd’ */ nr = write (fd, buf, strlen (buf)); if (nr == -1) /* error */ 然相的单。调出 read() 写的能。 unsigned long word = 1720; size_t count; – 34 –

文件 I/O 2 ssize_t nr; count = sizeof (word); nr = write (fd, &word, count); if (nr == -1) /* error, check errno */ else if (nr != count) /* possible error, but ’errno’ not set */ 2.3.1 部分写相对 read() 的读的能写的 write() 。对 write() 调。对文件 EOF write() 将写的。对文件进写。然对真的写的。的处 write() 调能调进写（。的示 ssize_t ret, nr; while (len != 0 && (ret = write (fd, buf, len)) != 0) { if (ret == -1) { if (errno == EINTR) continue; perror (”write”); break; } len -= ret; buf += ret; } – 35 –

文件 I/O 2 2.3.2 追加模式式时（写操作文 fd O APPEND 件的文件。设进程同文件写。式的进程文件写进程进程的文件将文件将文件进程写的的方。进程进式的同步能进写操作们存件。式的。文件文件的写操作的即写。以写的文件更新操作原子操作。文件更新写的。 write() 调更新文件自的能的原 read() 调。式更新文件方处。 2.3.3 非阻塞写式时（设的 fd O NONBLOCK ) 写操作时调设 write() -1 errno EAGAIN。新。处理文件时出。 2.3.4 其他错误码的 EBADF 给的文件或以写方式的。进程空间内。 EFAULT buf item [EFBIG] 写操作将文件小超进程的文件或内实的。 item [EINVAL] 给的文件对的对能进写操作。。 item [EIO] I/O item [ENOSPC] 文件的文件的空间。 item [EPIPE] 给文件的或的读。进程 – 36 –

文件 I/O 2 将。 SIGPIPE 的 SIGPIPE 的进程。进程能或处理时。 2.3.5 write() 大小限制 write() 调的的。 count count SSIZE MAX 零的 write() 调将即 0。 2.3.6 write() 的行为 write() 调时内将提的内写的文件。 write 调对的实。处理的异。空间调时 Linux 内进然 write() 将。内集的 ” 将们写上（程写。 write 调上调。内以将写操作空段将写操作处理。写的。 read 调 POSIX 读写写的将读上的。实上提效率 read 内存存读。读写然提写即对程写操作写。写的对写的能性。能的写以们将写出性能方的内将的新。时将写。绝的实上写。写的的。何写出的 I/O 方理给写的 I/O 进程。实上进程的。进程能更新同 – 37 –

文件 I/O 2 的进程能写出。能写操作的进程内将写的小。时写内存时效将的存们超给时效写。以。以 /proc/sys/vm/dirty expire centiseconds （。文件存写以的以将的写操作同步。将的同步 I/O。内内将 Linux 内的写子。 2.4 同步 I/O 同步 I/O 的写相的。写提的性能进以子的实写。然写的时间。对 Linux 内提性能同步操作。 2.4.1 fsync() 和 fdatasync() 单的写的方调 fsync() POSIX.1b #include <unistd.h> int fsync (int fd); 调以 fd 对文件的写上。文件 fsync() fd 以写方式的。调写以及的时间的属性 inode 。写。将写存时能上 fsync() 。能写能的存上。的存的将写。提调 Linux fdatasync() #include <unistd.h> – 38 –

文件 I/O 2 int fdatasync (int fd); 调的写。调 fsync() , 同步上能。。相同的单 int ret; ret = fsync (fd); if (ret == -1) /* error */ 调何更新的文件的同步上。文件更文件能写相的上文件。何对的更新同步上对调 fsync() 进同步。 2.4.2 返回值和错误码时调时将 errno 设以 0。 -1 EBADF 给的文件以写的。 EINVAL 给的文件对的对同步。同步时。示真的 I/O EIO I/O 处。即相文件上实实调 fdatasync() fsync(), fsync() 时。的能 EINVAL 时 fsync() 示 fdatasync() if (fsync (fd) == -1) { /* * We prefer fsync(), but let’s try fdatasync( ) * if fsync( ) fails, just in case. – 39 –

文件 I/O 2 */ if (errno == EINVAL) { if (fdatasync (fd) == -1) perror (”fdatasync”); } else perror (”fsync”); } 的的 POSIX fsync() fdatasync() fsync() 的、文件的 Linux 文件实。然文件（能同步的文件或的文件或实 fdatasync()。 2.4.3 sync() 调以对上的进同步, 效率 sync() 然 #include <unistd.h> void sync (void); 。的能写。∗ 写 sync() 调将将写的程即。同步以的的写。然对 Linux sync() 的写。调。 sync() sync() 真上的方工 sync 的实。程 fsync() fdatasync() 将文件的同步。的能的上 sync() 操作能的时间。以以能内写 ∗ , , 上实上们存。 – 40 –

文件 I/O 2 2.4.4 O SYNC 标志文件上的 I/O 操作同步。 O SYNC open() int fd; fd = open (file, O_WRONLY | O_SYNC); if (fd == -1) { perror (”open”); return -1; } 读同步的。同步将读的效性。然的 write() 调同步的。调写间。 O SYNC 将 write() 调进 I/O 同步。 write() 操作式 O SYNC fsync()。上的 Linux 内实的 O SYNC 更效。 O SYNC 将写操作及内时间（内空间的时间。写文件的小能的时间进程的 I/O 时间 ( 的时间) 上时的 O SYNC 时 I/O 。时间的以同步 I/O 的。写的以 fsync() 或 fdata- 的调（性的操作相对 sync()。更。 O SYNC 2.4.5 O DSYNC 和 O RSYNC 同步相的 POSIX open() O DSYNC Linux 上 O SYNC 同们相同的。 O RSYNC。写操作同步同 O DSYNC 步。写式调。 O SYNC 提 fdatasync() 更的以 O DSYNC 时能 – 41 –

文件 I/O 2 更的性能。 O SYNC 读写进同步。能 O RSYNC O SYNC 或 O DSYNC 。文读操作同步的给的时。 O RSYNC 何读操作的作同步的。读操作更新调写。实 read() 调文件时间更新上的 inode 。将 O RSYNC 设 Linux （ O DSYNC 的同。 O SYNC O SYNC Linux O RSYNC 的对的方式 read() 调调上操作。 fdatasync()。实 2.5 直接 I/O 操作内 Linux 内实的存、以及设备间的 I/O 理的（内内。性能能的进的 I/O 理。 I/O 实实上操作的工工更的性能。然们自的存以能的操作的。内小理的。 open() O DIRECT I/O 时 I/O 操作将页存对空间设备进。的 I/O 将同步的操作。 I/O 时对文件设备小( )的。 2.6 内更 512 2.4 的东对文件小（。性 4KB 对更的（更的小。 2.6 关闭文件程对文件的操作以调将文件 close() 对的文件。 #include <unistd.h> – 42 –

文件 I/O 2 int close (int fd); close() 调的文件的离进程文件的。给的文件效内以将作的 open() 或 creat() 调的新。 close() 调时时设 0。 -1 相。单 errno if (close (fd) == -1) perror (”close”); 的文件文件写。文件写同步 I/O 的同步。然文件的作。文件的文件内示文件的。时文件的 inode 的内存。能内存 inode （能内存内效率存能 inode 。文件上内存真的。对 close() 的调能 inode 的文件上。 2.6.1 错误码的 close() 的。处理能的。操作的原能出 close() 。以出时能出的 errno 。的文件 EBADF（给的能实的 close EIO 操作相的。出的文件的 I/O 的的。 close() 绝 EINTR。 Linux 内们能 POSIX 的实。 – 43 –

文件 I/O 2 2.7 用 lseek() 查找的文件的 I/O 性的读写的文件的式更新的。然文件。 lseek() 调能对给文件的文件设。更新文件的何何 I/O。 #include <sys/types.h> #include <unistd.h> off_t lseek (int fd, off_t pos, int origin); lseek() 的以以文件 fd 设上 pos 以零或 SEEK CUR pos 。零的 pos 文件。文件 fd 设文件上 pos 以零 SEEK END pos 或。零的 pos 设文件。文件 fd 设零的 pos 设文件 SEEK SET pos。。调时新文件。时设的 errno 。 -1 设文件 fd 1825 off_t ret; ret = lseek (fd, (off_t) 1825, SEEK_SET); if (ret == (off_t) -1) /* error */ 或设文件文件 fd off_t ret; ret = lseek (fd, 0, SEEK_END); if (ret == (off_t) -1) /* error */ – 44 –

文件 I/O 2 更新的文件以零文件 lseek() SEEK CUR int pos; pos = lseek (fd, 0, SEEK_CUR); if (pos == (off_t) -1) /* error */ else /* ’pos’ is the current position of fd */ 然的文件的或 lseek() 文件的文件。 2.7.1 文件末尾之后进行查找以文件超文件进的。 lseek() 的将 fd 对的文件。 1688 int ret; ret = lseek (fd, (off_t) 1688, SEEK_END); if (ret == (off_t) -1) /* error */ 对文件文件的读对写新 EOF。然间新的空间零。零方式空（hole 。的文件上空 Unix 何理上的空间。示文件上文件的小以超的理小。空的文件文件（sparse file 。文件以的空间提效率操作空何理 I/O。对文件空的读将相的进零。 – 45 –

文件 I/O 2 2.7.2 错误码出时将 errno 设 lseek() -1 给出的文件何的文件。 EBADF origin 的 SEEK CUR 或 EINVAL SEEK SET SEEK END 或的文件。实上出 EIN- VAL 的的。时的能的时。的文件能示。 EOVERFLOW off t 32 上。文件示能。给出的文件能操作的对上 ESPIPE FIFO 或。 2.7.3 限制文件的上的小。 off t C 的 long Linux 上（存的小。内实内将存 C 的 long long 。处理方上 64 上作相时能。 32 EOVERFLOW 2.8 定位读写 Linux 提 write() 的调以 read() lseek() 读写的文件。时文件。读式的调 pread() #define _XOPEN_SOURCE 500 #include <unistd.h> ssize_t pread (int fd, void *buf, size_t count, off_t pos); 调文件 fd 的 pos 文件读。 count buf – 46 –

文件 I/O 2 写式的调 pwrite() #define _XOPEN_SOURCE 500 #include <unistd.h> ssize_t pwrite (int fd, const void *buf, size_t count, off_t pos); 调文件 fd 的 pos 文件写 count 。 buf 们文件调的 read()、 wirte() 们 pos 提的。调时们文件。何的 read() write() 调能读写的。读写调能以进操作的文件。相调 read() 或 write() lseek() 进调更单文件 : 性的操作时更。操作时文件。 , 的何 lseek() 时能出的。程文件能程调进读写操作 lseek() 程文件。我们以 pread() pwrite() 的。 2.8.1 错误码时调读或写的。 pread() 零示 EOF 对零调写何东。出时设 pwrite() -1 相。对 pread() 何对 read() 或 lseek() 的 errno 能 errno 出的。对 pwrite() 何 write() 或 lseek() 的 errno 能出的。 2.9 截短文件 Linux 提调文件 POSIX （同程的实。们 – 47 –

文件 I/O 2 #include <unistd.h> #include <sys/types.h> int ftruncate (int fd, off_t len); #include <unistd.h> #include <sys/types.h> int truncate (const char *path, off_t len); 调将文件的。 ftruncate() 调操作 len 的写的文件调操作 path 的 fd。 truncate() 写文件。时时设相。 0。 -1 errno 调的将文件原文件小。时文件间的将 len。 len 读。们以将文件原更文件上写操作的。扩展出的将零。操作文件。内的 74 小的文件 pirate.txt Edward Teach was a notorious English pirate. He was nicknamed Blackbeard. 同的程 : #include <unistd.h> #include <stdio.h> int main( ) { int ret; – 48 –

文件 I/O 2 ret = truncate (”./pirate.txt”, 45); if (ret == -1) { perror (”truncate”); return -1; } return 0; } 的文件 45 Edward Teach was a notorious English pirate. 2.10 I/O 多路复用程文件上（stdin 、进程间以及同时操作文件。件的（GUI 的能上的件。∗ 程处理文件的进程文件上同时。文件处备读写的同时操作文件的。程出备的文件调读进程将 ( read() ) 能操作文件。能的。然文件何能。文件的 I/O 相的( 能文件 ) 文件以处。对程同时的的。设备出进程 : 间相的文件上。的 IPC 文件能。的操作以作的方。 I/O 以的。方 I/O I/O 对何写的的的 ∗ GUI GNOME GLib 提的。件。 – 49 –

文件 I/O 2 方效率。进程以的方式 I/O 操作的文件备进设。 I/O。程以的将更效以处理进工作或更文件以进 I/O 时。进。 I/O 文件上同时以读 I/O 写时。时 I/O 的 I/O 的设以原何文件备 I/O 时我 1. I/O 或更文件处。 2. 备 3. 的处理的文件。 4. I/O 步新。 5. Linux 提方 I/O select poll epoll。我们我们将的方。 Linux 2.10.1 select() 调提实同步 I/O 的 select() #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); FD_CLR(int fd, fd_set *set); FD_ISSET(int fd, fd_set *set); FD_SET(int fd, fd_set *set); FD_ZERO(fd_set *set); – 50 –

文件 I/O 2 的文件备或超的时间 select() 调 I/O 。的文件以同的件。 readfds 集的文件读（读操作以的。 writefds 集的文件写操作以。的文件出异或 exceptefds 出（。的集能 (out-of-band) 空 (NULL) 相的对时间进。 select() 时集对的 I/O 的文件。 readfds 集文件调时集 7 9。 7 文件备进。集能 I/O 9 读时。（我能能调。 select() 调时将文件的。∗ 集文件的。 n select() 的调的文件将给。的 timeout timeval #include <sys/time.h> struct timeval { long tv_sec; /* seconds */ long tv_usec; /* microseconds */ }; NULL 即时文件处 I/O select() 调将。时的 tv sec tv usec 的。的调新 Unix （集的文件。新的 Linux 自将的时间。时文件备时 5 3 tv.tv sec 时 2。的。将的 epoll() ∗ select() poll() 以方式工作。操作单时件。 I/O – 51 –

文件 I/O 2 时的零调即调时件对的文件何件。集的文件操作操作进理。的方式实将实。 Unix 集文件。调 FD ZERO select() 。 fd_set writefds; FD_ZERO(&writefds); 集文件集 FD SET FD CLR 文件。 FD_SET(fd, &writefds); /* add ’fd’ to the set */ FD_CLR(fd, &writefds); /* oops, remove ’fd’ from the set */ 设的。 FD CLR。文件给集。 FD ISSET 零示。 select() 调 0 FD ISSET 文件。 if (FD_ISSET(fd, &readfds)) /* ’fd’ is readable without blocking! */ 文件集的以对文件的上文件的 FD SETSIZE 设。 Linux 上的作。 1024。我们将 2.10.2 返回值和错误码时集的文件的。 select() I/O 给出时能时设 0。 -1 errno 集的文件。 EBADF – 52 –

文件 I/O 2 时以新调。 EINTR 或给出的时。 EINVAL n 的内存。 ENOMEM 2.10.2.1 select() 示例程序我们的程然单对 select() 的。子 stdin 的的时设。 5 文件实上调的。 I/O #include <stdio.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #define TIMEOUT 5 /* select timeout in seconds */ #define BUF_LEN 1024 /* read buffer in bytes */ int main (void) { struct timeval tv; fd_set readfds; int ret; /* Wait on stdin for input. */ FD_ZERO(&readfds); FD_SET(STDIN_FILENO, &readfds); /* Wait up to five seconds. */ tv.tv_sec = TIMEOUT; tv.tv_usec = 0; /* All right, now block! */ ret = select (STDIN_FILENO + 1, &readfds, NULL, NULL, – 53 –

文件 I/O 2 &tv); if (ret == -1) { perror (”select”); return 1; } else if (!ret) { printf (”%d seconds elapsed.\\n”, TIMEOUT); return 0; } /* * Is our file descriptor ready to read? * (It must be, as it was the only fd that * we provided and the call returned * nonzero, but we will humor ourselves.) */ if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readfds)) { char buf[BUF_LEN+1]; int len; /* guaranteed to not block */ len = read (STDIN_FILENO, buf, BUF_LEN); if (len == -1) { perror (”read”); return 1; } if (len) { buf[len] = ’\\0’; printf (”read: %s\\n”, buf); } return 0; } fprintf (stderr, ”This should not happen!\\n”); – 54 –

文件 I/O 2 return 1; } 2.10.2.2 用 select() 实现可移植的 sleep() 实相对的 select() Unix 将 select() 的的。方将集设空 (NULL), 将超时设空 (non-NULL) 实。 struct timeval tv; tv.tv_sec = 0; tv.tv_usec = 500; /* sleep for 500 microseconds */ select (0, NULL, NULL, NULL, &tv); 然 Linux 提的的实内我们将。 2.10.2.3 pselect() 的 select() 自的方 4.2BSD POSIX 的 POSIX 1003.1-2001 对 pselect() pselect() POSIX 1003.1g-2000 #define _XOPEN_SOURCE 600 #include <sys/select.h> int pselect (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask); – 55 –

文件 I/O 2 FD_CLR(int fd, fd_set *set); FD_ISSET(int fd, fd_set *set); FD_SET(int fd, fd_set *set); FD_ZERO(fd_set *set); 同 pselect() select() 1. pselect() 的 timeout 。 time- timespec timeval 理上更。实上 spec 上。 2. pselect() 调。调时 timeout 新。 3. select() 调。设零时 pselect() 的 sigmask 同 select()。式 timespec #include <sys/time.h> struct timespec { long tv_sec; /* seconds */ long tv_nsec; /* nanoseconds */ }; Unix 工的原以 pselect() sigmask 文件间的件（。设处理程设（处理程进程调。调间 select() 能。 pselect() 提的以。的处理。 pselect() 内的。。 2.6.16 内 Linux 实的 pselect() 调 glibc 提的单的对 select() 的。方件出的小。真调。（相对的进 pselect() se- 出性。 lect() – 56 –

文件 I/O 2 2.10.3 poll() 调 System V 的 I/O 方。 poll() select() 的（出性的 select() #include <sys/poll.h> int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout); 的的文件集同 select() poll() 单的 nfds 的。 pollfd fds #include <sys/poll.h> struct pollfd { int fd; /* file descriptor */ short events; /* requested events to watch */ short revents; /* returned events witnessed */ }; 单的文件。以 pollfd , 文件。的 events 段的文件 poll() 件的。设段。 revents 段文件上的件的。内时设段。段的件 events 能段。的件 revents 读。 POLLIN 读。 POLLRDNORM 读。 POLLRDBAND 读。 POLLPRI 写操作。 POLLOUT POLLWRNORM 写。写。 POLLBAND 。 POLLMSG SIGPOLL – 57 –

文件 I/O 2 件能 revents 给出文件上。 POLLER 文件上件。 POLLHUP POLLNVAL 给出的文件。时。 events poll() select() 异。 select() 的读件 POLLIN | POLLPRI POLLOUT | POLLWRBAND select() 的写件。 POLLIN POLLRDNORM | POLLRDBAND POLLOUT POLLWRNORM。文件读写我们设 events POLLIN 时我们将相的。设 | POLLOUT。 revents POLLIN 文件能读。设 POLLOUT 文件能写。相以设示以文件上读写。何 I/O 时间的以。 timeout 示。零示调即出备的 I/O 何件。同即。 poll() 2.10.3.1 返回值和错误码时零 revents 段的文件。超时 poll() 何件零。时设 -1 errno 或更的文件。 EBADF fds 的超出进程空间。 EFAULT 件以新调。 EINTR 超。 EINVAL nfds RLIMIT NOFILE 的内存。 ENOMEM 2.10.3.2 poll() 的例子我们 poll() 的程同时 stdin 读 stdout 写 : #include <stdio.h> – 58 –

文件 I/O 2 #include <unistd.h> #include <sys/poll.h> #define TIMEOUT 5 /* poll timeout, in seconds */ int main (void) { struct pollfd fds[2]; int ret; /* watch stdin for input */ fds[0].fd = STDIN_FILENO; fds[0].events = POLLIN; /* watch stdout for ability to write (almost always true) */ fds[1].fd = STDOUT_FILENO; fds[1].events = POLLOUT; /* All set, block! */ ret = poll (fds, 2, TIMEOUT * 1000); if (ret == -1) { perror (”poll”); return 1; } if (!ret) { printf (”%d seconds elapsed.\\n”, TIMEOUT); return 0; } if (fds[0].revents & POLLIN) printf (”stdin is readable\\n”); – 59 –

文件 I/O 2 if (fds[1].revents & POLLOUT) printf (”stdout is writable\\n”); return 0; } 我们的 $ ./poll stdout is writable 将文件我们件 $ ./poll < ode_to_my_parrot.txt stdin is readable stdout is writable 设我们 poll() 我们调时新。相同的能时内段 pollfd revents 空。 2.10.3.3 ppoll() Linux 提 poll() 的调 pselect() 同 ppoll()。 ppoll（然同的 Linux 的调 pselect() ppoll() #define _GNU_SOURCE #include <sys/poll.h> int ppoll (struct pollfd *fds, nfds_t nfds, const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask); – 60 –

文件 I/O 2 以时 pselect() timeout sigmask 提处理的。 2.10.4 poll() 与 select() 们的工作调然 poll() select() 的文件。 • poll() 对的文件时更效率。 • poll() select() 900 的文件内集的。 • select() 的文件集小的以作出集小以的文件的效率 select() 。能集的时对的操作效率。∗ 以小的。或 poll() 。 select() 文件集时新的 • 调新们。 poll() 调离（events 段出（revents 段即。 • select() 的 timeout 时的。的新。然。 pselect() 调的的方 select() 以 select() 的性更。 • poll() Unix poll() • select() 提更的超时方。 ppoll() 理 pselect() 上提的实何调以的提的。 select() 更的的 I/O poll() epoll Linux 方我们将。 2.11 内核内幕 Linux 内何实 I/O 的集的内子文件（VFS 页存页写。子的 I/O Linux 的的以零操作时 ∗ 对进。然工作的。 – 61 –

文件 I/O 2 更效。我们将子 I/O 调。 2.11.1 虚拟文件系统文件时 Linux 内 ( virtual file switch) 的文件操作的。内文件的文件操作文件。 VFS 实的方文件 (common file model) Linux 文件的。对方文件 ∗ 提 Linux 内文件的。 VFS 对文件。提子读同步以及能。文件的处理相操作。方文件间的性。子 VFS 工作上。 Unix 的文件能 Unix 的 inode superblock 处理。实以的 inodes Linux 的文件。 FAT NTFS VFS 的处。单的调以上的文件上读单的工以文件上。文件同的同的同的调。工作工作。调段的程。 C 提 read() 调的调的。空间进程内调处理处理给 read() 调内文件对的对。然内调相对的 read() 。对文件文件的。然工作文件读给空间的 read() 调调空间的调处理然将空间调进程。 read() 对程 VFS 的的。程文件的文件或。调以及能 read() write() 的文件上操作文件。的。 ∗ C – 62 –

文件 I/O 2 2.11.2 页缓存页存内存存文件上的的方式。相对的处理。内存存内对相同的以内存读。页存性（locality of reference 的方时间性 (temporal locality) 方能。时的内存时存的页存内文件的的。存时内调存子读。读读页存存给。读存。页存的操作的的相效的。 Linux 页存小的。 I/O 操作将的内存页存空的内存。页存实的空内存新的存出页存的页将空间给真的内存。处理自进的。的存的内存存能的。 Linux 的页存的能将读的更（内上存的 RAM 更的内存空间。 Linux 内实理页存（以及存的式方。式方能理页存的时。存间的以调。文件 /proc/sys/vm/swappiness 以 100 间的示内存页存 0 60。的示更理页存进。性（locality of reference 的式空间性 (sequential 的的性。原理内实页存 locality) 读。读读时读更的页存的作读效。内读时读。读的时以 – 63 –

文件 I/O 2 效。内以进程操作读时读。的进程对的提新的读内以将读。 I/O 页存内理读的。进程读的内读读进更的。读小内读何的 16KB 128KB。文件的读以读。页存的存对程的。程以页存更处( 空间实存。的效率的以页存。方读。然文件 I/O 。 2.11.3 页回写 write() 的的内写操作。进程写进将 ”的内存的上的新。时写以 ” 。对同新的写更新新。文件的写新的。写将文件内存同步。 ” ” 的写。以件写空内存小设的时的写上理 • 的能内存空间。的超设的时写。以 • 的性。写 pdflush 的内程操作（能 page dirty flush 。以上出时程 pdflush 将的提件满。能同时程写。更的性 pdflush 。设备进写操作时的写操作。自设备存程 pdflush 设备。以内的处的 pdflush – 64 –

文件 I/O 2 程（bdflush 单程能的时间设备同时设备处空。上 Linux 内以。内示。 buffer head 的的的。同时实的。存页存。的方式将子页存。 Linux 内子页存离 2.4 的同时页存存。以同时存（作的页存（存存。自然的同步存时间。 2.4 Linux 内的的页存的进。的写子以写操作 Linux 时出的。性以同步。 I/O（ 2.12 结论程的文件 I/O。 Linux Linux 文件的操作何读写文件的。操作的 Unix 方式及。集处理 I/O 以及的。 C I/O C 出方空间的 I/O 提的性能提。 – 65 –

出 3 第 3 章缓冲输入输出我们的的文件的 I/O 的的操作进的。以小 - 对时 I/O 效率理的。操作效率调的。读读读 1024 相然效率更。 bolck 的 1024 即以的进的操作效率理的。的小以 1130 的操作的 1K, 1024 。 3.1 用户－缓冲 I/O 对文件的程 I/O I/O。空间内的以程设 I/O 以调。的出性能方的内写操作相读操作。同的方 I/O 的提操作效率。以空间程 dd dd bs=1 count=2097152 if=/dev/zero of=pirate 进操作 ( 文件 bs=1, 2 097 152 ) 提的 0 文件的设备) 文件 pirate 。 /dev/zero( 2M 文件的程的读写操作。 2 相同的 2M 的 1024 : dd bs=1024 count=2048 if=/dev/zero of=pirate 操作相同的 2M 内相同的文件读 1024 写操作。的效率提的。 3 1 小上的 dd 的时间（同的。实时间的时时间时间空间程的时间时间进程内调的时间。 – 66 –

出 3 小对性能的 3-1. Block size Real time User time System time 1 byte 18.707 seconds 1.118 seconds 17.549 seconds 1,024 bytes 0.025 seconds 0.002 seconds 0.023 seconds 1,130 bytes 0.035 seconds 0.002 seconds 0.027 second 小进操作相的性能提 1024 1 。示更的小（的调小小的效率。即更的调的对的操作的 1130 1024 效率更。性能的理小。式的小能 1024 的或 1024 的。 1024 /dev/zero 的小实上 4096B。 3.1.1 块大小实小或 4096 512 1024 2048 。示效率的提将操作的设 3 1 小或的。内件间的。以小或能能的对的以的内操作。调 ) 或 stat(1) 以设备的 stat()(我们将小。实上我们的小. I/O 操作小的 1130 的。 Unix 的上的的小 1130 操作对。小的或以对的 I/O 。的小操作对 , 效率。的调。然单的方小小的 , I/O。 4096 或 8192 的效 . 程以单进操作. 程以单 , , 单进操作的。 ,程 , 写时, 存程空间的。 I/O. – 67 –

出 3 给的（小时操作写出。同理读操作读小对的。程对的读时的给出。空时的对的读。的小设将的效率提。以程实。实上实的。然程的以提 I/O (C ) 能的方。 3.1.2 标准 I/O 提单作 stdio) 实 C I/O ( 的方。单能。程 I/O 同, ( FORTAN) C 对能提内然对 I/O 的内。 C 的展们提能的处理、、时间以及 I/O 。程的 ANSI C 。然 C95 (C89) C C99 新的的时相。 I/O 1989 的属文件出 I/O。 C 实、、读写文件。程 C I/O 或自的调设程的能。给实的相实 C 扩展的性。的 Linux 上的 glibc 实的。离的时我 Linux 们以。 3.1.3 文件指针程操作文件。的们自的 I/O 即的文件文件映射 (file pointer)。 C 文件。文件的示 FILE FILE <stdio.h> 。 – 68 –

出 3 的文件以读( I/O , ” ”(stream)。 ), 写 ( 出 ), 或出 ( )。 3.2 打开文件文件以读写操作: fopen() #include <stdio.h> FILE* fopen(const char * path, const char * mode); 的式文件 path, 新的。 3.2.1 模式式 mode 以的方式文件。以 : r 文件读。文件的处。 r+ 文件读写。文件的处。 w 文件写文件存 , 文件空。文件存 , , 。文件的处。 w+ 文件读写。文件存 , 文件空。文件存 , 。设文件的。 a 文件式的写。文件存。设文件的。的写文件。 a+ 文件式的读写。文件存。设文件的。的写文件。 – 69 –

出 3 给的式能。操作 b, Linux 同的方式对文进文件, 式示文件进。 b 的性的操作 , 以相同的方式对文进文 Linux, 件。时,fopen() 的 FILE 。时, 相 NULL, 的设 errno。的 /etc/manifest 以读将 , , : FILE *stream; stream = fopen (”/etc/manifest”, ”r”); if (!stream) /* error */ 3.2.2 通过文件描述符打开文件 fdopen() 将的文件 (fd) : #include <stdio.h> FILE * fdopen (int fd, const char *mode); fdopen() 的能式原文件的式 fopen() , 。以式w 们文件。的设文件 w+, 的文件。文件文 , 件上进的。的文件 I/O（新的。相的文件。 , 时,fdoepn() 的文件时, 的 ; NULL。 , 调 /home/kidd/map.txt, 然的文件 open() 的 : FILE *stream; int fd; fd = open (”/home/kidd/map.txt”, O_RDONLY); if (fd == −1) /* error */ stream = fdopen (fd, ”r”); – 70 –

出 3 if (!stream) /* error */ 3.3 关闭流给的 fclose() #include <stdio.h> int fclose (FILE *stream); 写出的写出。时 fclose() 时相的设 0。 EOF errno。 3.3.1 关闭所有的流的进程相的 fcloseall() 出 #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> int fcloseall (void); 的的写出。 0 Linux 的。 3.4 从流中读取数据实读的方。 C 的单的读单的读进读。读以的方式何 w或a的式以。 3.4.1 单字节读取理的出式单读。以 fgetc() 读单 #include <stdio.h> – 71 –

出 3 int fgetc (FILE *stream); 读。 int 的示文件。 : EOF fgetc() 的以 int 存。存 char 的。的子读单然以方式 int c; c = fgetc (stream); if (c == EOF) /* error */ else printf (”c=%c\\n”, (char) c); 的以读式。 stream 3.4.2 把字符回放入流中出提将的。的以。 #include <stdio.h> int ungetc (int c, FILE *stream); 调。时时 c c; 读们以的 EOF。 c。方式的。 POSIX 出间读时能。然实。的内存的。然。 Linux 调读 ungetc() ’) 的调的。 ( ’ 进程的程实的的程。 3.4.3 按行的读取给的读 fgets() : – 72 –

出 3 #include <stdio.h> char * fgets (char *str, int size, FILE *stream); 读的存。 size 1 str 读时空存。读 EOF 或时读。读存 ’\\n’ str。时时 str NULL。 char buf[LINE_MAX]; if (!fgets (buf, LINE_MAX, stream)) /* error */ 能 POSIX <limits.h> LINE MAX POSIX 处理的的。 linux 的 C 提的以 ( 能。程以 ), LINE MAX LINE MAX 设的相对。对 linux 的程 linux 小的。 3.4.4 读取任意字符串的读的。时。时 fgets() 。时。的存的。 fgetc() 写。的段读 fgets() n-1 然上 str ’\\0’ char *s; int c; s = str; while (--n > 0 && (c = fgetc (stream)) != EOF) *s++ = c; *s = ’\\0’; – 73 –

出 3 段程以扩展的 d处能空 ( d ) char *s; int c = 0; s = str; while (--n > 0 && (c = fgetc (stream)) != EOF && (*s++ = c) != d) ; if (c == d) *--s = ’\\0’; else *s = ’\\0’; 存 ,将d设以提的 ’\\n’ fgets() 能。 fgets() 的实实方式能调我们的 dd 子同。然段出的 fgetc()。然调进的调 dd 程的对 bs 1 I/O , 相对更的。 3.4.5 读取二进制文件程读。时读写的进的。出提 C fread(): #include <stdio.h> size_t fread (void *buf, size_t size, size_t nr, FILE *stream); 调读将 fread() nr size 的。文件读出的。 buf 读的（读的。 ! nr 小的读或文件。的 ferror() feof()（ – 74 –

出 3 文件的能的。 ” ” 小对的同程写的进文件对程能读的即程上的能读的。单的子给读性小的 fread() char buf[64]; size_t nr; nr = fread (buf, sizeof(buf), 1, stream); if (nr == 0) /* error */ 我们 fread() 相对的 fwrite() 时我们更的子。 3.5 向流中写数据读相同将写的。 C 我们的写的方单的写写进写。同的写方对的。写 I/O 以的出的式 r的的式。 3.5.1 对齐的讨论的设对的。程内存单的。处理以小对内存进读写。相处理以的 8 或 16 内存。处理的空间 ( 2 4 ) 进程的读。的存 0 C 对的。的自对的的 C 小相的对。以4 对。 32 存能的内存。对的同的 int 4 上同程的性能。处理能对的性能。的处理能对的件异。更的处理对的的。自对对 – 75 –

出 3 程的。处理内存理存进进时对。程方。更的对的内。 3.5.2 写入单个字符 fgetc() 相对的 fputc(): #include <stdio.h> int fputc (int c, FILE *stream); 将c 示的 )写的 fputc() ( stream 。时相的设 c。 EOF errno。单 if (fputc (’p’, stream) == EOF) /* error */ 子将 p 写写。 3.5.3 写入字符串给的写的 fputs() #include <stdio.h> int fputs (const char *str, FILE *stream); fputs() 的调将 str 的的写的 stream 。时。时 fputs() EOF。的子以式文件写将给的写相的然 stream = fopen (”journal.txt”, ”a”); if (!stream) /* error */ if (fputs (”The ship is made of wood.\\n”, stream) == EOF) /* error */ – 76 –

出 3 if (fclose (stream) == EOF) /* error */ 3.5.4 写入二进制数据程写进单能满。存进 I/O 提 C fwrite() : #include <stdio.h> size_t fwrite (void *buf, size_t size, size_t nr, FILE *stream); 调的 nr 写 fwrite() buf stream 写的的。 size。文件时写的的小 nr 的 ( !)。。 3.5.5 缓冲 I/O 示例程序我们子实上的程及的。程 pirate 然的。程的文件 dada 的出将写。同的程读存 data 的实。程的内出出: pirate #include <stdio.h> int main (void) { FILE *in, *out; struct pirate { char name[100]; /* real name */ unsigned long booty; /* in pounds sterling */ – 77 –

出 3 unsigned int beard_len; /* in inches */ } p, blackbeard = { ”Edward Teach”, 950, 48 }; out = fopen (”data”, ”w”); if (!out) { perror (”fopen”); return 1; } if (!fwrite (&blackbeard, sizeof (struct pirate), 1, out)) { perror (”fwrite”); return 1; } if (fclose (out)) { perror (”fclose”); return 1; } in = fopen (”data”, ”r”); if (!in) { perror (”fopen”); return 1; } if (!fread (&p, sizeof (struct pirate), 1, in)) { perror (”fread”); return 1; } if (fclose (in)) – 78 –

出 3 { perror (”fclose”); return 1; } printf (”name=\\”%s\\” booty=%lu beard_len=%u\\n”, p.name, p.booty, p.beard_len); return 0; } 出然原的 : name=”Edward Teach” booty=950 beard_len=48 我们的、对的同程写的进对程能读的。同的程即同上的同程能能读 fwrite() 写的。我们的子以的小或的将。东能 ABI 的上能相同。 3.6 定位流的的。能程读的的文件。的时能将设文件的。 I/O 提能调 lseek() 的的操文件 ( )。 fseek() I/O 的 offset whence : #include <stdio.h> int fseek (FILE *stream, long offset, int whence); 设 SEEK SET, 文件的设 offset 处。 whence 设 SEEK CUR, 文件设上 offset. whence whence 设 SEEK END, 文件设文件上 offset。时,fseek() 空文件 ungetc() 操作。 0 时相的设的 1 errno。 (EBADF) – 79 –

出 3 提 whence (EINVAL)。 I/O fsetpos() : #include <stdio.h> int fsetpos (FILE *stream, fpos_t *pos); 将的设 pos 处。将 whence 设 SEEK SET 时的 fseek() 能。时相设 errno 的 0。 -1, 。将的对的 fgetpos() UNIX) 能 ( ) ( 示的的上提。上能将设的方的能。 linux 的程们能的上。提段 I/O rewind() #include <stdio.h> void rewind (FILE *stream)、; 调 rewind(stream); 将的。 : fseek (stream, 0, SEEK_SET); 空。能提 rewind() 。调调空 errno 调零。 errno = 0; rewind (stream); if (errno) /* error */ 3.6.1 获得当前流位置同更新的。单的提 lseek() fseek() 能。 ftell() 的 : – 80 –

出 3 #include <stdio.h> long ftell (FILE *stream); 时相的设性的出提 -1 errno。 fgetpos() #include <stdioh.h> int fgetpos (FILE *stream, fpos_t *pos); 时将的设时 fgetpos() 0 pos。相的设文件 -1, errno。 fsetpos() fgetpos() 的上提。 linux 3.7 清洗一个流提将写内的 I/O write() 写出的。 fflush() 提能 #include <stdio.h> int fflush (FILE *stream); 调时的的写的 stream (flush) 内。空的（NULL 进程的。时 stream 时相的设 fflush() 0。 EOF errno。理的作理的内 fflush() C 自的的。提的调的 C 的们空间内空间。效率提的原程空间的调。或时调。 fflush() 的写内。效调 write() 的。能写理的 fsync（同时 I/O)。更的调即调 ( fflush() , fsync(): 写内然内写。 – 81 –

出 3 3.8 错误和文件结束调的能 I/O fread(), 们提 EOF 的。调时给的出文件。提。 I/O 上设 ferror() #include <stdio.h> int ferror (FILE *stream); 的设。设 I/O 零文件设 0。 feof() #include <stdio.h> int feof (FILE *stream); 文件的时设。 EOF I/O 设零空文件 0。 clearerr() #include <stdio.h> void clearerr (FILE *stream); 方提的 ( 以调操作 )。 error EOF clearerr() 的。 /* ’f’ is a valid stream */ if (ferror (f)) printf (”Error on f!\\n”); if (feof (f)) printf (”EOF on f!\\n”); clearerr (f); – 82 –

出 3 3.9 获得关联的文件描述符时文件方的。的 I/O 存时以的文件对调。的文件以 fileno(): #include <stdio.h> int fileno (FILE *stream); 时相的文件。时 fileno() 1。给的时能时将 errno 设出调调。 fileno() 时程 EBADF。操作谨。的文件对进 I/O 操作。 (flush)。 3.10 控制缓冲 I/O 实提小的。同的提同能同的。。提内。对。的。以单。提内。对出的。的方式 ( 出 )。以单。的文件。的文件相的的。。 I/O 的效的。然实提 I/O 的的 #include <stdio.h> – 83 –

出 3 int setvbuf (FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size); 设的式式以的 setbuf() IONBF IOLBF IOFBF 以小 IONBF buf size buf size 的空间对给的。空 I/O buf glibc 自。何操作调。时 setvbuf（出零。 0 时的存。的作的自作。的内的式。以 main() #include <stdio.h> int main (void) { char buf[BUFSIZ]; /* set stdin to block-buffered with a BUFSIZ buffer */ setvbuf (stdout, buf, _IOFBF, BUFSIZ); printf (”Arrr!\\n”); return 0; } 以离作式或将作。的操上的。的。文件的以。的小的 BUFSIZ 的 <stdio.h> ( 小的 )。 – 84 –

出 3 3.11 线程安全程同进程的实。程的同空间的进程。同步或将程程以何时间。程的操作提（相的程程相。。 I/O 能满。时给调将（段的的 I/O 操作扩。能提效率。我们。 I/O 的上程的。内实设的的程。程何 I/O 程。或同上的程能 I/O 操作单调的上文 I/O 操作原子的。然实程单的调更的原子性。程写程能读写间。的操的提 I/O 的。的。程能式将的 /** I/O 操作程。的。 */ 3.11.1 手动文件加锁然的 flockfile() 程然 : #include <stdio.h> void flockfile (FILE *stream); 相的 funlockfile() #include <stdio.h> void funlockfile (FILE *stream); – 85 –

出 3 的程的程能 0 。调以。程以 flockfile() 调程相同的 funlockfile() 调。 ftrylockfile() flockfile() 的 : #include <stdio.h> int ftrylockfile (FILE *stream); 何处理即零 ftrylockfile() 。的程我们子 0。 flockfile (stream); fputs (”List of treasure:\\n”, stream); fputs (” (1) 500 gold coins\\n”, stream); fputs (” (2) Wonderfully ornate dishware\\n”, stream); funlockfile (stream); 单的 fputs() 操作我们内 ”List oftreasure” 的出程能程的 fputs() 间。理程的程同提 I/O 操作。然的程单调更的原子操作的相以。 flockfile() 3.11.2 不加锁流操作给原。能提更更的以将的小提效率。 Linux 提的的何操作。们实 I/O 上的 I/O #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> int fgetc_unlocked (FILE *stream); – 86 –

出 3 char *fgets_unlocked (char *str, int size, FILE *stream); size_t fread_unlocked (void *buf, size_t size, size_t nr,FILE *stream); int fputc_unlocked (int c, FILE *stream); int fputs_unlocked (const char *str, FILE *stream); size_t fwrite_unlocked (void *buf, size_t size, size_t nr,FILE *stream); int fflush_unlocked (FILE *stream); int feof_unlocked (FILE *stream); int ferror_unlocked (FILE *stream); int fileno_unlocked (FILE *stream); void clearerr_unlocked (FILE *stream); 们或上的相对的相同操作。程工。的上的 POSIX I/O POSIX 的。们的的 Unix 的以上提的 Linux 。 3.12 对标准 I/O 的批评出的。 I/O 时能满。 fgets(), gets（出。对的的性能。读时 I/O 对内 I/O 调内。然程 read() I/O 读时 I/O fgetc( I/O 的的。写时相的方式给的空间然 write() 写 I/O I/O 内。的读的 I/O – 87 –

出 3 。以读的 I/O 。程实自的时能写以。实提 ”的程们 ” 的读时出。写操作更然能。写时实备将内时写出。以散 - 聚集 I/O(scatter-gather I/O) 的 writev() 实能调。 (我们散布 - 聚集 I/O)。的们我们的方。实们自的方。同的然。 I/O 3.13 结论提的。的方 I/O C 的方。 C程实上对 I/O 的。然对理的 I/O I/O 的的方。调出写 write（ I/O（能调调 . 。性能的的 I/O 以小进能 . 对。的式或的实 . 进的调。 .相的 Linux 调更喜的。然的能的调。我们将 Linux 式的 I/O 相的调。 – 88 –

文件 I/O 4 第 4 章高级文件 I/O 我们的 I/O 调。调文件 Linux I/O 的方式的。我们 Linux 调上空间空间的 I/O 方即C的。我们将 Linux 提的更 I/O I/O 调散布 / 聚集 I/O I/O 单调同时对读或写操作聚集同进的 I/O 操作。 select() 的进程处理文件 epoll poll() 的时。内存映射 I/O 将文件映射内存以单的内存理方式处理文件; 的 I/O。文件 I/O 提示进程将文件 I/O 上的提示提给内 ; 能提 I/O 性能。异步 I/O 进程出 I/O ; 程的处理 I/O 操作。将性能内的 I/O 子。 4.1 散布 / 聚集 I/O 散布聚集 I/O 以单调操作的 I/O 方以将单的内写或单读。散布或聚集。方的提的读写调 I/O。相对的以作性 I/O。散布 / 聚集 I/O 性 I/O 相 : 更自然的处理方式的段的（处理的文件段 I/O 提的处理方式。效率单 I/O 操作能性 I/O 操作。 – 89 –

文件 I/O 4 性能调的内性 I/O I/O 提更的性能。原子性同性 I/O 操作进程以单 I/O 操作进程操作的。我们以散布 / 聚集 I/O 更自然的 I/O 方操作原子性。进程以写散的写以读的散即工实空间的散布聚集。处理效的。 4.1.1 readv() 和 writev() Linux 实的散布 / 聚集的调 POSIX 1003.1-2001 。 Linux 实上的性。 fd 读的 ∗ readv() count segment iov #include <sys/uio.h> ssize_t readv (int fd, const struct iovec *iov, int count); 的读 segment 的写 writev() iov count fd #include <sys/uio.h> ssize_t writev (int fd, const struct iovec *iov, int count); 操作 writev() 的。 readv() read() write() 段 (segment) 的我们 iovec #include <sys/uio.h> struct iovec { void *iov_base; size_t iov_len; }; 处的 segment ∗ iov – 90 –

文件 I/O 4 segment 的集段读写的的 (vector)。。 readv() 处理满的 iov len 。 writev() 处理 iov len 出。处理段。 iov[0] iov[1] iov[count-1] 4.1.1.1 返回值操作时读写的。 readv() writev() iov len 的。出时设调能 -1 errno。何 read() 能的相同时设同的 write() errno 。的。 iov len 的 ssize t SSIZE MAX 处理 errno 设 -1 EINVAL。 0小 POSIX count IOV MAX（。 <limits.h> Linux IOV MAX 1024。 count 0 调处理 errno 设 0。† count IOV MAX -1 EINVAL。 count I/O 操作内内示段 (seg- count 的小进的。出的的 ment)。小的内上段内存 count 性能上的提。以 count 小 8时 8 I/O 操作以效的内存方式。段。 I/O 小的时 8 或更小的性能的提。 4.1.1.2 writev() 示例我们单的子段段同的 3 的写。程以示 writev() 的能同时以作段的段的 Unix 0时能将 errno 设 † count EINVAL。的以设 EINVAL 或处理。 count 0 – 91 –

文件 I/O 4 #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> #include <sys/uio.h> int main () { struct iovec iov[3]; ssize_t nr; int fd, i; char *buf[] = {”The term buccaneer comes from the word boucan.\\n”, ”A boucan is a wooden frame used for cooking meat.\\n”, ”Buccaneer is the West Indies name for a pirate.\\n” }; fd = open (”buccaneer.txt”, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC); if (fd == -1) { perror (”open”); return 1; } /* fill out three iovec structures */ for (i = 0; i < 3; i++) { iov[i].iov_base = buf[i]; iov[i].iov_len = strlen (buf[i]+1); } /* with a single call, write them all out */ nr = writev (fd, iov, 3); if (nr == -1) { perror (”writev”); return 1; } – 92 –

文件 I/O 4 printf (”wrote %d bytes\\n”, nr); if (close (fd)) { perror (”close”); return 1; } return 0; } 程 : $ ./writev wrote 148 bytes 读文件内 : $ cat buccaneer.txt The term buccaneer comes from the word boucan. A boucan is a wooden frame used for cooking meat. Buccaneer is the West Indies name for a pirate. 4.1.1.3 readv() 示例我们的文文件读。程同 readv() 单: #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <sys/uio.h> int main () { char foo[48], bar[51], baz[49]; struct iovec iov[3]; ssize_t nr; – 93 –

文件 I/O 4 int fd, i; fd = open (”buccaneer.txt”, O_RDONLY); if (fd == -1) { perror (”open”); return 1; } /* set up our iovec structures */ iov[0].iov_base = foo; iov[0].iov_len = sizeof (foo); iov[1].iov_base = bar; iov[1].iov_len = sizeof (bar); iov[2].iov_base = baz; iov[2].iov_len = sizeof (baz); /* read into the structures with a single call */ nr = readv (fd, iov, 3); if (nr == -1) { perror (”readv”); return 1; } for (i = 0; i < 3; i++) printf (”%d: %s”, i, (char *) iov[i].iov_base); if (close (fd)) { perror (”close”); return 1; } return 0; } 上程程出 $ ./readv – 94 –

文件 I/O 4 0: The term buccaneer comes from the word boucan. 1: A boucan is a wooden frame used for cooking meat. 2: Buccaneer is the West Indies name for a pirate. 4.1.1.4 实现我们以空间实单的 readv() 的 writev() #include <unistd.h> #include <sys/uio.h> ssize_t naive_writev (int fd, const struct iovec *iov, int count) { ssize_t ret = 0; int i; for (i = 0; i < count; i++) { ssize_t nr; nr = write (fd, iov[i].iov_base, iov[i].iov_len); if (nr == -1) { ret = -1; break; } ret += nr; } return ret; } 的 Linux 的实 writev() 作调 Linux readv() 实内散布 / 聚集 I/O。实上内的 I/O I/O 的段。 read() write() I/O – 95 –

文件 I/O 4 4.2 Event Poll 接口 select() 的 2.6 内。然 ∗ poll() event poll(epoll) 实们的性能 epoll 新的性。调时的文件。内 poll() select()( ) 的文件。时— 上上文件时— 调时的的。实离出。 epoll 调 epoll 上文上文或的文件真的件 (event wait)。 4.2.1 创建一个新的 epoll 实例 epoll 上文 epoll create() #include <sys/epoll.h> int epoll_create (int size) 调 epoll 实实的文件 epoll create() 。文件真的文件调的。 size 内的文件 epoll 。的性能的提给出的。出时设 -1 errno 。 size EINVAL 文件的上。 ENFILE 的内存操作。 ENOMEN 的调 int epfd; epfd = epoll_create (100); /* plan to watch ˜100 fds */ if (epfd < 0) 内的 ∗ epoll 2.5.44 2.5.66 – 96 –

文件 I/O 4 perror (”epoll_create”); 的文件调。 epoll create() close() 4.2.2 控制 epoll 以的 epoll 上文或文件 epoll ctl() #include <sys/epoll.h> int epoll_ctl (int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); 文件 <sys/epoll.h> epoll event struct epoll_event { __u32 events; /* events */ union { void *ptr; int fd; __u32 u32; __u64 u64; } data; }; 调将 epoll 实对 fd 进的操 epoll ctl() epfd。 op 作。 event epoll 更的。以 op 的效 : 的文件的 epoll 实集 fd epfd EPOLL CTL ADD 的件。 event 的文件的 epoll 集。 fd epfd EPOLL CTL DEL fd 上的。 event EPOLL CTL MOD 的 events 出给文件上的 epoll events 件。件以或同时。以效文件出。即设件的。 EPOLLERR – 97 –

文件 I/O 4 文件上。( ” EPOLLET 件”)。。文件。即设件的。 EPOLLHUP 文件读。 EPOLLIN 件处理文件。 EPOLLONESHOT 新的件以新文件。 EPOLL CTL MOD 文件写。 EPOLLOUT 的读。 EPOLLPRI 的 data 段。件给 event poll data 。将 event.data.fd 设以文件件。 fd 设 epoll ctl() 0。 -1 errno 效 epoll 实或效文件。 epfd fd EBADF 。 op EPOLL CTL ADD fd epfd EEXIST epoll 实 fd 相同或效。 epfd epfd op EINVAL 或 ENOENT op EPOLL CTL MOD EPOLL CTL DEL fd epfd 。内存进程的。 ENOMEN fd epoll。 EPERM epfd 实的文件以 fd struct epoll_event event; int ret; event.data.fd = fd; /* return the fd to us later */ event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT; ret = epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event); if (ret) perror (”epoll_ctl”); epfd 实的 fd 上的件以 struct epoll_event event; – 98 –

文件 I/O 4 int ret; event.data.fd = fd; /* return the fd to us later */ event.events = EPOLLIN; ret = epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event); if (ret) perror (”epoll_ctl”); 相的 fd 上的件以 epfd struct epoll_event event; int ret; event.data.fd = fd; /* return the fd to us later */ event.events = EPOLLIN; ret = epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event); if (ret) perror (”epoll_ctl”); 的 EPOLL CTL DEL 时设件 op event 以 NULL。 2.6.9 以的内空。内效的 non-NULL 2.6.9 bug。 4.2.3 等待 Epoll 事件给 epoll 实的文件上的件 epoll wait() #include <sys/epoll.h> int epoll_wait (int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 对 epoll wait() 的调 epoll 实的文件 fd 上的件时 epfd 。 timeout events epoll event ( 件) 的内存以件。件出 maxevents – 99 –

文件 I/O 4 将 errno 设以 -1 效文件。 EBADF epfd EFAULT 进程对 events 的内存写。调。 EINTR 效 epoll 实或小 EINVAL epfd maxevents 0。即件调即时调 timeout 0 调将件。 0。 timeout -1 调的 events 段的件。 data epoll event 段调的设。 epoll ctl() 的 epoll wait() 子 #define MAX_EVENTS 64 struct epoll_event *events; int nr_events, i, epfd; events = malloc (sizeof (struct epoll_event) * MAX_EVENTS); if (!events) { perror (”malloc”); return 1; } nr_events = epoll_wait (epfd, events, MAX_EVENTS, -1); if (nr_events < 0) { perror (”epoll_wait”); free (events); return 1; } for (i = 0; i < nr_events; i++) { printf (”event=%ld on fd=%d\\n”, events[i].events, events[i].data.fd); /* * We now can, per events[i].events, operate on – 100 –

文件 I/O 4 * events[i].data.fd without blocking. */ } free (events); 我们将 malloc() free()。 4.2.4 边沿触发事件和水平触发事件 epoll ctl() 的的 events 设 fd 上的 event EPOLLE 相的。的 unix 时的。写。 1. 1kb 上调 pipe 出读。 2. epoll wait() 对的步对 epoll wait() 的调将即以 2 读。对的调步。 pipe 1 即调 epoll wait() 时读调然写。。 select() 的 poll() 的。同的方式写程 I/O EAGAIN。自工程。时。的时。时。件时。 4.3 存储映射文件 I/O 内提 I/O 方式程将文件映射内存即内存文件对的。程以内存文件操作内存的以写内存然的映射将文件写。 Linux 实的 mmpap() 调调将对映射内 POSIX.1 存。我们将文件映射内存的能; 我们 mmap() I/O 将调的。 – 101 –

文件 I/O 4 4.3.1 mmap() mmap() 调内将 fd 示的文件 offset 处的 len 映射内存。内存的。 addr addr 存的操作。 prot flags #include <sys/mman.h> void * mmap (void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset); 内映射文件的。提示 addr 内存映射的。 0。调对内存的。时 prot PROT NONE 映射（以以的的或页读。 PROT READ PROT WRITE 页写。页。 PROT EXEC 的存能文件的式。程以读方式文件能设 prot PROT WRITE。性（读写 POSIX 的子集。实对处理读。处理能读。操作上 PROT READ 即的。 PROT EXEC。 x86 然的处理方式程。的程们映射的时相的设 PROT EXEC。出的原即映射操作处理映射的。 x86 处理读的 NX（no-execute 映射。新的上同 PROT READ PROT EXEC。映射的。以进或的 flag – 102 –

文件 I/O 4 作性。内 mmap() addr MAP FIXED 映射文件调。的内存映射的原内然新内。进程的空间以。 MAP PRIVATE 映射。文件映射写时进程对内存的何真的文件或进程的映射。映射文件的进程映射内存。对内存的写操 MAP SHARED 作效写文件。读映射进程的写操作的。能同时。更 MAP SHARED MAP PRIVATE 的将。 8 映射文件的时。映射文件文件的进程然以文件。映射或进程时对的文件 1。的示以读方式映射 fd 的文件 len void *p; p = mmap (0, len, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0); if (p == MAP_FAILED) perror (”mmap”); 示 mmap() 的对文件进程空间映射的。 4-1 4.3.1.1 页大小页内存同的小单。页内存映射的同时进程空间的。 mmap() 调操作页。 addr 页小对。 offset 们页小的。以映射的页。能页对（能 len 映射的文件小页小的映射空页。出的内存即效映射的的读 0 . – 103 –

文件 I/O 4 4-1 映射文件进程空间操作将进写操作文 0。即 MAP SHARED 件。写文件。 len 的页小方将 POSIX sysconf() sysconf(): 的 #include <unistd.h> long sysconf (int name); 调 name 的效时 sysconf() name -1。出 errno 设 -1 对能效（示 EINVAL。 limits -1 。的调空 errno 调。同小页 POSIX SC PAGESIZE（SC PAGE SIZE 的小。页小 long page_size = sysconf (_SC_PAGESIZE); 提页小 getpagesize() getpagesize():Linux #include <unistd.h> int getpagesize (void); – 104 –

文件 I/O 4 调 getpagesize() 将页的小。单 sysconf() int page_size = getpagesize ( ); unix POSIX 1003.1-2001 出性。页小:页小的。 <asm/pages.h> PAGE SIZE 页小的方 int page_size= PAGE_SIZE ; 同方方时页小时。同页小同的页小。进文件能给的上即处。页小能性. 时页的小。设。 addr offset 0 的内能将出空间。我们提自程。 Unix 的。 sysconf() 4.3.1.2 返回值和错误码调映射的。时设 mmap() MAP FAILED 相的 errno。 mmap() 0。能的 errno 给的文件文件或式 prot 或 EACESS 。 flags 文件文件。 EAGAIN 给文件效。 EBADF 的或效。 addr len off EINVAL 文件上。 ENFILE 文件的文件存映射。 ENODEV 的内存。 ENOMEM EOVERFLOW addr + len 的超空间小。设文件以方式。 PROT EXEC EPERM – 105 –

文件 I/O 4 4.3.1.3 相关信号映射相的进程效的映射时。文 SIGBUS 件映射。进程写读的映射时。 SIGSEGV 4.3.2 munmap() Linux 提 mmap() 的映射。 munmap() #include <sys/mman.h> int munmap (void *addr, size_t len); 进程空间的内存的页 munmap() addr len 的映射。映射时的内存效将。 SIGSEGV munmap() 的上 mmap() 调的 len。调设相的。的 errno 0 -1 errno 或效。 EINVAL 作实段内存间内页的映 [addr, addr + len] 射。 if (munmap (addr, len) == -1) perror (”munmap”); 4.3.3 存储映射例子我们子 mmap 将的文件出出 #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> – 106 –

文件 I/O 4 int main (int argc, char *argv[]) { struct stat sb; off_t len; char *p; int fd; if (argc < 2) { fprintf (stderr, ”usage: %s <file>\\n”, argv[0]); return 1; } fd = open (argv[1], O_RDONLY); if (fd == -1) { perror (”open”); return 1; } if (fstat (fd, &sb) == -1) { perror (”fstat”); return 1; } if (!S_ISREG (sb.st_mode)) { fprintf (stderr, ”%s is not a file\\n”, argv[1]); return 1; } p = mmap (0, sb.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0); if (p == MAP_FAILED) { perror (”mmap”); return 1; } if (close (fd) == -1) { – 107 –

文件 I/O 4 perror (”close”); return 1; } for (len = 0; len < sb.st_size; len++) putchar (p[len]); if (munmap (p, sb.st_size) == -1) { perror (”munmap”); return 1; } return 0; } 的调 fstat() 我们将。给文件的。 S ISREG() 以 fstat() 我们以映射给文件文件（相对设备文件。映射文件的文件设备。设备以映射的以的映射设 errno EACCESS。子的的文件作程。文件文件映射文件出映射。 4.3.4 mmap() 的优点相对 mmap() 处理文件。 read() write() read() 或 write() 调进读写 • 映射文件进操作以的。的页读写映射文件调上文的 • 。操作内存单。进程映射同对内存进程间。读写 • 的映射的写的进写时的页的。映射对的操作。 • lseek()。以上理的。 mmap() – 108 –

文件 I/O 4 4.3.5 mmap() 的缺陷 mmap() 时以 • 映射的小页小的。映射文件小页小的间空间。对小文件的空间。对 4kb 的页的映射。 7 4089 •存映射进程空间内。对的空间的 32 小异的映射的出的空内存。空间。 64 映射以及相的内的。上提 • 的读写时的的以对文件的文件更。以上理处理文件（的空间小的或文件小小时（空间。 page 4.3.6 调整映射的大小 Linux 提扩或映射的小。 mremap() Linux 的 #define _GNU_SOURCE #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> void * mremap (void *addr, size_t old_size, size_t new_size, unsigned long flags); mremap() 将映射 [addr, addr + old size) 的小或 new size。进程空间的小 flags 内以同时映射。示。) 示 [ 作间 (interval notation)。的以 0或 flags MREMAP MAYMOVE 调的小内以映射。内以映射的小调操作能。 – 109 –

文件 I/O 4 4.3.6.1 返回值和错误码调新映射的。 mremap() MAP FAILED 设以 errno 内存能调小。 EAGAIN 给内的页进程空间内的效页或新映 EFAULT 射给页时出。效。 EINVAL ENOMEM 给进扩展（MREMAP MAYMOVE 设或进程空间内空空间。 mremap() 实效的 realloc() 以调 glibc 的内存。 malloc() void * realloc (void *addr, size_t len) { size_t old_size = look_up_mapping_size (addr); void *p; p = mremap (addr, old_size, len, MREMAP_MAYMOVE); if (p == MAP_FAILED) return NULL; return p; } 段 malloc() 操作的映射时效即段能作展示提性能的。子设程写。 GNU C library mmap() 及相进 look up mapping size() 内存。我们将更的。 4.3.7 改变映射区域的权限程内存的 POSIX mprotect() #include <sys/mman.h> – 110 –

文件 I/O 4 int mprotect (const void *addr, size_t len, int prot); 调内页的页对 mprotect() [addr, addr + len) addr 的。 prot mmap() 的 prot 同的 PROT NONE PROT READ 的读 prot 设 PROT WRITE PROT EXEC。调写。 PROT WRITE 上能操作的。 mprotect() mmap() Linux 以操作的内存。 mprotect() 4.3.7.1 返回值和错误码调设 mprotect() 0。 -1 errno EACCESS 内存能设的。将读的 prot 文件的映射设写。效或页对。 addr EINVAL ENOMEM 内空间满或内页进程空间内的效。 4.3.8 使用映射机制同步文件 POSIX 提存映射的调 fsync() #include <sys/mman.h> int msync (void *addr, size_t len, int flags); 调以将 mmap() 的映射内存的何写 msync() 同步内存的映射映射的文件的的。文件或文件子集内存的映射的 len 写。 addr addr 页对的上 mmap() 调的。调映射的映射写 msync() 。同的存 write() write() 写。写内存映射时进程内页存的文件页内。内同步页存。同步操作的。的以的进或操作 flag – 111 –

文件 I/O 4 同步操作异步。更新操作调 msync() MS ASYNC 即 write() 操作。映射的将效。对文件 MS INVALIDATE 映射的操作将同步。同步操作同步进。 msync() 页写 MS SYNC 。能。 MS ASYNC MS SYNC 单 if (msync (addr, len, MS_ASYNC) == -1) perror (”msync”); 子异步的将文件的映射 [addr, addr+len) 同步。 4.3.8.1 返回值和错误码调调设相。以 msync() 0。 -1 errno errno 的效同时设设以上 flags MS SYNC MS ASYNC EINVAL 的或页对。的内存（或映射。 POSIX ENOMEM 同步映射的内存时将 Linux 能同步效的。 ENOMEM 的内 2.4.29 msync() EFAULT ENOMEM。 4.3.9 映射提示 Linux 提调以进程何映射上给内 madvise() 的提示。内自的更的映射。内调自的即提示时能的性能的提示以的存的读。调示内何对 len 的内存映射进 addr 操作。 – 112 –

文件 I/O 4 #include <sys/mman.h> int madvise (void *addr, size_t len, int advice); 内将对 addr 的映射提示。 len 0 以 advice 对给的内存程提示方 MADV NORMAL 式操作。程将以的页。 MADV RANDOM 程的 MADV SEQUENTIAL 页。程将的页。 MADV WILLNEED 程内内的页。 MADV DONTNEED 内提示真的的实相的 POSIX 提示的的。 2.6 内以方式进处理内进程的读。 MADV NORMAL 内读理读操作读小的。 MADV RANDOM MADV SEQUENTIAL 内读。内将给的页读内存。 MADV WILLNEED 内给页相的 MADV DONTNEED 的同步写的页。对映射新内存。 : int ret; ret = madvise (addr, len, MADV_SEQUENTIAL); if (ret < 0) perror (”madvise”); 调内进程内存 [addr, addr + len)。 – 113 –

文件 I/O 4 读 Linux 内上的文件时周的读 (reada- 自的操作。文件的内时内 head) 读内的。对的（文件时内以上。自读 ( 文件布的的的。 ) 读处的的效读的程。的读文件时效对读的。我们的内内的内的调读以读的率。率的读提示小的读。程以调读的小。 madvise() 4.3.9.1 返回值和错误码调时设相。以 madvise() 0 -1 errno 效内内能内存) 进程以。 ( EAGAIN 存映射文件。 EBADF 的页对的效或页 len addr advice EINVAL 或以 MADV DONTNEED 方式 . MADV WILLNEED 操作时的内。 I/O EIO ENOMEM 给的进程空间的效映射或设内存。 MADV WILLNEED 4.4 普通文件 I/O 提示上小我们何给内提存映射的操作提示。我们将文件 I/O 时何给内提操作提示。 Linux 提满的 posix fadvise() readahead()。 4.4.1 posix fadvise() 的 POSIX 1003.1-2003 – 114 –

文件 I/O 4 #include <fcntl.h> int posix_fadvise (int fd, off_t offset, off_t len, int advice); 调给出内文件 fd 的 [offset, offset + len) 内操作 posix fadvise() 提示。提示作间 [offset, length of file]。设 len 0 设文件。 len offset 0 advice 的。的以的 madvise() : 程给文件的给 POSIXFADV NORMAL 处理。程给内。 POSIX FADV RANDOM 程给内 POSIX FADV SEQUENTIAL 。程能。 POSIX FADV WILLNEED 程能给 POSIX FADV NOREUSE 。程能给。 POSIX FADV DONTNEED 内对提示的处理同的实 madvise() 同的 Linux 内的处理方式相同。内的处理方式: 内的读。 POSIX FADV NORMAL 内读理读操作能的读 POSIX FADV RANDOM 的。 POSIX FADV SEQUENTIAL 内读读读的。内读将页读内存。 POSIX FADV WILLNEED POSIX FADV WILLNEED ; POSIX FADV NOREUSE 内能将 ”的 ” 。对的。 madvise 内存的。同 POSIX FADV DONTNEED 对。 madvise() 以段内、的的文件 fd int ret; – 115 –

文件 I/O 4 ret = posix_fadvise (fd, 0, 0, POSIX_FADV_RANDOM); if (ret == -1) perror (”posix_fadvise”); 4.4.1.1 返回值和错误码调 -1 设 0 errno EBADF 文件效。效文件或设给 EINVAL advice 的文件。 4.4.2 readahead() 系统调用 2.6 内新的调。 posix fadvise() readahead() 以时同的能。 posix fadvise() POSIX FADV WILLNEED 同 posix fadvise() 的的 readahead() Linux #include <fcntl.h> ssize_t readahead (int fd, off64_t offset, size_t count); readahead() 调将读示文件的 [offset, offset + count) 页存 fd 。 4.4.2.1 返回值和错误码调 -1 设 0 errno EBADF 文件效 EINVAL 文件对的文件读。 4.4.3 “经济实用“的操作提示内操作提示的效率以提。对的 I/O 。处理的的提示的上的提的。读文件的内时进程以设内文件读页存。 I/O 操作将 POSIX FADV WILLNEED – 116 –

文件 I/O 4 异步进。文件时操作以即。相的读或写上的 ) 进程 ( 以设内存的内。的操 POSIX FADV DONTNEED 作满页。进程页的空间存的。对的的将存。进程读文件时设 POSIX FADV SEQUENTIAL 内读。相的进程自将文件设内读的。 POSIX FADV RANDOM 4.5 同步 (Synchronized)，同步 (Synchronous) 及异步 ( Asyn- chronous) 操作同步 : synchronized synchronous 我们对同步的相的文原文。 Unix 操作同步 (synchronized) 同步 (nonsynchronized) 同步 (synchronous) 异步 (asynchronous) 时的间的小)。 ( synchronized synchronous 同步 (synchronous) 写操作写内的。同步（synchronous 读操作写程空间的的。相的异步 (asynchronous 写操作空间时能 ; 异步（asynchronous) 读操作备能。操作操作以进。然的操作以及的程。同步的 (synchronized) 操作同步 (synchronous) 操作的更更。同步的（synchronized 写操作写上的内的同步的。同步 (synchronized) 的读操作新的 ( 能读 )。的同步（synchronous 异步（asynchronous I/O 操作件( 的存。同步 (synchronized) 异 ) 步（asynchronized 件写 ( )。 – 117 –

文件 I/O 4 Unix 的写操作同步 (synchronous) 同步的（nonsynchronized 读操作同步 (synchronous) 同步的 (synchronized)。∗ 对写操作上性的能的示。 4-1 4-1 写操作的同步性 Synchronized Nonsynchronized 写操作写写操作存内 Synchronous 。文件时。的。 O SYNC 方式。 Asynchronous 写操作写操作。操作。操作写。写内。读读操作同步的（synchronized 。的操作以同步（synchronous 的以异步（asynchronous 的示。 4-2 4-2 读操作的同步性 Synchronized 读操作新存提的。（ Synchronous 的。 Asynchronous 读操作。操作新。我们何写操作进同步 (synchronized)(设 O SYNC 何 I/O 操作同步的（synchronized （ ) fsync() 。我们何读写（asynchronous 异步。 friends 4.5.1 异步 I/O 异步 (asynchronous)I/O 内的。 POSIX 1003.1-2003 的 Linux 实提实异步 aio aio。 aio I/O 提以及时。 #include <aio.h> /* asynchronous I/O control block */ 读操作写操作异步的 (nonsynchronized) 内页 ∗ 新的。页的上的新。实上的操作同步的。的方式。 – 118 –

文件 I/O 4 struct aiocb { int aio_filedes; /* file descriptor */ int aio_lio_opcode; /* operation to perform */ int aio_reqprio; /* request priority offset */ volatile void *aio_buf; /* pointer to buffer */ size_t aio_nbytes; /* length of operation */ struct sigevent aio_sigevent; /* signal number and value */ /* internal, private members follow... */ }; int aio_read (struct aiocb *aiocbp); int aio_write (struct aiocb *aiocbp); int aio_error (const struct aiocb *aiocbp); int aio_return (struct aiocb *aiocbp); int aio_cancel (int fd, struct aiocb *aiocbp); int aio_fsync (int op, struct aiocb *aiocbp); int aio_suspend (const struct aiocb * const cblist[], int n, const struct timespec *timeout); 4.5.1.1 基于线程的异步 I/O 的文件上的 aio。设 Linux O DIRECT 的文件上 aio 我们自实。内的 O DIRECT 我们能实异步 I/O 实相的效。我们将程的异步 I/O •实 I/O 离内的 I/O 提操作时。 • I/O – 119 –

文件 I/O 4 性能的。 I/O 操作出 I/O 超的进程。程的 I/O 处理 I/O 的方式。的的方式程 (调将方 )。 : 程处理的 I/O。 1. 2. 实将 I/O 操作工作的。的 I/O 相的 I/O 操作。工作 3. 程的 I/O 提内们。操作的读的 4. ( ) 。 5. 实的的 I/O 操作。 POSIX 的 aio 的相的程理的。 4.6 I/O 调度器和 I/O 性能的性能。性能的 seek 操作的时程的。操作以处理周的 ( 1/3 ) 时单的 seek 操作的时间 8 cpu 周的 2500 。的性能我们 I/O 操作们将原效的。操作内实 I/O 调理 I/O 的离小。 I/O 调将的性能小。 4.6.1 磁盘寻址理 I/O 调的工作。何方式方 (cylinders) (heads) (section) 式。 CHS 、读写。以作上 CD – 120 –

文件 I/O 4 作的 CD 上。 CD。。单上的程 : 。上。上。上离相同离的。的的 (即 )。单上的单。然上的。。然读写的上的的读写。的操作的、。将的映射的理或设备 / / ( 更的映射的。操作以 ) (即程的 CHS 。 ∗ (LBA) 自然的 CHS 的映射的: 理理上相的。 n n+1 我们将的映射的。文件存件。们操作自的操作单即时 ( 作文件或的小理小的。 )。文件的映射或理。 4.6.2 调度器的功能 I/O 调实操作 (merging) (sorting)。 (merging) 操作将或相的 I/O 的程。读读 7 上的。对 5 6 5 7 的操作。的 I/O 能 I/O 的。操作相对更的的 (sorting) 新的 I/O 。 I/O 操作 I/O 调 52 109 7 以7 109 的进 52 . 81 将 109 的间。 I/O 调然们的 52 调 :7 然然 52 81 109。方式的离小。的 ( 的进以、性的方式。 I/O 操作 ) 绝对上程上上的 ∗ – 121 –

文件 I/O 4 的进操作以 I/O 性能提。 4.6.3 改进读请求读新的。的页存时读读出能相的操作。我们将性能读 (read latency)。的程能时。进同 I/O 步的将。我们读的文件。程文件读然读段文件读。然进程读文件。的进的: 以。写同步的) 的对写时间内 ( 何 I/O 操作。空间程写操作性能的。写操作读操作的时写操作的们 : 以内的。的 writes-starving-reads 。 I/O 调以的对能的对的。我们的子。新的 50-60 间的的将调。读的 109 能性能。以 I/O 调 ”的 ” 。单的方 2.4 内调方 ∗ Linux 的的新的。上以对读的时读 (read latency)。方单。 2.6 内调 Linus 新的调。 4.6.3.1 Deadline I/O 调度器 Deadline I/O 调 2.4 调程及的调的。 Linus 的 I/O 。的 I/O 调的。 Deadline I/O 调进步进原的调新的 : 读 FIFO 写 FIFO 。的 Linus 以自的调。的 ∗ 以。 – 122 –

文件 I/O 4 提时间。读 FIFO 读同写 FIFO 写。 FIFO 的设时间。读 FIFO 的时间设。写。 500 5 新的 I/O 提然相 (读或写) 的。的 I/O 。的 (linus 调以小 ) 。的超出的时间时 I/O 调 FIFO 调调的。 I/O 调程 I/O FIFO 处理的时间的。方式 Deadline I/O 调上。然能 I/O 时间调时间调。 I/O Deadline I/O 调能提的的时间。读更小的时间的 writes-starving-reads 。 4.6.3.2 Anticipatory I/O 调度器 Deadline I/O 调。我们读的。 Deadline I/O 调时读的的时间或上时将然 I/O 调程处理。时。设然提读 I/O 的即将时间 I/O 调的然处理。的能件能的。小时的处理读上以的。能读处理的性能将的提。的程调提的读 I/O 调。对的读时然出读 – 程备提读时 I/O 调程处理的。时进的操作: 读。存方 I/O 调对 – 123 –

文件 I/O 4 同的将提以的读进。的时间的的。 anticipatory I/O 调的工作原理的。 Deadlne 。读操作提 anticipatory I/O 调的调。同 Deadline I/O 调的 anticipatory I/O 调。程内对同出读读 6 6 anticipatory I/O 调。内读 6 anticipatory I/O 调然进操作 ( 处理的的以的时间 ( )。时间的处理)。读相的时间。 4.6.3.3 CFQ I/O 调度器方上 Complete Fair Queuing(CFQ)I/O 调上调程的相同的。∗ CFQ 时进程自的时间。 I/O 调程方式处理的的时间或的处理。 CFQ I/O 调将空段时间（新的。 I/O 调 10 操作。效调程处理进程的。进程的同步（synchronized 的读操作) ( 同步更的。 CFQ 更进读操作。进程设 CFQ 调对进程 writes-starving-reads 的同时提的性能。 CFQ 调的的。 4.6.3.4 Noop I/O 调度器 Noop I/O 调程单的调。进操作单的。对的设备上。的文实的 CFQ I/O 调。的原时间或式 ∗ 以的方式工作。 – 124 –

文件 I/O 4 4.6.4 选择和配置你的 I/O 调度器的 I/O 调以时以内。效 iosched 的以时对设备进 as cfq deadline noop。以。读文件以 /sys/block/device/queue/scheduler 的 I/O 调上效写文件以更 I/O 调程。设设备 hda 的 I/O 调程以方式 CFQ #echo cfq >/sys/block/hda/queue/scheduler 理以设的 I/O 调 /sys/block/device/queue/iosched 相的。 I/O 调。何设。 root 的程写的程及的 I/O 子。对的写出更的。 4.6.5 优化 I/O 性能 I/O 相同时 I/O 的 I/O 性能的。 I/O 操作的将小的操作聚集的操作) 实 ( 对的 I/O 或空间 I/O 的 ( ) 异步 I/O 程程的 I/O I/O( ) 步。 I/O 操作的程以的性能。同的即 Linux 内 I/O 调空间的程以方式实更的性能提。 4.6.5.1 用户空间 I/O 调度进 I/O 调的 I/O 集的以 Linux I/O 调的方对的 I/O 进进更的性能提。∗ 然 I/O 调将将以性的方式程设提 ? 能将 I/O 操作的或上。 I/O 的程设 ∗ ( 的) 对 I/O 操作进。 – 125 –

文件 I/O 4 的 I/O 。以进 I/O 调的。 I/O 调对进提时程提。 I/O 调程能的小 I/O 的。然的能的的。程能布的提对们提给 I/O 调将的性能提。对同的空间的程内同的。 I/O 调的以理的式进。对理进的。空间以文件文件的式存的。程文件的布的。能以操作的提空间程以 I/O 同的处理。们以方式进 1. 2. inode 3. 文件的理程上的。我们。。单的效率的的方。文件的布的文件（同的子上相布。同的文件间的时间内相的率更。文件上的理布。同的文件然文件同的文件更的率布。方文件的文件的作小。即能实的理。的对文件的。文件布上的程空间性示。方实。。 inode 文件相的的。 Unix inode 文件能理文件小 inode 。我们将更的 7 inode。 : – 126 –

文件 I/O 4 文件。 inode inode 更效 inode 文件 i 的 inode < 文件 j 的 inode 文件 i 的理 < 文件 j 的理对 Unix 的文件的。对真 ( ext2 ext3) 实的文件何能的映射 inode ( ) 的。对实上 inode 的文件存能性。何映射) 的方。 inode( 我们以调更的方我们将 stat() inode 。的文件的 inode 然以 inode 的 I/O 方式对进。以示程以出给文件的 inode #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> /* * get_inode - returns the inode of the file associated * with the given file descriptor, or -1 on failure */ int get_inode (int fd) { struct stat buf; int ret; ret = fstat (fd, &buf); – 127 –

文件 I/O 4 if (ret < 0) { perror (”fstat”); return -1; } return buf.st_ino; } int main (int argc, char *argv[]) { int fd, inode; if (argc < 2) { fprintf (stderr, ”usage: %s <file>\\n”, argv[0]); return 1; } fd = open (argv[1], O_RDONLY); if (fd < 0) { perror (”open”); return 1; } inode = get_inode (fd); printf (”%d\\n”, inode); return 0; } 以的的程。 get inode() 文件的 inode : inode 理布。的的程程上。何 inode 进空间 I/O Unix 调的方。理。理进的方设自的。的文件小的单文件。的小文件对理。以我 ; 们以文件们对的理上进 – 128 –

文件 I/O 4 。内提文件理的方。调 ioctl() 我们将提 FIBMAP ret = ioctl (fd, FIBMAP, &block); if (ret < 0) perror (”ioctl”); 文件的文件我们理 fd block 的。调理。 block 0 文件相。文件效 8 0 7。理的映射步。步文件的。以 stat() 调。对我们 ioctl() 调相的理。以示程对的文件进相操作 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/ioctl.h> #include <linux/fs.h> /* * get_block - for the file associated with the given fd, returns * the physical block mapping to logical_block */ int get_block (int fd, int logical_block) { int ret; ret = ioctl (fd, FIBMAP, &logical_block); if (ret < 0) { – 129 –

文件 I/O 4 perror (”ioctl”); return -1; } return logical_block; } /* * get_nr_blocks - returns the number of logical blocks * consumed by the file associated with fd */ int get_nr_blocks (int fd) { struct stat buf; int ret; ret = fstat (fd, &buf); if (ret < 0) { perror (”fstat”); return -1; } return buf.st_blocks; } /* * print_blocks - for each logical block consumed by the file * associated with fd, prints to standard out the tuple * ”(logical block, physical block)” */ void print_blocks (int fd) { int nr_blocks, i; nr_blocks = get_nr_blocks (fd); – 130 –

文件 I/O 4 if (nr_blocks < 0) { fprintf (stderr, ”get_nr_blocks failed!\\n”); return; } if (nr_blocks == 0) { printf (”no allocated blocks\\n”); return; } else if (nr_blocks == 1) printf (”1 block\\n\\n”); else printf (”%d blocks\\n\\n”, nr_blocks); for (i = 0; i < nr_blocks; i++) { int phys_block; phys_block = get_block (fd, i); if (phys_block < 0) { fprintf (stderr, ”get_block failed!\\n”); return; } if (!phys_block) continue; printf (”(%u, %u) ”, i, phys_block); } putchar (’\\n’); } int main (int argc, char *argv[]) { int fd; if (argc < 2) { fprintf (stderr, ”usage: %s <file>\\n”, argv[0]); return 1; } – 131 –

文件 I/O 4 fd = open (argv[1], O_RDONLY); if (fd < 0) { perror (”open”); return 1; } print_blocks (fd); return 0; } 文件的以的) 我们的 ( 给文件的。以 I/O 的我们的程以 get block(fd, 0) 的进 get nr blocks() 。 FIBMAP 的 CAP SYS RAWIO 的能。 root 以的程方。更进步 root FIBMAP 的的实文件的。的文件 ext2 ext3 能的文件。 FIBMAP ioctl() EINVAL。方处文件的真实理真的。即对同文件的 I/O I/O 调 (内的 I/O 的) 方。的对实的。 root 4.7 结论以上的内我们 Linux 上文件 I/O 的方方。我们的 Linux 文件 I/O 程（实上程的 Unix 。我们空间的 read() write(0, open(), close() 的实。我们更效更 C I/O 的 I/O 调以及性能的操作。的我们将进程的理方的。进! – 132 –

进程理 5 第 5 章进程管理提的进程文件的。 Unix 的时进程、、的。将进程的。自的 Unix 的东。进程理 Unix 设们的。进程的上的处理 Unix 方将进程的新进离。然的以更的对操作进理。操作单的提调进程的方式 Unix 提调我们 fork exec。们进程的。 5.1 进程 ID 进程的示的即进程 ID pid。时的。 t0 时进程的 pid pid 的进程的 pid 770 的 t1 时 770（进程的 pid 能上设内 770。的 pid 设的相的。空进程 (idle process) 进程时内的进程的 pid 内的进程 init 进程的 pid 0。 init 进程 init 程。我们将 1。 Linux init 示内的进程相的程。式内的程（内的 init 内的 init 程的内的子。 Linux 内以以进能存的方。 1. /sbin/init init 能的方。 2. /etc/init 能存的。 3. /bin/init init – 133 –

进程理 5 Bourne shell 的的内 init 时内 4. /bin/sh 。以上的。的 init 内出 panic 。内出的程。的 init init 进程。 5.1.1 分配进程 ID 内将进程 ID 的的 Unix 32768。示进程的 ID。理以设 16 /proc/sys/kernel/pid max 的的性。内进程 ID 以的性方式进的。进程 17 id 的的给新进程的即新进程时上 18 17 的进程。内的 pid pid /proc/sys/kernel/pid max 内以的。相 Linux 的段时间内同进程 ID 的性 pid 的方式 Linux 内的的性。 pid 5.1.2 进程体系新进程的进程进程新进程子进程。进程进程的（ init 进程子进程进程。存进程的进程 ID （ppid 。进程。属实的。对内。 /etc/passwd /etc/group 文件映射们读的式。 Unix 对、 wheel （内读的 root 更喜示们。子进程进程的。进程进程的单的自进程间的上的、的。子进程属进程的进程。（的 shell 的同进程的。进程 ls | less 相的进程间同的子进 – 134 –

进程理 5 程。的进程更。 5.1.3 pid t 程时进程 ID 示的 pid t <sys/types.h> 。的C 相的何的 C 。的 int 。 Linux C 5.1.4 获得进程 ID 和父进程的 ID 调进程的 ID getpid() #include <sys/types.h> #include <unistd.h> pid_t getpid (void); 调进程的进程的 ID getppid() #include <sys/types.h> #include <unistd.h> pid_t getppid (void); 调时的 printf (”My pid=%d\\n”, getpid()); printf (”Parent’s pid=%d\\n”, getppid()); 上我们何的 pid t 单我们。上我们设 pid t Linux int 的的的能性的。的的 pid t 的方式存 C typedefs 的。上我们 pid to int() 我们。对处理 printf() pid t 的。 – 135 –

进程理 5 5.2 运行新进程内存程映的操作新进程的操作 Unix 离的。 Unix 调（实上调以将进文件的程映内存原进程的空间。程新的程相的调调。 exec 同时同的调新的进程上进程。新的进程新的程。新进程的能的调 fork() 。操作 (fork) 即新的进程; 然即将新的进程 fork 新的程。我们调然 exec fork()。 5.2.1 exec 系列系统调用实单的 exec 调们单调的 exec 。我们单的 execl() #include <unistd.h> int execl (const char *path, const char *arg, ...); 对 execl() 的调将 path 的映内存进程的映。 arg 的。的 execl() （variadic 的的。以 NULL 的。的的程 /bin/vi int ret; ret = execl (”/bin/vi”, ”vi”, NULL); if (ret == -1) perror (”execl”); 我们 Unix 的 ”vi” 作。 fork/exec 进程时的即”vi” 新进程的 shell 程以进映文件的 argv[0]。 argv[0] – 136 –

进程理 5 。工同的实上同程的。以程的的。子以 /home/kidd/hooks.txt int ret; ret = execl (”/bin/vi”, ”vi”, ”/home/kidd/hooks.txt”, NULL); if (ret == -1) perror (”execl”); 。的调以新的程的作 execl() 的存进程的空间的。时设 errno 的示出的。我们 execl() -1 的 errno 的能。的调空间进程的映进程的 execl() 属性何的。 • 的何原的处理方式处理存 • 空间。何内存的（。 • 程的属性原。 • 进程的。 • 进程内存相的何映射的文件。 • 的性( 存空间的 • C atexit()) 。然进程的属性进程的 pid、、 pid、属的。的文件。新进程原进程 exec 的文件的新的进程以原进程。然理的处理方。以实操作 exec 调的文件然以内自。 fcntl( ) – 137 –

进程理 5 5.2.1.1 其他 exec 系列系统调用调 execl() #include <unistd.h> int execlp (const char *file, const char *arg, ...); int execle (const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]); int execv (const char *path, char *const argv[]); int execvp (const char *file, char *const argv[]); int execve (const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]); 单的。示以方式或 l v ) 方式提的。的 PATH 文 ( p 件。出的 p 的 exec 以单的提文件。示提给新进程以新的。的上理 e 出同时以新的 exec 。能 p 的 exec shell 的的进 shell 程。 shell 作作的 exec 上。作以时的。以 NULL 。我们的子的段 execvp() vi const char *args[] = { ”vi”, ”/home/kidd/hooks.txt”, NULL }; int ret; ret = execvp (”vi”, args); if (ret == -1) perror (”execvp”); 设 /bin 的工作方式上子相。 – 138 –

进程理 5 们真的调的 Linux C 的。处理的调实的存空间以 execve() 的。的原时的。 5.2.1.2 错误返回值调时 exec 调时 errno 设 -1 （arg 或（envp 的。 E2BIG 的的的文件 path path EACCESS 文件文件的 path 或文件的文件以 (noexec) 的方式。给的效的。 EFAULT （的。 I/O EIO path 的或。 EISDIR path 时的。 ELOOP 调进程的文件。 EMFILE 文件时（system-wide 的。 ENFILE 或文件存或的存。 ENOENT 文件效的进文件或上 ENOEXEC 的式。 ENOMEM 内的内存新的程。的。 ENOTDIR path path 或文件的文件 nosuid root EPERM path 或文件设 suid 或 sgid 。文件进程以写方式。 ETXTBSY 5.2.2 fork() 系统调用进程映的进程以调 fork() #include <sys/types.h> #include <unistd.h> – 139 –

进程理 5 pid_t fork (void); 调新的进程调 fork() 的进程 fork() 。进程调的 fork() 。新的进程原进程的子进程原进程自然进程。子进程的 fork() 调进程子进程的 pid。 0。 fork() 的方进程子进程间方相然子进程的 pid 新的进程同的。 • • 子进程的 ppid 设进程的 pid。 • 子进程的（Resource statistics 零。何的子进程（。 • 何文件子进程。 • 调出时子进程设相的 errno 的 fork() -1。同时。 errno 的们能的内时新的 pid 或 EAGAIN RLIMIT NPROC 设的。的内内存满的操作。 ENOMEM pid_t pid; pid = fork (); if (pid > 0) printf (”I am the parent of pid=%d!\\n”, pid); else if (!pid) printf (”I am the baby!\\n”); else if (pid == -1) perror (”fork”); 的 fork() 新的进程然进映新进程或进程进程。 shell （fork 新的进程子进程新的进文件的映。的方式的单的。的子新的进程 /bin/windlass: – 140 –

进程理 5 pid_t pid; pid = fork (); if (pid == -1) perror (”fork”); /* the child ... */ if (!pid) { const char *args[] = { ”windlass”, NULL }; int ret; ret = execv (”/bin/windlass”, args); if (ret == -1) { perror (”execv”); exit (EXIT_FAILURE); } } 子进程进程何的。 execv() 子进程 /bin/windlass。 5.2.2.1 写时复制的 Unix 进程原。调 fork 时内的内进程的页然进程的空间的内页的子进程的空间。内页的方式时的。的 Unix 更的。的 Unix Linux 写时的方对进程空间进。写时性方式时的。的提单进程读们自的的的。进程存的以。进程自的” 存的进程 ” 。的。进程自的的提给进程。的对进程的。进程以的同时的进程然的。以的写时进 – 141 –

进程理 5 。写时的处进程进。性的处们的操作的时。内存的 , 写时（Copy-on-write 以页进的。以进程的空间空间。 fork() 调进程子进程相们自的空间实上们进程的原页页以的进程或子进程。写时内的实单。内页相的以读写时。进程页页。内处理页处理的方式对页进。时页的 COW 属性示。的内存理单（MMU 提件的写时以实的。调 fork() 时写时的。的 fork 进程空间的内子进程的空间 exec 时间子进程新的进文件的映的空间出。写时以对进。 5.2.2.2 vfork 实写时 Unix 的设们 fork 的空间的。 BSD 的们 3.0 的 BSD exec 调。 vfork() #include <sys/types.h> #include <unistd.h> pid_t vfork (void); 子进程对 exec 的调或调 exit() 出（将的进对 vfork() 的调的 fork() 的。 vfork() 进程子进程或新的文件的映。方式空间的页。程 vfork() – 142 –

进程理 5 进程子进程相同的空间页写时上 ( )。实件内的内。子进程能 vfork() 空间的何内存。实。的即 vfork() Linux 写时进页的 vfork() fork() 。∗ 然写时的出对。实上 2.2.0 内 fork() 的 fork()。对 vfork() 的小以 vfork() fork() vfork() 的实方式的。的 vfork() 的实的 exec 调时的子进程或出进程将。 5.3 终止进程进程的 POSIX C89 #include <stdlib.h> void exit (int status); 对 exit() 的调的进程的步然内进程。实上。理何的。 exit() 示进程出的。进程 shell 的 status 以。给进程。我们 status & 0377 。示 EXIT SUCCESS EXIT FAILURE 的。示零 1 或 -1 示。 Linux 0 进程的出时单的写上 exit (EXIT_SUCCESS); 进程以进程的工作 C 1. 以的调 atexit() 或 on exit() 的（我们。出页的写时的 ∗ Linux Kernel Mailing List（lkml 2.6 内。进内何处的。 vfork() – 143 –

进程理 5 2. 空的。 I/O 的时文件。 3. tmpfile() 步空间的以调 exit() exit( 内处理进程的工作 ) #include <unistd.h> void _exit (int status); 进程出时内理进程的、的何。（的内存、的文件 System V 的。理内进程进程子进程的。程以调的的程 exit() 出程的理工作空 stdout 。 vfork() 的进程时 exit() exit()。相段时间 ISO C99 Exit() 的能的 exit() #include <stdlib.h> void _Exit (int status); 5.3.1 其他终止进程的方式进程的方式的调程处的方式。时。然 C main() 方式然进调单的的时给出或调 exit()。 main() exit() 的程。 shell 的。时的 exit(0) 或 main() 0。进程对的处理进程进程。的。 SIGTERM SIGKILL（进程内性的。内段或内存的进程。 – 144 –

进程理 5 5.3.2 atexit() 实。 atexit() POSIX 1003.1-2001 Linux 进程时调的 #include <stdlib.h> int atexit (void (*function)(void)); 对 atexit() 的调的进程（进程以调 exit() 或的方式自时调的。进程 main() 调的（存新进程的 exec 空间。进程的的调。的的。的原 void my_function (void); 调的的相的。存以进出的方式调（LIFO 。的能调的 exit() 调。提进程调 exit()。的的调。 POSIX atexit() ATEXIT MAX 的以 32。 sysconf( ) SC ATEXIT MAX long atexit_max; atexit_max = sysconf (_SC_ATEXIT_MAX); printf (”atexit_max=%ld\\n”, atexit_max); 时时 atexit() 0。 -1。单的子 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void out (void) { printf (”atexit( ) succeeded!\\n”); } – 145 –

进程理 5 int main (void) { if (atexit (out)) fprintf(stderr, ”atexit( ) failed!\\n”); return 0; } 5.3.3 on exit( ) 自的的 Linux 的 glibc 提 SunOS 4 atexit() on exit() 对的 #include <stdlib.h> int on_exit (void (*function)(int , void *), void *arg); 的工作方式的原同 atexit() void my_function (int status, void *arg); 给 exit() 的或的。 arg 给 on exit status main() () 的。小的调时的内存 arg 效的。新的 Solaris 的 atexit()。 5.3.4 SIGCHLD 进程子进程时内进程。 SIGCHILD 进程何的作。进程 signal() 或调的处理。调处理的 sigaction() 。能何时何时给进 SIGCHILD 程。子进程的进程异步的。进程能更的子进程的或式的子进程的。相的调。 – 146 –

进程理 5 5.4 等待终止的子进程进程以的的进程子进程的更子进程的。程子进程给进程何以子进程的东。以 Unix 的设们出的子进程进程内子进程设的。处的进程（zombie 进程。进程小的存的内。的进程进程自的（进程上。进程子进程的子进程。 Linux 内提的子进程的。单的 wait() POSIX #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> pid_t wait (int *status); 子进程的 pid 或示出。子进程 wait() -1 调子进程。子进程的。相子进程的 wait() 调（ SIGCHILD 以的方式。时能的 errno ECHILD 调进程何子进程。子进程时 wait() 提。 EINTR 子进程的。 status NULL 实时以的 bit 示。 POSIX POSIX status 提 #include <sys/wait.h> int WIFEXITED (status); int WIFSIGNALED (status); int WIFSTOPPED (status); – 147 –

进程理 5 int WIFCONTINUED (status); int WEXITSTATUS (status); int WTERMSIG (status); int WSTOPSIG (status); int WCOREDUMP (status); 子进程的能真（零。进程进程调 exit( ) WIFEXITED 真。给 exit( ) 的。 WEXITSTATUS （对的进程的 WIFSIG- 真。进程的的 NALED WTERMSIG 。进程时存 (dumped core) WCOREDUMP true。 WCOREDUMP POSIX Unix 。 Linux 子进程或 WIFSTOPPED WIFCONTINUED 真。调的。实调时 ptrace() 。的们以实 waitpid()（作业。 wait() 子进程的。 WIFSTOPPED 真进程的的。然 POSIX WSTOPSIG 新的 2.6.10 内 WIFCONTINUED waitpid()。 wait() 提。 Linux 我们子进程的 wait() #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> int main (void) { int status; pid_t pid; if (!fork ()) return 1; – 148 –

进程理 5 pid = wait (&status); if (pid == -1) perror (”wait”); printf (”pid=%d\\n”, pid); if (WIFEXITED (status)) printf (”Normal termination with exit status=%d\\n”, WEXITSTATUS (status)); if (WIFSIGNALED (status)) printf (”Killed by signal=%d%s\\n”, WTERMSIG (status), WCOREDUMP (status) ? ” (dumped core)” : ””); if (WIFSTOPPED (status)) printf (”Stopped by signal=%d\\n”, WSTOPSIG (status)); if (WIFCONTINUED (status)) printf (”Continued\\n”); return 0; } 程子进程出。进程调子进程的。进程出子进程的 pid 以及。 wait() 子子进程的以以的出 main() $ ./wait pid=8529 Normal termination with exit status=1 子进程的调 main() abort()（ <stdlib.h> 子进程自我们 SIGABRT 的将的出 $ ./wait pid=8678 Killed by signal=6 – 149 –

进程理 5 5.4.1 等待特定进程子进程的的。进程能子进程子进程的进程的子进程。方式调的进程。 wait() 的设子进程的进程存 wait() 的以备将。进程的 pid 以调 waitpid() #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> pid_t waitpid (pid_t pid, int *status, int options); 更的调。的以 wait() waitpid() 调。的或进程的 pid。的 pid 的子进程们的 pid 的绝对。 ID -500 < -1 示进程的子进程。 500 子进程效。 wait() -1 调进程处同进程的进程。 0 进程 pid 的子进程。示 500 pid 500 >0 的子进程。 status 的作的的的 wait() 以的。零或进或的 options 的子进程或或处 WNOHANG 的。 waitpid() 设即调进程子进程 WIF- WUNTRACED 设。以实更的 STOPPED 作业 shell。 – 150 –

进程理 5 设即调进程子进程 WIFCON- WCONTINUED 设。对 TINUED WUNTRACED shell 的实的。调时进程的 pid。设 waitpid() 的（进程的 WNOHANG 时 errno 的的 0。 -1 的进程存或调的子进程。 pid ECHILD 设程。 WNOHANG EINTR 。 options EINVAL 作子设的程 1742 的子进程的 pid 子进程进程。写出的 , int status; pid_t pid; pid = waitpid (1742, &status, WNOHANG); if (pid == -1) perror (”waitpid”); else { printf (”pid=%d\\n”, pid); if (WIFEXITED (status)) printf (”Normal termination with exit status=%d\\n”, WEXITSTATUS (status)); if (WIFSIGNALED (status)) printf (”Killed by signal=%d%s\\n”, WTERMSIG (status), WCOREDUMP (status) ? ” (dumped core)” : ””); } 作子 wait() 的 wait (&status); 的 waitpid() – 151 –

进程理 5 waitpid (-1, &status, 0); 5.4.2 其他等待子进程的方法作程们更子进程的方式。 XSI 扩展 Linux 提 POSIX waitid(): #include <sys/wait.h> int waitid (idtype_t idtype, id_t id, siginfo_t *infop, int options); , waitid() 作子进程的子进程 wait() waitpid() 的（、或。更的以性的。程的子进程。 waitpid() waitid() 工作。 waitid() idtype id 的子进程的 pid 的作。 idtype 的 waitpid() 的 id 的子进程。 pid P PID 进程子进程。 ID id P GID 子进程。 id P ALL 的 id t 的 ID 。将 id 能 idtype 的以。新的 idtype 以进。 id t 的以存何的 pid t 。 Linux 上以 pid t 的给或 pid t 性的。程上的。以或进进 ” 或” 的 options 调进程的子进程（。 id idtyp WEXITED 调进程的子进程。 WSTOPPED WCONTINUED 调进程的子进程。调进程子进程（或 WNOHANG 。 – 152 –

进程理 5 调进程满件的子进程的。调进程 WNOWAIT 能将。时效的 siginfo t waitid() infop 。 siginfo t 的实相的。∗ waitpid() 调效的。的调的子进程的 pid si pid 子进程的 uid si uid 子进程的、、或 si code 设 CLD EXITED、 CLD KILLED、 CLD STOPPED 或的。 CLD CONTINUED si signo 设 SIGCHLD。子进程的出。 si code CLD EXITED si status 的的。时时设 waitid() 0。 -1。 errno 的进程存。 id idtype ECHLD 子进程的设 options WNO- EINTR HANG。或 idtyp 的。 EINVAL options id waitid() 提 waitpid() 更的。以 wait() siginfo t 的的。更单的以更的以更更的 Linux 的上。 5.4.3 BSD 中的 wait3() 和 wait4() AT&T 的 System V Release 4 的同时自的方 waitpid() BSD 提子进程的 #include <sys/types.h> 实上 siginfo t Linux 上的。的 ∗ /usr/include/bits/sig- 的更。 info.h。我们 – 153 –

进程理 5 #include <sys/time.h> #include <sys/resource.h> #include <sys/wait.h> pid_t wait3 (int *status, int options, struct rusage *rusage); pid_t wait4 (pid_t pid, int *status, int options, struct rusage *rusage); 4实上。 3 的工作方式对 rusage waitpid() wait3() 的调 pid = wait3 (status, options, NULL); 的 waitpid() 调 pid = waitpid (-1, status, options); 对 wait4() 的调 pid = wait4 (pid, status, options, NULL); 的 waitpid() 调 pid = waitpid (pid, status, options); 何子进程的子 wait3() wait4() pid 进程。 options 的作的。 waitpid() 提调的同。 rsuage rsuage 空的 rsuage 上子进程相的。提子进程的 #include <sys/resource.h> struct rusage { struct timeval ru_utime; /* user time consumed */ struct timeval ru_stime; /* system time consumed */ – 154 –

进程理 5 long ru_maxrss; /* maximum resident set size */ long ru_ixrss; /* shared memory size */ long ru_idrss; /* unshared data size */ long ru_isrss; /* unshared stack size */ long ru_minflt; /* page reclaims */ long ru_majflt; /* page faults */ long ru_nswap; /* swap operations */ long ru_inblock; /* block input operations */ long ru_oublock; /* block output operations */ long ru_msgsnd; /* messages sent */ long ru_msgrcv; /* messages received */ long ru_nsignals; /* signals received */ long ru_nvcsw; /* voluntary context switches */ long ru_nivcsw; /* involuntary context switches */ }; 我们。调时时设 0。 -1。 errno waitpid() 的。的以们 ∗ wait3() wait4() POSIX 真的子进程的。们的 POSIX 的 UNIX 们。 5.4.4 创建并等待一个新进程新进程的 ANSI POSIX 以同步的进程。进程新进程然的的 ∗ wait3() Single UNIX Specification – 155 –

进程理 5 #define _XOPEN_SOURCE /* if we want WEXITSTATUS, etc. */ #include <stdlib.h> int system (const char *command); 以进程同步给 system() ” 单的工程或的 ”。 system() shell 工程或的。对 system() 的调的程的 command 程以以相的。”/bin/sh –c” 作 command 。将给 shell。时的同 wait() 的。的。对 /bin/sh 自的调 WEXITSTATUS 的调 exit(127) 的 WEXITSTATUS 的。能调的 shell 自 127 的 127。 system() 调时 -1。的零的 command NULL /bin/sh system() 0。的程的 SIGCHILD SIGINT 。实对 SIGINT 的实 SIGQUIT SIGQUIT 方式调的时。调 system() 子进程的出。 system() do { int ret; ret = system (”pidof rudderd”); if (WIFSIGNALED (ret) && (WTERMSIG (ret) == SIGINT || WTERMSIG (ret) == SIGQUIT)) break; /* or otherwise handle */ } while (1); 调 waitpid() 实的 fork()、 exec system() 。自的。性单的实 – 156 –

进程理 5 /* * my_system - synchronously spawns and waits for the command * ”/bin/sh -c <cmd>”. * * Returns -1 on error of any sort, or the exit code from the * launched process. Does not block or ignore any signals. */ int my_system (const char *cmd) { int status; pid_t pid; pid = fork ( ); if (pid == -1) return -1; else if (pid == 0) { const char *argv[4]; argv[0] = ”sh”; argv[1] = ”-c”; argv[2] = cmd; argv[3] = NULL; execv (”/bin/sh”, argv); exit (-1); } if (waitpid (pid, &status, 0) == -1) return -1; else if (WIFEXITED (status)) return WEXITSTATUS (status); return -1; } – 157 –

进程理 5 子式的 system() 或何。程的能能。 SIGINT 的以的时的。的实以将的空时同的。能 fork failed shell failed。 5.4.5 僵死进程提的进程的进程进程进程。进程进程的。的进程子进程的时提相的。进程的内的进程存。然何的或或的进程。进 Unix 程进程 (ghosts) 进程相的进程。的进程子进程子进程（的周即的子进程的。的子进程进程存。们的进程的程 . 然进程子进程或进程的子进程何时进程内的子进程们的进程新设 init 进程（pid 1的进程。存进程的进程。 init 进程周性的子进程时间存的进程进程。进程子进程或出子进程 init 进程子进程的进程们的出。的处理方式周的进程的子进程。 5.5 用户和组的进程相的。的 uid t 示。示读 ID ID C gid t 间的映射（的 uid 空间的 /etc/passwd root 0 – 158 –

进程理 5 文件的。内处理示的式。 /etc/group 进程的进程以操 Linux ID ID 作。进程以的。的进程以 root 的。然的方式小的原进程的以小的。的进程以 root 的能的 root root 。进程操作时 root 操作自的 ID 或 ID。我们何实我们 ID 的 ID 性。 5.5.1 实际用户 (组)ID、有效用户 (组)ID 和保存设置的用户 (组)ID 的集 ID 上 ID 的的。实上进程相的们 ID 实效存设的文件 ID、 ID、 ID 进程的的 uid。 ID。实 ID 的 uid 设进程的实 ID exec 调。进程将的 shell 的实 ID 设的 ID 进程的实 ID 。超（root 能实的 ID 能的。效进程的。 ID ID。时实进程时子进程进程的效 ID ID。步的调效 exec 调 ID。更进 exec ID。程实效 ID 的出 setuid (suid) 程 ID 进程以自的效的效设 ID。 ID 程文件的 setuid 文件的 ID。 /usr/bin/passwd 。进程 root 进程的效的 ID。 ID root 能效 ID 设实 ID 或存设的以效 ID 设何。 ID。超存设的进程原的效进程时子进程 ID ID。 – 159 –

进程理 5 进程存设的调内存设的 ID。对 exec ID 设效调程存效 ID exex ID 的。能存设的 ID 的超以设实 ID 的。的 ID 效 ID 的作进程程的存设的理或 ID。实 ID ID 的的作 root 进程间相。实 ID ID 真程的效存设的 suid 程 ID id。 ID 的效 id。 5.5.2 改变实际用户 (组)ID 和保存设置的用户 (组)ID 调设的 ID ID #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int setuid (uid_t uid); int setgid (gid_t gid); 设进程的效进程的效 setuid() ID。 ID 实存设的 ID 的同时设。 root 0（root ID 以 uid 提何将 ID 的设 uid。 root 将实存设的 ID 设 ID uid。 root 能将效 ID 设上的。调时时 errno 设的 setuid() 0。 -1 EAGAIN uid 的实 ID 的同实 ID 的的 uid 超 NPROC 的（以的进程。效存设的 root uid ID ID。 EPERM 的对然的将 setuid() setgid() uid gid。 – 160 –

进程理 5 5.5.3 改变有效用户和组 ID Linux 提的进程的效 POSIX id ID 的 #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int seteuid (uid_t euid); int setegid (gid_t egid); setuid() 的调将效 ID 的设以 euid 提 euid。 root 何。能将效 ID 设效 ID 或存设的 root 时时 errno 设 ID。 setuid() 0 -1 EPERM。示进程的 euid 的实 root ID 存设的 ID。对的。以 root seteuid() setuid() 的。的进程以 root seteuid() setuid() 更。的对然的将 seteuid() setegid() euid egid。 5.5.4 BSD 改变用户 ID 和组 ID 的方式 ID 上自的。出性 BSD ID Linux 提 #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int setreuid (uid_t ruid, uid_t euid); int setregid (gid_t rgid, gid_t egid); 调将实效设 setreuid() ID ID ruid 的何设示相的 euid。将 -1 ID。将效 ID 设实 ID 或存设的 root ID 实 ID 设效实或效 ID。 ID ID 设的实 ID 的或存设的 ID 设 – 161 –

进程理 5 新的效 Linux 或自 ID Unix 的。的。 POSIX 时时 errno 设 setreuid() 0 -1 EPERM。示进程的 euid 的即实 root ID 存设的或效 ID ruid ID。的对然的将 setreuid() setregid() ruid rgid euid egid。 5.5.5 HP-UX 中改变用户 ID 和组 ID 的方式能式 HP-UX(Hewlett-Packard s Unix 自设 ID 的方式。 Linux 同提 ) ID #define _GNU_SOURCE #include <unistd.h> int setresuid (uid_t ruid, uid_t euid, uid_t suid); int setresgid (gid_t rgid, gid_t egid, gid_t sgid); 调将实效存设的 setresuid() ID、 ID ID 设的何设示 ruid、 euid suid。将 -1 相的 ID。以何 ID 设何。以 root root ID 设的实效存设的时 ID、 ID ID。时 errno 设 setresuid()（原文 0 0 EAGAIN uid 的实 ID 的同实 ID 的 uid 超 NPROC 的（以的进程。设的新的实效 ID 或存设 root ID、 EPERM 的的实效 ID 或存设的 ID ID、 ID。的对然的将 setresuid() setresgid () ruid rgid euid egid suid sgid。 – 162 –

进程理 5 5.5.6 操作用户 ID 组 ID 的首选方法设效的进 root seteuid() ID。 root 程时效 ID setuid() 单的们的 ID seteuid()。 POSIX 的的时存设的 ID。提的能作出 setuid() BSD HP-UX seteuid() 的。 5.5.7 对保存设置的用户 ID 的支持存设的出的 ID IEEE Std 1003.1-2001(POSIX 2001) Linux 1.1.38 内时提相的。写的程以 Linux 存设的的 Unix 写的程存设的 id。 id 或。 id POSIX SAVED IDS 对设的 ID 的上的然 ID 的。设的 ID 的相即。 ID 5.5.8 获取用户 ID 和组 ID 的调实 ID ID #include <unistd.h> #include <sys/types.h> uid_t getuid (void); gid_t getgid (void); 们能。相的调效 ID ID #include <unistd.h> #include <sys/types.h> uid_t geteuid (void); gid_t getegid (void); 调同能。 – 163 –

进程理 5 5.6 会话和进程组进程属进程。进程或相间的进程的的的进作业。进程的以给进程的进程以同进程的进程、或。进程进程的进程。进 ID（pgid 程进程的 pid。进程进程存进 ID 程存。即进程进程然存。新的进程新的。的进程。进程 shell shell 进程的 pid 作的 ID。或 (session leader)。进程的集。的给处理 I/O 的 tty 设备。 (controling terminal)。的能。们。 shell 进程提进程的作业的 shell 能。同时将。的进程进程零或进程。出时进程的进程。出的时 SIGQUIT 进程的进程。（ SIGHUP 进程的进程。以更 Ctrl+C SIGINT 的理以及 shell 上的。我们以上的设的的 shell 的 shell 新进程的进程 bash , pid 1700。进程。进程的的 ID 1700 shell 进程。进程进程的进程。的存的的进程进程)。进程 ( 自的存的。或进程进程进程。进程的进程作业的。 – 164 –

进程理 5 $ cat ship-inventory.txt | grep booty | sort 以上进程的进程。以方 shell 式以进程同时。 shell 以进程。示、进程、进程 ”&” 5-1 间的。、进程、进程及间的 5-1 Linux 提设进程相的进程的。们的进程的进程进程 shell 进程上。 5.6.1 与会话相关的系统调用时新的。的调 shell 的以的 #include <unistd.h> pid_t setsid (void); 调进程进程进程调新的。调 setsid() 进程的进程新的进程。调同时进程调进程进程进程的进程。新进程设调进程的 pid。 ID ID – 165 –

进程理 5 的新新的进程 setsid() 调进程新的进程新进程的进程。对进程何存的。对的新的 shell shell 。调新的时 errno 设 setsid() ID。 -1 示调进程进程的进程。单的方 EPREM 以何进程进程。新进程进程子进程调 setsid()。 pid_t pid; pid = fork (); if (pid == -1) { perror (”fork”); return -1; } else if (pid != 0) exit (EXIT_SUCCESS); if (setsid ( ) == -1) { perror (”setsid”); return -1; } 然进程的以的 ID #define _XOPEN_SOURCE 500 #include <unistd.h> pid_t getsid (pid_t pid); 对 getsid() 的调 pid 进程的调 ID。 pid 0 进程的时 errno 的能示 pid ID。 -1。 ESRCH 何进程。 errno 设示 pid UNIX EPREM 示的进程调进程属同。 Linux 处理何进程的 ID。的 getsid() – 166 –

进程理 5 pid_t sid; sid = getsid (0); if (sid == -1) perror (”getsid”); /* should not be possible */ else printf (”My session id=%d\\n”, sid); 5.6.2 与进程组相关的系统调用 setpgid() 将 pid 进程的进程 ID 设 pgid #define _XOPEN_SOURCE 500 #include <unistd.h> int setpgid (pid_t pid, pid_t pgid); 调的进程 ID。将 pid 程的进程 pid 0 pgid 0 ID 设进程 ID。时件 0。的进程调或子进程子进程调 • pid pid 进程调同。 exec • pid 进程能进程。存调同。 • pgid 。 • pgid 时 errno 设 -1 EACCESS pid 进程调进程的子进程调进程调。 exec pgid 小 0。 EINVAL pid 进程进程或调同的 EPERM 进程。能将进程同的进程。进程或 0 或进程的子进程。 pid ESRCH 以进程的进程 ID #define _XOPEN_SOURCE 500 #include <unistd.h> – 167 –

进程理 5 pid_t getpgid (pid_t pid); pid 进程的进程进程的进程 getpgid() ID。 pid 0 errno 的示 pid 的进程 ID。出 -1 ERSCH 。 getsid() getpgid pid_t pgid; pgid = getpgid (0); if (pgid == -1) perror (”getpgid”); /* should not be possible */ else printf (”My process group id=%d\\n”, pgid); 5.6.3 废弃的进程组函数的操作进程 ID 的。们 Linux BSD 的调对性新的程们。 setpgrp() 设进程 ID #include <unistd.h> int setpgrp (void); 的调 if (setpgrp ( ) == -1) perror (”setpgrp”); 的调的 if (setpgid (0,0) == -1) perror (”setpgid”); 进程 ID 设进程的进程 ID。时时 0 setpgid() 的能 -1。 ERSCH errno setpgrp()。同的进程 getpgrp() ID – 168 –

进程理 5 #include <unistd.h> pid_t getpgrp (void); 的调 pid_t pgid = getpgrp ( ); 的的 pid_t pgid = getpgid (0); 调进程的进程能。 ID。 getpgid() 5.7 守护进程进程何相。进程时们以 root 或的（ apache 处理的。上进程的以d （ postfix 的的。 crond sshd （Maxwell 理 s demon James 进的实。 Daemon 的 Maxwell 1867 存间的能。的 Judeo-Christian 同的 daemon 的。实上的 daemon daemon 的林的自的的进 Unix 程的。对进程 init 进程的子进程何相。进程以以步进程 1. 调新的进程将的进程。 fork() 进程的进程调进程（进程的 2. exit()。进程进程。进程进程进程。以步的提。 3. 调进程新的进程新的 setsid() 作进程。相（进程新的同时。 – 169 –

进程理 5 chdir( ) 将工作。调新进 4. fork() 程的工作能文件何方。进程时同时理进程工作的文件。的文件。何的文件对 5. 的文件们处。文件（、出 6. 0、 1 2 们 /dev/null。的程以进程 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <linux/fs.h> int main (void) { pid_t pid; int i; /* create new process */ pid = fork ( ); if (pid == -1) return -1; else if (pid != 0) exit (EXIT_SUCCESS); /* create new session and process group */ if (setsid ( ) == -1) return -1; /* set the working directory to the root directory */ – 170 –

进程理 5 if (chdir (”/”) == -1) return -1; /* close all open files--NR_OPEN is overkill, but works */ for (i = 0; i < NR_OPEN; i++) close (i); /* redirect fd’s 0,1,2 to /dev/null */ open (”/dev/null”, O_RDWR); /* stdin */ dup (0); /* stdout */ dup (0); /* stderror */ /* do its daemon thing... */ return 0; } 们的 C 提工 Unix daemon() 作将的工作 #include <unistd.h> int daemon (int nochdir, int noclose); 零将工作。零 nochdir noclose 的文件。进程设进程的属性的。设 0。时时 -1。 errno 设 fork() 或 setsid() 的 0。。 5.8 总结我们进程理的进程的 Unix 进程的。我们进程理的 API 进程调方式的的 API。 – 171 –

进程理 6 第 6 章高级进程管理我们进程的、进程的内。将 Linux 进程调及调然进程理。调进程的调调实或作出的。 6.1 进程调度进程调内进程以的件进程调 —— 调的处理给进程的内子。 —— 作出的程调处理效率进程同时、。我们进程。的进程 ∗ 的。进、读写文件、件的进程时间 I/O 相的时间内相对 ( 时间进程的。进程 ) 时间给进程的时间)。内的 (调进程进程的时间内将出进程时间将。进程 ( )调。进程处理时调能的。然进程进程进程何时时间调的。操作能单处理上进程同时进程操作的。处理上操作进程同处理上。操作 DOS 能。操作同式式。 Linux 实式的调以进程处理进程。 : 原文 runnable process ∗ – 172 –

进程理 6 的进程的的进程的时间进程时间调给进程的小时间)。 ( 同进程自。我们进程自的出。理进程出操作绝出。或的程能时间。原操作。 Linux 2.5 内的 O(1) 进程调 Linux 调的。 Linux 调 ∗ 处理处理内存实时进程自性。 (NUMA) 6.1.1 大 O 记法的子示的性扩展性。式 O(1) O if f(x) is O(g(x)), then ∃c, x1 such that f (x) ≤ c ∗ g(x), ∀x > x1 的以f 示 x1 x f 小上即g f 的上。 g f g 的小的 O(1) c 进程 Linux 进程调。对调新进程进程对性能。单 O(1) 的调以的 Linux 调进程的进程 ( ) 的的。给进程调性。 Linux 调时间内的。 6.1.2 时间片给进程的时间对性能。时间 Linux 进程时间能小的性对的读以内的 kernel/sched.c 文件 ∗ – 173 –

进程理 6 的相的时间时间进程调上程的时间性能。的时间绝。给进程时间率。给的时间的性能。我们将进程时间方 Linux 。 : 进程时间。 100ms 时间的进程能。时调 20ms 时进程出子空调进程。进程的 80ms 或。 6.1.3 I/O 约束进程 Vs. 处理器约束进程时间的进程处理进程。进程 ∗ CPU 时间调的时间。单的子的子处理。方时间处的的进程进 I/O 程。 I/O 进程文件 I/O 或 † 。 I/O 程的子文件实程 cp 或们 mv 内 I/O 操作程时 GUI 。处理程程调对同程的 I/O 同。处理程能的时间存率 (时间性。相程时间 ) I/O 们出 I/O 内的段时间。然程能调的。调的 I/O I/O 程能件。更进步的程调的给的。处理程程的同绝。 Linux 调 I/O 对程 I/O 程处理程 I/O ∗ process-bound † I/O-bound – 174 –

进程理 6 。实上程处理的。 I/O 子。对给程能的时间进程能同的。 6.1.4 抢占调度进程时间的时调新的进程。的进程内给时间的进程新的时间。即进程 — 进程进程时间或的进程。 Unix 调的原的进程。 : 进程内空进程 (idle process)。实上空进程进程能实进程 ( )。空调方的程空时间空进程的时间。进程时进程进程 ( 单进程进 ) 程。的进程的进程的进程。 6.1.5 线程程进程的单的进程程。程自处理自的存处理。然进程程进程实以程程同的同空间 ( 同的内存映射文件的文件内。 ) Linux 内对程的。上内程对 Linux 内的程的进程。上进程进程内的程。内程的进程内进程的程内空间 ( 的文件 )的同进程。程程程的程。 Linux 上程程的的 API API IEEE Std 1003.1c-1995(POSIX 1995 or POSIX.1c) – 175 –

进程理 6 们实 API 的。程程的相 pthreads API 。的内相 pthreads 的上。 pthreads 6.2 让出处理器然 Linux 操作提调进程出处理调进程。 #include <sched.h> int sched_yield (void); 调将进程新进程内 sched yield() 进程。进程出的进程。性上们以更的调。调设 errno 。内的 0 -1 Linux 上能谨的程 Unix sched yield() 0。然 : if(sched_yield ()) perror (”sched_yield”); 6.2.1 合理使用的理 sched yield() 的 Linux 。内能作出效率的调内然的程更何时进程同同对的同理。调程件或进程的件。进程进程出处理进程的。以单的实 / : /* the consumer... */ – 176 –

进程理 6 do { while (producer_not_ready ()) sched_yield (); process_data (); } while (!time_to_quit ()); 的 Unix 程写。 Unix 程件的 ( ) sched yield()。读的时。空间进程进程同的给内对内以进程的方式理的时。 Unix 程文件上的件。的 sched yield(): 空间程。程程的的时程出处理。内空间的时方单效。然 Linux 程实 (the New POSIX Threading Library, or NPTL) 的方即内提空间的。 sched yield() 的更处理 (playing nicely): 集的程以时调对的。出 sched yield() 。内能进程作出更的调操作的调进程。对调集程处理集程的。处理 I/O 集程的程的的程。以将的 “nice” 给程性能的设。 6.2.2 让出处理器方法的过去和现状 2.6 内以调单的作。 sched yield() 进程内进程进程的内调进程。然能进程进程。 2.6 内调 : 1. 进程实时进程将的以 ( 步。 ( 实时进程读实时 )。 – 177 –

进程理 6 。) 进程出进程。 2. 进程时间进程能的进程新进。 3. 调进程。调 sched yield() 的实作进程时间同内的处理时 sched yield() 的效同进程 ( 然我 )。的原的理。进程 A 调设们的进程 ( B sched yield()。以进程进程时间以的 sched yield() 内 )。调进程进程进程进程的时间。我们以内的调 “A, B, A, B, A, B” 。 2.6 内。出处理的时调将 A 出。出。进程的时调 B 然效进程处理时 A B, 间。进程出处理的时真的出处理 ! 6.3 进程优先级的实时进程实时进程同的调的以。进进程调。进程们 Linux 何时的。上 Unix 的进程进程更的处理时 nice values 间进程对的进程更。进程的时的 Linux 调的原 “nice value” 调的程。同时进程的时间 nice 。 – 178 –

进程理 6 的间的 -20 19 0。 nice 时间相时间 nice 进程的 nice 进程对更。。我们进程的时我们进程更更的时间然对的更。 6.3.1 nice() Linux 提设进程 nice 的调单的 nice(): #include <unistd.h> int nice (int inc); 调 nice() 将上新。 inc CAP SYS NICE 能上的进程) 能 (实 root inc 。 root 进程能 ( nice )。能时的 nice() -1, -1 调对 errno 0调。 : int ret; errno = 0; ret = nice (10); /* increase our nice by 10 */ if (ret == -1 && errno !=0) perror (”nice”); else printf (”nice value is now %d\\n”, ret); 对进程提 nice() Linux : EPERM CAP SYS NICE 能。的超出的时 nice 的对的上。 EINVAL Linux 0 给 nice() 的单方 : printf(”nice value is currently %d\\n”, nice (0)); 进程设绝对的相对的时以的 : – 179 –

进程理 6 int ret, val; /* get current nice value */ val = nice (0); /* we want a nice value of 10 */ val = 10 - val; errno = 0; ret = nice (val); if (ret == -1 && errno != 0) perror (”nice”); else printf (”nice value is now %d\\n”, ret); 6.3.2 getpriority() 和 setpriority() 更的方调以更的 getpriority() setpriority() 能然更 #include <sys/time.h> #include <sys/resource.h> int getpriority (int which, int who); int setpriority (int which, int who, int prio); 作的进程进程或 “which” “who” 的 PRIO PROCESS、 PRIO PGRP 或对 which PRIO USER 进程 ID 进程 ID 或 0 的时 who ID。 who 进程进程或。进程的小) 将 getpriority() (nice setpriority() 进程的设 prio 。同 nice() CAP SYS NICE 能的进程能提进程的 ) 更进步 ( nice 的进程能调属的进程的。的时能的同 getpriority() -1 -1 处理程调空 error 。 setpriority() nice() 0 -1。进程的子: – 180 –

进程理 6 int ret; ret = getpriority (PRIO_PROCESS, 0); printf (”nice value is %d\\n”, ret); 设进程进程 10 的子: int ret; ret = setpriority (PGIO_PGRP, 0, 10); if (ret == -1) perror (”setpriority”); 的时设以 errno : EACCESS 进程 CAP SYS NICE 能提进程。( setpriority()) “which” 的 PRIO PROCESS, PRIO PGRP 或 PRIO USER 。 EINVAL 的进程效调进程效调进程 EPERM ID ID CAP SYS NICE 能。( setpriority()) 存 who 的进程。 ESRCH which 6.3.3 I/O 优先级作进程的进程内 I/O 调 Linux I/O 自的。 ( ) I/O I/O 调进程设 I/O 自。然 Linux 内调单设 I/O I/O: int ioprio_get (int which, int who) int ioprio_set (int which, int who, int ioprio) 内出调提空间 glibc 。 glibc 的相的。以 glibc 的时能调同。方操作进程 I/O 或 “ionice”∗ 的实程。 : nice util-linux 的以以 ∗ ionice http://www.kernel.org/pub/linux/utils/utl-linux GNU General Public License v2 – 181 –

进程理 6 的 I/O 调 I/O Complete Fair Queu- ing(CFQ) I/O 调的调。 I/O 调 I/O 相调何提示。 6.4 处理器亲和度以处理进程处理的 Linux 工作进程调。对处理 (SMP) 上进程调 CPU 上进程 :调的处理处理空。然进程 CPU 上进程调同 CPU 上处理间的进程性能。的性能自的存效。的设 † SMP 处理的存自的处理存的。进程新处理上写新内存时原处理的存能。存读新的内存时存效。时处理的存效设存)。进程的时方的相 : 进程能 ( 存原存的效。进程调进程处理。实上进程调的的。处理处理的进程 —或更处理处理空新调进程 CPU 上的。何时进程 — 对 SMP 的性能。处理进程同处理上的能性。调调进程同处理上的自然上文 (soft affinity) 的以的性。 Linux 调能的时进程小的存效能的处理。然时或程进程处理间的进程存‡ 同处理的。 † :cache effects ‡ : cache-sensitive – 182 –

进程理 6 内进程处理的。 (hard affinity) 6.4.1 sched getaffinity() 和 sched setaffinity() 进程进程处理能何 CPU 上。 Linux 提调设进程的 ‡ : #define _GNU_SOURCE #include <sched.h> typedef struct cpu_set_t; size_t CPU_SETSIZE; void CPU_SET (unsigned long cpu, cpu_set_t *set); void CPU_CLR (unsigned long cpu, cpu_set_t *set); int CPU_ISSET (unsigned long cpu, cpu_set_t *set); void CPU_ZERO (cpu_set_t *set); int sched_setaffinity (pid_t pid, size_t setsize, const cpu_set_t *set); int sched_getaffinity (pid_t pid, size_t setsize, const cpu_set_t *set); 调以的进程的处理存 sched getaffinity() “pid” 以的。进程的 cpu set t pid 0 。 cpu set t 的小将时 setsize glibc 然性。的时设子 0 -1 errno。 : cpu_set_t set; int ret, i; CPU_ZERO (&set); ret = sched_getaffinity (0, sizeof (cpu_set_t), &set); if (ret == -1) perror (”sched_getaffinity”); ‡ : hard affinity – 183 –

进程理 6 for (i = 0; i< CPU_SETSIZE; i++) { int cpu; cpu = CPU_ISSET (i, &set); printf (”cpu=%i is %s\\n”, i, cpu ? ”set” : ”unset” ); } 调我们零的进然 CPU ZERO 0 set 上的。 set 的小— 然 CPU SETSIZE CPU SETSIZE 能示 setsize— 能示的处理。的实 set 1 进示处理以 CPU SETSIZE 。我们 sizeof(cpu set t) 的处理进程示 CPU ISSET 0 0 。实存的处理能处理的上上将 : cpu=0 is set cpu=1 is set cpu=2 is unset cpu=3 is unset ... cpu=1023 is unset 出以的 CPU SETSIZE( 0 ) 1,024。我们存的处理我们我们的进 CPU #0 #1 程 CPU #0 上。 : cpu_set_t set; int ret, i; CPU_ZERO (&set); /* clear all CPUs */ CPU_SET (0, &set); /* allow CPU #0 */ CPU_CLR (1, &set); /* forbid CPU #1 */ ret = sched_setaffinity (0, sizeof (cpu_set_t), &set); – 184 –

进程理 6 if (ret == -1) perror (”sched_setaffinity”); for (i = 0; i < CPU_SETSIZE; i++) { int cpu; cpu = CPU_ISSET (i, &set); printf (”cpu=%i is %s\\n”, i, cpu ? ”set” : ”unset”); 我们零 set 然 CPU SET 对 CPU #0 CPU ZERO 1, CPU CLR 对 CPU #1 零以 CPU CLR 零 0。 set 的处性的。同的处理上同的出: cpu=0 is set cpu=1 is unset cpu=2 is unset ... cpu=1023 is unset 进程何 CPU #0 上。 CPU #1 能的 : EFAULT 提的进程的空间或效。处理调 sched setaffinity()) 或 EINVAL ( setsize 小内示处理集的的小。的进程属调进程的效进程 EPERM pid ID CAP SYS NICE 能。的进程存。 ESRCH pid 6.5 实时系统实时的。操作间的小 —的 ∗ — ∗ : operational deadlines – 185 –

进程理 6 实时的。上以的 (ABS) 的实时。的时内调以性能。的操作能相能。内的操作提的实时。 Linux 6.5.1 软硬实时系统实时实时。实时对操作超。方实时超的。实时、、设备、处理 : 的子。实时的子处理程超操作时的 : 以的。的时间能满程。文程能或的。实时然写程的时们及时。的操作实时程的。同实时。实上相同的件件实时更能实时原即实时进程的。的实时的同操作时的。的子出的内 SCRAM 的能。操作的实时。相能 100ms 内或出的对操作的实时。 6.5.2 延时，抖动和截止期限时的时间时小操作。实时操作时的以的间 – 186 –

进程理 6 时处理。实时时出内。时的时间。然给上时间及时的能。的的方处理实上们时间的。件间的时间时。的。性能我们给上 10ms 时间间的我们的 10ms 间的。的时间我们间的时间即我们何时 10ms 。或更的时的实时。以的的的的。何我们对实实时出小的们段时间段时间内。零时操作间。时超间。实时对更。理时间操作间内时。以时作性能的。 6.5.3 Linux 的实时支持写 POSIX 1993 或 POSIX.1b) 的 Linux IEEE Std 1003.1b-1993( 调程提实时。上提的实时。实 POSIX 上的调操作何时 POSIX 间操作设。 Linux 内性能的的实时提小的时更的。原进能程进程实时进对 I/O 式实时的献。 Linux 的式实时对 Linux 内的存的 Linux 方的方内。的进步 – 187 –

进程理 6 时实时的。的方内内。的实时的 POSIX 。 6.5.4 Linux 调度策略和优先级 linux 对进程的调进程的调调。 Linux 提实时调作的。文件 <sched.h> 的示 : SCHED FIFO, SCHED RR SCHED OTHER。进程的对程 nice 对实时程 99。 Linux 调的进程 0 1 的进程)。 50 的进程时 ( 51 的进程调进程新的进程。相 49 的进程 50 的进程。进程以实时进程 0 实时进程。 6.5.4.1 “先进先出”策略进出 (FIFO) 时间的单的实时。进程进程示。 FIFO SCHED FIFO 时间的操作相单: 的 FIFO 进程的进程 • 。的进程进程。 FIFO 进程或调 sched yield() 或进 • FIFO 程。进程时调将出。时 • FIFO 相同进程的。或同进程。进程调 sched yield() 时调将同的 • FIFO 同进程。同进程 sched yield() 将作。进程的。 • FIFO 进程的 FIFO 进程。 – 188 –

进程理 6 进程或进程将相 • FIFO 的。新的 FIFO 进程能同进程。上我们以进程能 FIFO 。的同的 FIFO 进程间的。 6.5.4.2 轮转策略处理同进程的 FIFO 以 SCHED RR 示。调给进程时间。进程时间 RR RR 时调将的方式进程间能 RR 调。进程给上同 RR FIFO 时间然。我们以进程同进程时间的时 RR FIFO 同的。 SCHED FIFO 或内的操作 SCHED RR RR 的时间相同的进程间相。 FIFO 进程进程 RR 给进程间调出进程进程的。 6.5.4.3 普通调度策略调的实时进程。 SCHED OTHER 进程的 FIFO 或 RR 进程们。 0 调的 nice 进程的的 nice 0。 6.5.4.4 批调度策略调或空调的程上实时调 SCHED BATCH 的对的进程进程时即 : 进程时间。同进程进程进程时间。 6.5.4.5 设置 Linux 调度策略进程以操作 Linux 调 sched getscheduler() sched setscheduler() : – 189 –

进程理 6 #include <sched.h> struct sched_param { /* ... */ int sched_priority; /* ... */ }; int sched_getscheduler (pid_t pid); int sched_setscheduler (pid_t pid, int policy, const struct sched_param *sp); 对 sched getscheduler() 的调将进程的调 pid 调进程的调。 <sched.h> pid 0 示调示进出示 :SCHED FIFO SCHED RR 示进程。效的调 SCHED OTHER -1(-1 同时设。 ) 单: int policy; /* get out scheduling policy */ policy = sched_getscheduler (0); switch (policy) { case SCHED_OTHER: printf (”Policy is normal\\n”); break; case SCHED_RR: printf (”Policy is round-robin\\n”); break; case SCHED_FIFO: printf (”Policy is fist-in, first-out\\n”); break; case -1: perror (”sched_getscheduler”); break; – 190 –

进程理 6 default: fprintf (stderr, ”Unknown policy!\\n”); } 调 sched setscheduler() 将设进程的调的 pid 。 0时进程将设自的。 sp pid 设。 0 -1 的效段操作的调。 sched param 段 sched priority SCHED RR SCHED FIFO 。 SCHED OTHER 何段然的调能。的程对的布作出何设。设进程调单: struct sched_param sp = { .sched_priority = 1 }; int ret; ret = sched_setscheduler (0, SCHED_RR, &sp); if (ret == -1) { perror (”sched_setscheduler”); return 1; } 设调进程调设1 效 1。我们上。我们何效 — 。设的调 CAP SYS NICE 能 SCHED OTHER 实时进程。 2.6.12 内 root RLIMIT RTPRIO 上内设实时。 root 。时设 : 的内存或。 EFAULT sp 的调效或给的实 EINVAL policy sp ( sched setscheduler())。 EPERM 调进程备的能。的进程。 ESRCH pid – 191 –

进程理 6 6.5.5 设置调度参数的 sched getparam() 以设 POSIX sched setparam() 调的相 : #include <sched.h> struct sched_param { /* ... */ int sched_priority; /* ... */ }; int sched_getparam (pid_t pid, struct sched_param *sp); int sched_setparam (pid_t pid, const struct sched_param *sp); 调将 pid 进程 sched getscheduler() sched getparam() 的调存 sp : struct sched_param sp; int ret; ret = sched_getparam (0, &sp); if (ret == -1) { perror (”sched_getparam”); return 1; } printf (”Our priority is %d\\n”, sp.sched_priority); 调进程的。设。 pid 0 0 -1 能设何调以 sched setparam() sched setscheduler() : struct sched_param sp; int ret; – 192 –

进程理 6 sp.sched_priority = 1; ret = sched_setparam (0, &sp); if (ret == -1) { perror (”sched_setparam”); return 1; } sp 设进程的调 pid 0。设 -1 errno。我们上文段的出: Our priority is 1 子设1 时实的程。我们何效的。 6.5.5.1 错误码能设 : 的内存或。 EFAULT sp 给的实 EINVAL sp ( sched getparam())。 EPERM 调进程备的能。的进程。 ESRCH pid 6.5.5.2 确定有效优先级的范围上的子我们调。 POSIX 能上的调。 32 Linux 调我们提实时调提 Linux 1 。的程实自的然映射 99 99 操作的上。同的实时以。 Linux 提调小 : #include <sched.h> – 193 –

进程理 6 int sched_get_priority_min (int policy); int sched_get_priority_max (int policy); 小 sched get priority min() 的效。 sched get priority max() policy 调 0调能的时 -1, policy 设 EINVAL。单: int min, max; min = sched_get_priority_min (SCHED_RR); if (min == -1) { perror (”sched_get_priority_min”); return 1; } max = sched_get_priority_max (SCHED_RR); if (max == -1) { perror (”sched_get_priority_max”); return 1; } printf (”SCHED_RR priority range is %d - %d\\n”, min, max); 上 Linux : SCHED_RR priority range is 1 - 99 的。的以设进程的相的 : /* * set_highest_priority – set the associated pid’s scheduling * priority to the highest value allowed by its current – 194 –

进程理 6 * scheduling policy. If pid is zero, sets the current * process’s priority. * * Returns zero on success. */ int set_highest_priority (pid_t pid) { struct sched_param sp; int policy, max, ret; policy = sched_getscheduler (pid); if (policy == -1) return -1; max = sched_get_priority_max (policy); if (max == -1) return -1; memset (&sp, 0, sizeof (struct sched_param)); sp.sched_priority = max; ret = sched_setparam (pid, &sp); return ret; } 程的小或然 1 ( max-1, max-2 给的进程。 ) 6.5.6 sched rr get interval() SCHED RR 进程时间 SCHED FIFO 进程相同。 SCHED RR 进程时间的时调将同的。方式相同的 SCHED RR 进程。进程时间进程 ( 同或的 SCHED FIFO 进程) 。进程时间的 POSIX : – 195 –

进程理 6 #include <sched.h> struct timespec { time_t tv_sec; /* seconds */ long tv_nsec; /* nanoseconds */ }; int sched_rr_get_interval (pid_t pid, struct timespec *tp); 的对的调将 sched rr get interval() pid 进程的时间存的 timespec 然 tp 0 设 -1 errno。能工作 SCHED RR 进程然 Linux 上 POSIX 以进程的时间。能工作 Linux 的程以作的展。子 : struct timespec tp; int ret; /* get the current task’s timeslice length */ ret = sched_rr_get_interval (0, &tp); if (ret == -1) { perror (”sched_rr_get_interval”); return 1; } /* convert the seconds and nanoseconds to milliseconds */ printf (”Our time quantum is %.2lf milliseconds\\n”, (tp.tv_sec * 1000.0f) + (tp.tv_nsec / 1000000.0f)); 进程的时间 FIFO tv sec tv nsec 0 。 – 196 –

进程理 6 6.5.6.1 错误码能的 : 的内存效或。 EFAULT tp 效( EINVAL pid pid )。效存的进程。 ESRCH pid 6.5.7 关于实时进程的一些提醒实时进程的调程的时。实时程能。程实时程何处理的 —或何的 — 。设实时程小的程。提 : 何处理的或进程 • 。将。实时进程的以设的时 • 的处理时间。 •小。实时进程进程的进程处。实时程的时更的进 • 程。的进程。 ( 空的时实时进程。) • util-linux 工的 chrt 实程以设实时进程属性更。以单程实时调的或的实时。 6.5.8 确定性实时进程性。实时给相同的作相同的时间内相同的我们作的。以的集存( 处理 : ) 页作时间能。然我们 – 197 –

进程理 6 作 (相对的同时 ) 我们作的时间。实时性的时。的的方。 6.5.8.1 数据故障预测和内存锁定件设备 :ICBM( ) 件内。进程件设备上内进程。内进程实时进程进程将调实时进程。调实时进程上文相的空间。进程程 1ms 的内。 0.3ms 空间实时进程的 ICBM 处理。实时进程。 0.1ms ABM 。 —ABM 的上。页处理 — 内式出的。实时进程 I/O 处理页。然页给实时进程性。实时或将空间的页提理内存出。页内将出何页实时页理内存。方提。 Chapter 4 的 Linux Chapter 8 将内存的。 6.5.8.2 CPU 亲和度和实时进程实时的。然 Linux 内式的调能调进程。时进程内的调出时实时进程时将超出操作。页相的。对的方。然提能单进程 : 以单的操作能满。的 Linux — – 198 –

进程理 6 处理以或实时进程。实效上实时进程离。操作进程 CPU 的调。的对实时进程的实时进程处理的处理进程。单的方 Linux 的 init 程以 SysVinit∗ , 的作: cpu_set_t set; int ret; CPU_ZERO (&set); /* clear all CPUs */ ret = sched_getaffinity (0, sizeof (cpu_set_t), &set); if (ret == -1) { perror (”sched_getaffinity”); return 1; } CPU_CLR (1, &set); /* forbid CPU #1 */ ret = sched_setaffinity (0, sizeof (cpu_set_t), &set); if (ret == -1) { perror (”sched_setaffinity”); return 1; } 的处理集我们处理。然出处理更新处理集。 CPU #1 处理集子进程间进程的以 init 的进程的处理集 CPU #1 上将何进程。实时程 CPU #1 上 : cpu_set_t set; int ret; 以以 GNU General ∗ SysVinit ftp://ftp.cistron.nl/pub/people/miquels/sysvinit/ Public License v2 – 199 –

进程理 6 CPU_ZERO (&set); /* clear all CPUs */ CPU_SET (1, &set); /* allow CPU #1 */ ret = sched_setaffinity (0, sizeof (cpu_set_t), &set); if (ret == -1) { perror (”sched_setaffinity”); return 1; } 实时进程 CPU #1 上的进程处理。 6.6 资源限制 Linux 内对进程的进程以的内的上文件的内存页处理的。性的内进程的超性。文件的操作进程的文件超出 open() 调。 † Linux 提操作的调。 POSIX 的调设 Linux getlimit() setlimit() : #include <sys/time.h> #include <sys/resource.h> struct rlimit { rlim_t rlim_cur; /* soft limit */ rlim_t rlim_max; /* hard limit */ }; int getrlimit (int resource, struct rlimit *rlim); int setrlimit (int resource, const struct rlimit *rlim); RLIMIT CPU 的示示实 rlimit 。上。内对进程 : 时调设进程文件上。 Chapter 2 † EMFILE open() 调 – 200 –

进程理 6 进程自以以间的。备 0 CAP SYS RESOURCE 能的进程 ( root 进程) 能调。程能提的的调的。进程以设。的相。示进程以 RLIMIT FSIZE 的文件单。时进程以 rlim cur 1024 1K 的文件能扩展文件 1k 以上。的。示 :0 内内存文件。相示存对 RLIMIT CORE 0 的。内示能 RLIM INFINITY -1 ( 调 -1 相内以 )。 RLIMIT CORE 小的内存文件。的 resource 的。 getrlimit() rlim 设。 0 -1 相对的的设 resource 的。 setrlimit() rlim 内更新对的设。 0 -1 6.6.1 限制列表 Linux 提 15 : • RLIMIT AS 进程空间上单。空间小超调 — 进程的自超 mmap() brk() — ENOMEM。内将给进程 SIGSEGV 。的 RLIM INFINITY。 • RLIMIT CORE 内存文件小的单。超出的内存文件 0 将小将文件。 0 • RLIMIT CPU 进程以的 CPU 时间单。进程时间超出将处理内出的 SIGXCPU 。程时内的步作。进程然 POSIX 进程给进程。 Linux SIGXCPU 进程将。 SIGKILL – 201 –

进程理 6 • RLIMIT DATA 进程段的小单。扩段以超出 brk() 将 ENOMEM。 • RLIMIT FSIZE 文件以的文件单。进程扩展文件超出内将。将进程。进程以 SIGXFSZ 调 EFBIG 时自处理。 • RLIMIT LOCKS 进程以的文件的文件的 ( )。何的 ENOLCK。 Linux 2.4.25 内能内以设何作。 • RLIMIT MEMLOCK CAP SYS IPC 能的进程 ( root 进程) mlockall() 或 mlock() shmctl() 能的内存的。超的时调上实内存页。 CAP SYS IPC 能 EPERM。实的进程以的内存页效。 2.6.9 内作 CAP SYS IPC 能的进程进程能内存页。属。 POSIX BSD • RLIMIT MSGQUEUE 以的。新的超出 POSIX 属 2.6.8 内 mp open() ENOMEM。 POSIX 。 Linux • RLIMIT NICE 进程以 )的。文进程能 nice (提提理进程以提 ( )。 20 − rlim cur 的。能内示。 nice 设进程 )。 2.6.12 内 40 -20( 。 • RLIMIT NOFILE 进程以的文件。何超出的 EMFILE。 BSD RLIMIT OFILE。 • RLIMIT NPROC – 202 –

进程理 6 时的进程。何超出的 fork() 属。 EAGAIN。 POSIX BSD • RLIMIT RSS 进程以内存的页集小 RSS)。的 2.4 内 (即内设。属 POSIX BSD 。 • RLIMIT RTPRIO CAP SYS NICE 能的进程以的实时。进程实时调。属 2.6.12 内 POSIX Linux 。 • RLIMIT SIGPENDING 。更的将的调 sigqueue() 将以将的实 EAGAIN。以进程。 . SIGKILL SIGTERM 属。 POSIX Linux • RLIMIT STACK 的。超出将。 SIGSEGV 内以进程单理。子进程 fork 的时进程 exec 进。 6.6.1.1 默认限制理。内 : 。内 init 进程设子进程间的给的子进程。 – 203 –

进程理 6 Resource limit Soft limit Hard limit RLIMIT AS RLIM INFINITY RLIM INFINITY RLIMIT CORE 0 RLIM INFINITY RLIMIT CPU RLIM INFINITY RLIM INFINITY RLIMIT DATA RLIM INFINITY RLIM INFINITY RLIMIT FSIZE RLIM INFINITY RLIM INFINITY RLIMIT LOCKS RLIM INFINITY RLIM INFINITY RLIMIT MEMLOCK 8 pages 8 pages RLIMIT MSGQUEUE 800 KB 800KB RLIMIT NICE 0 0 RLIMIT NOFILE 1024 1024 RLIMIT NPROC 0 (implies no limit) 0 (implies no limit) RLIMIT RSS RLIM INFINITY RLIM INFINITY RLIMIT RTPRIO 0 0 RLIMIT SIGPENDING 0 0 RLIMIT STACK 8 MB RLIM INFINITY 以 : 何进程以的内以 • 0 子进程以。 fork 进程以设子进程同以 • fork 。进程的 root 进程能何更能的原。实上对进程的 shell 设理以进设提的。 Bourne-again 理以设。理以 shell(bash) ulimit 以提给提更理的。上设 RLIM INFINITY) 进处理。 RLIMIT STACK( 6.6.2 获取和设置资源限制我们设。单: – 204 –

进程理 6 struct rlimit rlim; int ret; /* get the limit on core sizes */ ret = getrlimit (RLIMIT_CORE, &rlim); if (ret == -1) { perror (”getrlimit”); return 1; } printf (”RLIMIT_CORE limits: soft=%ld hard=%ld\\n”, rlim.rlim_cur, rlim.rlim_max); 然将 : RLIMIT_CORE limits: soft=0 hard=-1 以我们以设 0 -1(-1 )。。的子设内存文件 32MB: struct rlimit rlim; int ret; rlim.rlim_cur = 32 * 1024 * 1024; /* 32 MB */ rlim.rlim_max = RLIM_INFINITY; /* leave it alone */ ret = setrlimit (RLIMIT_CORE, &rlim); if (ret == -1) { perror (”setrlimit”); return 1; } 6.6.2.1 错误码能 : 的内存或。 EFAULT rlim EINVAL resource 的或 rlim.rlim cur 的 rlim.rlim max( setrlimit())。 – 205 –

进程理 6 EPERM 调 CAP SYS RESOURCE 能提。 – 206 –

文件理 7 第 7 章文件与目录管理 3 以及我们给出文件 I/O 的方调。 2 4 我们上的文件读写操作理文件及。 7.1 文件及其元数据我们的文件对文件 1 inode （。 inode unix 文件的理对 inode Linux 内的实。 inode 存文件的文件的时间小以及文件的存。能的 -i 文件 inode ls $ ls -i 1689459 Kconfig 1689461 main.c 1680144 process.c 1689464 swsusp.c 1680137 Makefile 1680141 pm.c 1680145 smp.c 1680149 user.c 1680138 console.c 1689462 power.h 1689463 snapshot.c 1689460 disk.c 1680143 poweroff.c 1680147 swap.c 出示文件 disk.c 的 inode 文件 1689460。何文件文件 inode (inode number)。我们能同的 inode 。 7.1.1 一组 stat 函数 Unix 提文件的 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> int stat (const char *path, struct stat *buf); int fstat (int fd, struct stat *buf); int lstat (const char *path, struct stat *buf); – 207 –

文件理 7 文件的。 stat() 的文件 path 文件的文件。 lstat() fstat() fd stat() 对文件。 lstat() 存的文件。 stat stat <bits/stat.h> 真的的 <sys/stat.h> struct stat { dev_t st_dev; /* ID of device containing file */ ino_t st_ino; /* inode number */ mode_t st_mode; /* permissions */ nlink_t st_nlink; /* number of hard links */ uid_t st_uid; /* user ID of owner */ gid_t st_gid; /* group ID of owner */ dev_t st_rdev; /* device ID (if special file) */ off_t st_size; /* total size in bytes */ blksize_t st_blksize; /* blocksize for filesystem I/O */ blkcnt_t st_blocks; /* number of blocks allocated */ time_t st_atime; /* last access time */ time_t st_mtime; /* last modification time */ time_t st_ctime; /* last status change time */ }; 对段的段 st dev 文件设备上（我们将设 • 备。文件设备上文件文件 (NFS) 上 0。段 st ino 文件的 inode 。 • 段 st mode 文件的段。 • 1 2 的内。段 st nlink 文件的。文件。 • 段 st uid 文件的 • ID。 – 208 –

文件理 7 段 st gid 文件属 • ID。文件设备段 st rdev 设备。 • 段 st size 提文件。 • 段 st blksize 进效文件 I/O 的小。（或 • I/O 的小（。 3 段 st blocks 给文件的。文件时（文件 • 文件将小。 st size 段 st atime 文件时间。文件的时间（ • read() 或 execle() 。段 st mtime 文件时间文件写的 • 时间。段 st ctime 文件时间。段 • Linux 或的文件时间。段实上的文件的 Unix （文件或的时间。时调将文件存。 0 stat 时们设 -1 errno 调的进程对 path 的的的 EACCESS （ lstat() 。 stat() 效的 fd（ fstat() 。 EBADF 效的 path 或 buf 。 EFAULT （ lstat() 。 path stat() ELOOP （ lstat() 。 (path) stat() ENAMETOOLONG 的或文件存（ path stat() ENOENT lstat() 。内存。 ENOMEM 的（ lstat() 。 path stat() ENOTDIR 程文件 (文件 )的小 stat() #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> – 209 –

文件理 7 int main (int argc, char *argv[]) { struct stat sb; int ret; if (argc < 2) { fprintf (stderr, ” usage %s <file>\\n”, argv[0]); return 1; } ret = stat (argv[1], &sb); if (ret) { perror (”stat”); return 1; } printf (”%s is %ld bytes\\n”, argv[1], sb.st_size); return 0; } 程自文件上的 $ ./stat stat.c stat.c is 392 bytes 以段的文件理（或相对 fstat() 的设备上 /* * is_on_physical_device – returns a positive * integer if ’fd’ resides on a physical device, * 0 if the file resides on a nonphysical or * virtual device (e.g., on an NFS mount), and * -1 on error. */ – 210 –

文件理 7 int is_on_physical_device (int fd) { struct stat sb; int ret; ret = fstat (fd, &sb); if (ret) { perror (”fstat”); return -1; } return gnu_dev_major (sb.st_dev); } 7.1.2 权限调给文件的调设 stat #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int chmod (const char *path, mode_t mode); int fchmod (int fd, mode_t mode); 设文件 chmod() fchmod() mode。 chmod() path 的文件的相对或绝对。对文件文件 fd 给 fchmod() 。示的 mode 段 st mode mode t( ) stat 的。然单们对 Unix 实的同的。以的集( 新文件的 POSIX 2 能进或。 )。 mode (S IRUSR | S IRGRP) 同时设文件属的读。文件的调 chmod() 或 fchmod() 的进程效 ID 文件或进程 CAP FOWNER 能。时时设 0。 -1 errno – 211 –

文件理 7 调的进程对的 path EACCESS （ chmod() 。效的文件 fchmod() 。 fd（ EBADF 效的 path （ chmod() 。 EFAULT 文件内。的的 I/O EIO 的或文件。内 path 时（ chmod() 。 ELOOP （ chmod() 。 ENAMETOOLONG path 存（ chmod() 。 path ENOENT 内存。 ENOMEM （ chmod() 。 path ENOTDIR 调的进程效 ID 文件进程 EPERM CAP FOWNER 能。文件读文件上。 EROFS 段将文件 map.png 设读写 int ret; /* * Set ’map.png’ in the current directory to * owner-readable and -writable. This is the * same as ’chmod 600 ./map.png’. */ ret = chmod (”./map.png”, S_IRUSR | S_IWUSR); if (ret) perror (”chmod”); 段上段能的文件 map.png fd int ret; /* * Set the file behind ’fd’ to owner-readable * and -writable. */ – 212 –

文件理 7 ret = fchmod (fd, S_IRUSR | S_IWUSR); if (ret) perror (”fchmod”); 对。 POSIX chmod() fchmod() Unix 。 7.1.3 所有权段 st uid 提文件的属。以 stat st gid 调 #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int chown (const char *path, uid_t owner, gid_t group); int lchown (const char *path, uid_t owner, gid_t group); int fchown (int fd, uid_t owner, gid_t group); lchown() 设的文件的。们作 chown() path 文件的文件的 lchown() 。 fchown() 设文件的文件。 fd 时调设文件设文件属 owner 段 owner 或 group 设。 group 0。 -1 CAP CHOWN 能的进程（ root 进程能文件的。文件以将文件属设何属 CAP CHOWN 能的进程能文件属何。时调设 -1 errno 调的进程对的（ path EACCESS 。 chown() lchown() 效的 fd（ fchown() 。 EBADF 效的 path（ lchown() 。 chown() EFAULT – 213 –

文件理 7 内 I/O ( )。 EIO 内 path 时（ chown() ELOOP lchown() 。（ ENAMETOOLONG path chown() lchown() )。文件存。 ENOENT 内存。 ENOMEM 的（ path chown() ENOTDIR 。 lchown() 调的进程的或 EPERM 属。读的文件。 EROFS 段工作文件 manifest.txt 的属 officers。操作调的备 CAP CHOWN 能或 kidd officers struct group *gr; int ret; /* * getgrnam( ) returns information on a group * given its name. */ gr = getgrnam (”officers”); if (!gr) { /* likely an invalid group */ perror (”getgrnam”); return 1; } /* set manifest.txt’s group to ’officers’ */ ret = chown (”manifest.txt”, -1, gr->gr_gid); if (ret) perror (”chown”); 操作文件属 crew – 214 –

文件理 7 $ ls –l -rw-r--r-- 1 kidd crew 13274 May 23 09:20 manifest.txt 操作以 officers $ ls –l -rw-r--r-- 1 kidd officers 13274 May 23 09:20 manifest.txt 文件的 -1 给 uid。以将 kidd 的文件的设 fd root /* * make_root_owner - changes the owner and group of the file * given by ’fd’ to root. Returns 0 on success and -1 on * failure. */ int make_root_owner (int fd) { int ret; /* 0 is both the gid and the uid for root */ ret = fchown (fd, 0, 0); if (ret) perror (”fchown”); return ret; } 调的进程 CAP CHOWN 能。进程 CAP CHOWN 的能进程。 root 7.1.4 扩展属性扩展属性 ( 作 xattrs) 提文件对相的 / 。我们文件的的文件的 / – 215 –

文件理 7 小时间。扩展属性文件设实的新性出的的。扩展属性的性空间能读写。 / 扩展属性文件的程操作们对文件。程扩展属性时文件的文件或文件何内存。扩展属性的实文件相的。同的文件以同的方式存扩展属性内们扩展属性出。 ext3 文件文件 inode 的空空间存扩展属性。∗ 性读文件属性。何时程文件 inode 的文件读内存扩展属性自读内存时的。文件扩展属性。对上的文 FAT minixfs 件调扩展属性时文件 ENOTSUP。 7.1.4.1 键与值扩展属性对的的 UTF-8 。 (key)。们 namespace.attribute 的式。效的空间。效的的子的空间 user 属性 user.mime type mime type。能或。能空或空。的间的。我们的的（空的。相的空能的。以’\\0’ 存时以’\\0’ C 理。然以’\\0’ 对扩展属性的操作的。读属性时内提写属性时提属性。然 inode 空间的文件存扩展属性。更的 ext3 ∗ ext3 ”inode 内 ” 的扩展属性性。 – 216 –

文件理 7 存的更方式 MIME GUI 文件理对同的文件同处理 GNOME’s Nautilus 同的同、同的操作。实文件理文件的式。文件式 Windows 文件单文件的扩展。出的原 Unix 文件。进程作 MIME （MIME type sniffing 。文件理时理存。存的自的。文件理文件文件理的同步。的方自的扩展属性存的更单更何程。 Linux 对的的的小或文件相的的空间小上何。文件上实的。给文件相的的上。 ext3 对给文件的扩展属性文件 inode 的空间的文件小。（更的 ext3 文件 inode 内存。文件的小相文件实实。 1KB 8KB。 XFS 的文。文 ext3 件扩展属性存的 7.1.4.2 扩展属性命名空间扩展属性相的空间的工。空间内同。扩展属性空间能将更。 Linux 空间 system 扩展属性实内性 system （ACLs 。空间扩展属性的子 sys- 读或写属性相 tem.posix acl access。的。的（能读 root – 217 –

文件理 7 属性。空间 security 实空间程 security SELinux。属性相的。进程能读属性 CAP SYS ADMIN 能的进程能写们。空间 trusted 存空间的。 trusted CAP SYS ADMIN 能的进程能读写属性。空间 user 进程的空间。内文件 user 空间。存的读进程给文件的读。新或的写进程给文件的写。能对文件空间扩展属性或设备文件以。设能扩展属性的空间程时的空间。 7.1.4.3 扩展属性操作程对给文件扩展属性的操作 POSIX •给文件相的。 •给文件对。 •给文件文件的扩展属性的。 •给文件文件扩展属性。对操作 POSIX 提调 • 操作给的调的文件操作（。 • 操作给的调操作（以”l” 的调。 • 操作文件的调（以”f” 的调。我们将。 12 扩展属性。单的操作文件扩展属性给的 #include <sys/types.h> #include <attr/xattr.h> ssize_t getxattr (const char *path, const char *key, void *value, size_t size); – 218 –

文件理 7 ssize_t lgetxattr (const char *path, const char *key, void *value, size_t size); ssize_t fgetxattr (int fd, const char *key, void *value, size_t size); getxattr() 调将 path 的文件 key 的扩展属性存的。的实 value size 小。调的小将存 size 0 value。以程存的的。 0 小程或调。。时的 lgetxattr() getxattr() 文件的扩展属性。的我们空间的属性能上。调。 fgetxattr() 操作文件方。 fd getxattr() 时调设 -1 errno 调的进程对的（ path EACCESS lgetxattr() 。 getxattr() 效的 fd（ fgetxattr() 。 EBADF 效的 path, key 或 value 。 EFAULT （ path getxattr() lgetx- ELOOP attr() )。（ lgetxattr() 。 path getxattr() ENAMETOOLONG 属性 key 存或进程属性的。 ENOATTR 的存（ path getxattr() lgetx- ENOENT 。 attr() 内存。 ENOMEM 的（ path getxattr() ENOTDIR lgetxattr() 。 path 或 fd 的文件扩展属性。 ENOTSUP 小存。的调 size ERANGE 能将 size 设将的存小对 0 – 219 –

文件理 7 调。 value 设扩展属性。调设给的扩展属性 #include <sys/types.h> #include <attr/xattr.h> int setxattr (const char *path, const char *key, const void *value, size_t size, int flags); int lsetxattr (const char *path, const char *key, const void *value, size_t size, int flags); int fsetxattr (int fd, const char *key, const void *value, size_t size, int flags); 设文件 path 的扩展属性 key value 的 etxattr() value size 。段 flags 调的。扩展属性 flags XATTR CREATE 存时调将。扩展属性存时调 flags XATTR REPLACE 将。的 0时同时。 flags flags 的对。 key 设 lsetxattr() setxattr() path 文件的扩展属性。的我们空间的属性能上。调。 fsetxattr() 操作文件方。 fd setxattr() 时调时调设 0 -1 errno 调的进程对的（ path EACCESS lsetxattr() 。 setxattr() 效的 fd（ fsetxattr() 。 EBADF 操作空间。 EDQUOT flags 设给文件的 key 存 XATTR CREATE EEXIST 。效的 path, key 或 value 。 EFAULT 效的 flags。 EINVAL （ path setxattr() lsetx- ELOOP 。 attr() – 220 –

文件理 7 （ lsetxattr() 。 path setxattr() ENAMETOOLONG flags 设给的文件存 XATTR REPLACE ENOATTR key。的存（ path setxattr() lsetx- ENOENT 。 attr() 内存。 ENOMEM 文件空间存扩展属性。 ENOSPC （ path setxattr() lsetx- ENOTDIR 。 attr() path 或 fd 的文件扩展属性。 ENOTSUP 出文件的扩展属性。调出给文件扩展属性集 #include <sys/types.h> #include <attr/xattr.h> ssize_t listxattr (const char *path, char *list, size_t size); ssize_t llistxattr (const char *path, char *list, size_t size); ssize_t flistxattr (int fd, char *list, size_t size); 调的文件相的扩展属性 listxattr(), path 。存的的。调的 list size 实小。的扩展属性以’\\0’ 的能 list ”user.md5_sum\\0user.mime_type\\0system.posix_acl_default\\0” 然的、以’\\0’ 的C 的（能调的。的小设调的将 size 0 的实。调程能能 getxattr() 或调。 – 221 –

文件理 7 时出 llistxattr() listxattr() path 文件相的扩展属性。以的空间的属性能调。 flistxattr() 操作文件方。 fd listxattr() 时调设 -1 errno 调的进程对的（ path EACCESS llistxattr() 。 listxattr() 效的 fd（ flistxattr() 。 EBADF 效的 path 或 list 。 EFAULT 。（ path listxattr() ELOOP llistxattr() 。（ llistxattr() 。 ENAMETOOLONG path listxattr() 的存（ path listxattr() llistx- ENOENT 。 attr() 内存。 ENOMEM （ path listxattr() llistx- ENOTDIR 。 attr() path 或 fd 的文件扩展属性。 ENOTSUPP 零小存。程能 size ERANGE 设调的实小。程能 size 0 新调调。 value 扩展属性。调给文件给 #include <sys/types.h> #include <attr/xattr.h> int removexattr (const char *path, const char *key); int lremovexattr (const char *path, const char *key); int fremovexattr (int fd, const char *key); 调文件 path 扩展属性 key。 removexattr() 空的（零的。 – 222 –

文件理 7 lremovexattr() removexattr() path 文件的扩展属性。空间的属性能调。 fremovexattr() 操作文件方。 fd removexattr() 时调时调 0。 -1 设 errno 调的进程对的（ pat EACCESS lremovexattr() 。 removexattr() 效的 fd（ fremovexattr() 。 EBADF 效的 path 或 key 。 EFAULT 。（ path removexattr() ELOOP lremovexattr() 。（ lremovexattr() 。 ENAMETOOLONG path removexattr() 给文件存 key。 ENOATTR 的存（ path removexattr() ENOENT lremovexattr() 。内存。 ENOMEM 的（ path removexattr() ENOTDIR lremovexattr() 。 path 或 fd 的文件扩展属性。 ENOTSUPP 7.2 目录单的文件的文件对 Unix 。文件 inode 的映射。 inode 内（的 ls 的文件。的文件时内文件对的 inode 。然内将给文件文件文件设 inode 备上的理。能。子的。文件真的的子。 / （的。 root /root – 223 –

文件理 7 文件及或。绝对以的以的 /usr/bin/sextant。相对的效操作的相对。 bin/sextant。工作（作。文件能（delineate 的 / 的 null 以的。的效。内的 ,ASCII C 程效。的 Unix 文件。 Unix 文件 14 文件。 Linux 文件更的 ∗ 255 文件。† 7.2.1 当前工作目录进程时进程的。的进程工作（cwd 。工作内相对时的。进程的工作进程 /home/blackbeard parrot.jpg 内将进程 /home /blackbeard/parrot.jpg。相 /usr/bin/mast, 内将工作对绝对 /usr/bin/mast （以/ 的。进程以及更工作。 7.2.1.1 获取当前工作目录工作的方 POSIX 的调 getcwd() #include <unistd.h> char * getcwd (char *buf, size_t size); 调以绝对式工作 getcwd( ) buf 的的 buf 的。时调 size 设 NULL errno 。然。 ∗ 255 255 然 Linux 提对的文件提性然们自的 † FAT 。对 FAT 。的文件 ”.” .作的。 – 224 –

文件理 7 效的 buf 。 EFAULT size 0 buf NULL。 EINVAL 工作效。工作时。 ENOENT 小将工作存程更 ERANGE size buf。的。 getcwd() 的子 char cwd[BUF_LEN]; if (!getcwd (cwd, BUF_LEN)) { perror (”getcwd”); exit (EXIT_FAILURE); } printf (”cwd = %s\\n”, cwd); 出 getcwd() 的的。 POSIX buf NULL Linux 的 C 将的存工作 size 。将小的存工作。调 size 0 C 程。的处理方 free() Linux 式或 POSIX 的程方式。性的单子 char *cwd; cwd = getcwd (NULL, 0); if (!cwd) { perror (”getcwd”); exit (EXIT_FAILURE); } printf (”cwd = %s\\n”, cwd); free (cwd); Linux 的 C 提 get current dir name( ) buf Null size 0时 getcwd( ) #define _GNU_SOURCE – 225 –

文件理 7 #include <unistd.h> char * get_current_dir_name (void); 的相同 char *cwd; cwd = get_current_dir_name ( ); if (!cwd) { perror (”get_current_dir_name”); exit (EXIT_FAILURE); } printf (”cwd = %s\\n”, cwd); free (cwd); 的 BSD 喜调 Linux 对提 getwd() #define _XOPEN_SOURCE_EXTENDED /* or _BSD_SOURCE */ #include <unistd.h> char * getwd (char *buf); 调工作的 buf。 getwd（ PATH MAX 时调时 buf NULL。 char cwd[PATH_MAX]; if (!getwd (cwd)) { perror (”getwd”); exit (EXIT_FAILURE); } printf (”cwd = %s\\n”, cwd); 出性性的原程 getwd() getcwd()。 7.2.1.2 更改当前工作目录时进程 login 设工作 /etc/passwd 的。时进程更工作。 cd – 226 –

文件理 7 时工作。 shell 更工作提调 Linux 的文件 #include <unistd.h> int chdir (const char *path); int fchdir (int fd); 调更工作的绝对或相对 chdir() path 以。同调更工作文件的 fchdir() fd 的。时调时 fd 0。 -1。时设 chdir() errno 调的进程对的。 path EACCESS 效的 path 。 EFAULT 内。 I/O EIO 内 path 时。 ELOOP 。 ENAMETOOLONG path 的存。 path ENOENT 内存。 ENOMEM 的或。 path ENOTDIR 设 fchdir() errno EACCESS 调的进程对 fd 的的（设。读时出。 open() 。 fchdir() 的文件。 fd EBADF 对同的文件调能的。调对进程。 Unix 更同进程工作的。 shell 的的进程（ cd 出。 chdir() shell 调工作内。 chdir() cd 存工作进程能。 getcwd() – 227 –

文件理 7 char *swd; int ret; /* save the current working directory */ swd = getcwd (NULL, 0); if (!swd) { perror (”getcwd”); exit (EXIT_FAILURE); } /* change to a different directory */ ret = chdir (some_other_dir); if (ret) { perror (”chdir”); exit (EXIT_FAILURE); } /* do some other work in the new directory... */ /* return to the saved directory */ ret = chdir (swd); if (ret) { perror (”chdir”); exit (EXIT_FAILURE); } free (swd); 调方更。内内 open() fchdir() 存存工作的存 inode 以方更。何时调内。相 getcwd() 工作的更内 inode, 文件。的方 int swd_fd; swd_fd = open (”.”, O_RDONLY); if (swd_fd == -1) { perror (”open”); – 228 –

文件理 7 exit (EXIT_FAILURE); } /* change to a different directory */ ret = chdir (some_other_dir); if (ret) { perror (”chdir”); exit (EXIT_FAILURE); } /* do some other work in the new directory... */ /* return to the saved directory */ ret = fchdir (swd_fd); if (ret) { perror (”fchdir”); exit (EXIT_FAILURE); } /* close the directory’s fd */ ret = close (swd_fd); if (ret) { perror (”close”); exit (EXIT_FAILURE); } 存以的方（ cd 。 shell bash 工作的进程（进程调 chdir(”/”) 设工作及及的程文处 /。 ( 理设工作或的文。工 ) 作相对相更工作 shell 调的实工实的。 7.2.2 创建目录新提的 POSIX 调 Linux #include <sys/stat.h> – 229 –

文件理 7 #include <sys/types.h> int mkdir (const char *path, mode_t mode); 调能相对或绝对 mkdir() path（ mode（ umask 0。 umask 以方式操作的式进 mode Linux 新的（mode & umask & 01777 。 ˜ 进程的的。新的设 umask mkdir() 的设或文件以 BSD 的方式新将 ID（sgid 属。进程效 ID 将新。调时设 mkdir() -1 errno 进程对写或 path 的或 EACCESS 。存（的。 path EEXIST 效的 path 。 EFAULT 内 path 时。 ELOOP 。 ENAMETOOLONG path 存或空的。 path ENOENT 内存。 ENOMEM path 的设备空间或超。 ENOSPC path 的或。 ENOTDIR path 的文件。 EPERM path 的文件读。 EROFS 7.2.3 移除目录 mkdir() 对的 POSIX 调 rmdir() 将文件上 #include <unistd.h> int rmdir (const char *path); 调时文件 rmdir() path 0。 . .. 的空。调实的能。 path rm -r 的工文件文件 – 230 –

文件理 7 文件内的文件时以 rmdir() 。调时设 rmdir() -1 errno 写 path 的或的 path EACCESS 。。 path Linux path EBUSY 或（时 chroot( ) 能。效的 path 。 EFAULT path 的”.” 。 EINVAL 内 path 时。 ELOOP 。 ENAMETOOLONG path 存或效的。 path ENOENT 内存。 ENOMEM path 的或。 ENOTDIR 的. 。 path .. ENOTEMPTY path 的的（S ISVTX 设进程 EPERM 效的进 ID path ID 程 CAP FOWNER 能。以上原 path 的文件的。 path 的文件以读方式。 EROFS 单的子 int ret; /* remove the directory /home/barbary/maps */ ret = rmdir (”/home/barbary/maps”); if (ret) perror (”rmdir”); 7.2.4 读取目录内容读内的以 POSIX 的文件。实 ls 或的文件存对时操 – 231 –

文件理 7 作给文件或给式的文件时。读内 DIR 对的 #include <sys/types.h> #include <dirent.h> DIR * opendir (const char *name); 调的。 opendir() name 的文件存的内的存内的。以给的文件 #define _BSD_SOURCE /* or _SVID_SOURCE */ #include <sys/types.h> #include <dirent.h> int dirfd (DIR *dir); 调 dir 的文件。时调 dirfd() -1。能内文件程能调操作文件的调。 dirfd() BSD 的扩展 POSIX POSIX 的程。 7.2.4.1 从目录流读取程以读。 opendir() 以给 DIR 对 readder() #include <sys/types.h> #include <dirent.h> struct dirent * readdir (DIR *dir); 调的。。 readdir() dir dirent Linux 的 <dirent.h> struct dirent { ino_t d_ino; /* inode number */ – 232 –

文件理 7 off_t d_off; /* offset to the next dirent */ unsigned short d_reclen; /* length of this record */ unsigned char d_type; /* type of file */ char d_name[256]; /* filename */ }; 段 d name 段内单文件。段 POSIX 的或 Linux 的。将程或 POSIX 的程 d name。程调文件们们的 readdir() 文件或读时 readdir() NULL。时读文件程 readdir() NULL。调将 errno 设 readdir() 0 errno。 readdir() 设的效的 dir。对程 errno EBADF 读。 NULL 7.2.4.2 关闭目录流的 closedir() opendir() #include <sys/types.h> #include <dirent.h> int closedir (DIR *dir); 调的的文件 closedir() dir 时设能的 0。 -1 errno EBADF 的。 dir 实给 find file in dir() readdir() 文件。文件存零 0。 /* * find_file_in_dir - searches the directory ’path’ for a * file named ’file’. * – 233 –

文件理 7 * Returns 0 if ’file’ exists in ’path’ and a nonzero * value otherwise. */ int find_file_in_dir (const char *path, const char *file) { struct dirent *entry; int ret = 1; DIR *dir; dir = opendir (path); errno = 0; while ((entry = readdir (dir)) != NULL) { if (!strcmp(entry->d_name, file)) { ret = 0; break; } } if (errno && !entry) perror (”readdir”); closedir (dir); return ret; } 7.2.4.3 用于读取目录内容的系统调用的读内的提的。 C POSIX 内调内更给 readdir() getdents() 出调 #include <unistd.h> #include <linux/types.h> #include <linux/dirent.h> – 234 –

文件理 7 #include <linux/unistd.h> #include <errno.h> /* * Not defined for user space: need to * use the _syscall3( ) macro to access. */ int readdir (unsigned int fd, struct dirent *dirp, unsigned int count); int getdents (unsigned int fd, struct dirent *dirp, unsigned int count); 调们。空间程的调 C opendir(), readdir() closedir()。 7.3 链接的 inode 的映射。 , 单的上（ inode 的 inode 的的。单 inode（或单文件以同时。 /etc/customs /var/run/ledger 子的映射同文件 inode 的 inode 同的同文件 /etc/customs /var/run/ledger 。文件文件的以。的示的的。或的。同文件文件。我们的。文件以零或。文件文件文件 1 能或。 0 的文件文件上对的。文件 0时文件空。∗ 进程文件时文件文件。进程文件文件。的文件文件工 fsck 的工作。的 ∗ 0 文件然文件。内能文件空以。文件以。 – 235 –

文件理 7 Linux 内进理。文件的实的。文件 0时文件。文件文件 inode 的映射时的更的。文件我们将。 7.3.1 硬链接作的 Unix 调我们以 link() POSIX 存文件的新 link() #include <unistd.h> int link (const char *oldpath, const char *newpath); 调存的文件 oldpath 的新 link() nwepath 同文件实上我们 0。 oldpath newpath 。 ” ” 时调设 -1 errno 调的进程对的或 oldpath EACCESS 对的写。 newpath 存 link() 将存的。 newpath EEXIST 效的 oldpath 或 newpath 。 EFAULT 内（。 I/O EIO oldpath 或 newpath 时。 ELOOP 的 inode 的。 oldpath EMLINK ENAMETOOLONG oldpath 或 newpath 。 oldpath 或 newpath 存。 ENOENT 内存。 ENOMEM newpath 的设备新的空间。 ENOSPC oldpath 或 newpath 。 ENOTDIR newpath 的文件新的或 old- EPERM 。 path – 236 –

文件理 7 读文件上。 newpath EROFS 同文件上。（Linux 单 newpath oldpath EXDEV 文件方即能。子新的文件 privateer 同 pirate in- 文件 ode（即同 /home/kidd int ret; /* * create a new directory entry, * ’/home/kidd/privateer’, that points at * the same inode as ’/home/kidd/pirate’ */ ret = link (”/home/kidd/privateer”, /home/kidd/pirate”); if (ret) perror (”link”); 7.3.2 符号链接的 symlinks 或。的相同处文件的文件的同的的文件。文件的文件（的。时内的（调以”l” 的调操作 lstat() 文件。同文件的文件。能相对或绝对。以的的或的”..” 。 ”.” 的的以能文件。实上以能存（或存的文件。空的。时空的的存的时。 – 237 –

文件理 7 的调相 #include <unistd.h> int symlink (const char *oldpath, const char *newpath); 调 oldpath 的 symlink() newpath 0。时设 symlink() -1 errno 调的进程对 oldpath 的或对 EACCESS newpath 的写。存 symlink( ) 将存的。 newpath EEXIST 效的 oldpath 或 newpath 。 EFAULT 内 I/O ( )。 EIO oldpath 或 newpath 时。 ELOOP 的 inode 的。 oldpath EMLINK ENAMETOOLONG oldpath 或 newpath 。 oldpath 或 newpath 存。 ENOENT 内存。 ENOMEM newpath 的设备新的空间。 ENOSPC oldpath 或 newpath 的。 ENOTDIR newpath 的文件新的。 EPERM 读文件上。 newpath EROFS 以 /home/kidd/pirate 的（相对 /home/kidd/privateer int ret; /* * create a symbolic link, * ’/home/kidd/privateer’, that * points at ’/home/kidd/pirate’ */ ret = symlink (”/home/kidd/privateer”, ”/home/kidd/pirate”); – 238 –

文件理 7 if (ret) perror (”symlink”); 7.3.3 解除链接的操作即文件。提的调 unlink() 处理 #include <unistd.h> int unlink (const char *pathname); 调文件 unlink() pathname 0。文件的文件文件。进程文件进程文件内文件文件。进程文件文件。文件。 pathname 文件（设备或 socket 调 pathname FIFO 文件文件文件的进程以。时设 unlink() -1 errno 调的进程对 pathname 的写或对 EACCESS 的。 pathname 效的 pathname 。 EFAULT 内 I/O ( )。 EIO 。 pathname EISDIR pathname 时。 ELOOP 。 ENAMETOOLONG pathname 存。 pathname ENOENT 内存。 ENOMEM pathname 的。 ENOTDIR 。 EPERM 读文件上。 pathname EROFS 。程我们更（ unlink() ” 的 rmdir() 。 ” – 239 –

文件理 7 对文件的提 C remove() #include <stdio.h> int remove (const char *path); 调文件文件 remove() path 0。 path remove() 调 remove() 调 unlink() path rmdir()。时以调出的 remove() -1 errno unlink() rmdir() 效。 7.4 复制和移动文件的文件处理文件, cp mv 实。文件新给文件内的。文件新的同对文件的将（同存文件的。文件的。备的。 7.4.1 复制然能实文件的 Unix 或调。 cp 或 GNOME s Nautilus 文件理工实能。文件 src dst 的文件的步 1. src。存存零。 2. dst 3. 将 src 读内存。 4. 将写 dst。操作读写 5. src dst。 6. dst。 7. src。子的文件 mkdir() 单。 – 240 –

文件理 7 7.4.2 移动操作 Unix 提文件的调。 ANSI C 文件操作的调对文件操作 POSIX #include <stdio.h> int rename (const char *oldpath, const char *newpath); 调将 rename() oldpath newpath。文件内 inode 。 oldpath 同文件调将。 mv ∗ newpath 工调操作。时 oldpath 的文件。 rename() 0 newpath 时调 oldpath 或 newpath 设 -1 errno 调的进程对 oldpath 或 newpath 的写或 EACCESS 对 oldpath 或 newpath 的或时对 oldpath 的写。实 oldpath 时 rename（更新 oldpath oldpath 的 ..。 oldpath 或 newpath 。 EBUSY 效的 oldpath 或 newpath 。 EFAULT newpath oldpath oldpath EINVAL 的子。 newpath 存。 oldpath EISDIR oldpath 或 newpath 时。 ELOOP 的或 oldpath oldpath EMLINK 的。 newpath ENAMETOOLONG oldpath 或 newpath 。 oldpath 或 newpath 的存或空的 ENOENT 。内空间。 ENOMEM 然 Linux 设备即们同设备上能将 ∗ 。 – 241 –

文件理 7 设备空间。 ENOSPC oldpath 或 newpath 的（的 ENOTDIR 或 oldpath newpath 存。空。 newpath ENOTEMPTY 的设 (sticky EPERM 调进程的效文件 bit) ID 的进程。 ID 文件读。 EROFS 同文件上。 oldpath newpath EXDEV 对同文件相的。 7-1 表格 7-1 不同类型文件互相移动效果文件存 dst dst dst dst 文件文件文件 dst src src EISDIR dst 空 dst src ENOTDIR src dst dst ENOTEMPTY src dst EISDIR dst 存 src ENOENT ENOENT ENOENT ENOENT 对以上同文件上调 src dst EXDEV。 7.5 设备节点设备程设备的文件。程设备上的 Unix I/O（读写时内以同 – 242 –

文件理 7 文件 I/O 的方式处理。内将给设备。设备处理 I/O 操作。设备提设备程设备或的。设备上件的。 Unix 设备 Unix 的处理。对件同的 read() mmap() 进操作 write() Unix 的。内何设备处理设备属性设备设备。设备对的设备映射内。设备的设备对内的设备（原设备上的 open() 设 -1 errno 的设备存的设备。 ENODEV。我们 7.5.1 特殊设备节点的 Linux 上的设备。设备 Linux 的们 Linux ABI 的出的。空设备设备设备设备文件的 /dev/null 1 3。读写。内对设备的写。对文 root 件的读文件（EOF 。零设备设备设备空设备内 /dev/zero 1 5。对零设备的写。读设备。 null 满设备设备设备零设备读 /dev/full 1 7。（’\\0’ 。写设备满。 null ENOSPC 设备同的。们对程处理（满文件。空设备零设备写们提 I/O 操作。 7.5.2 随机数生成器内的设备们的设备 /dev/random /dev/urandom。设备 1 8 9。内的设备集内将集的单存内。内的。 – 243 –

文件理 7 读 /dev/random 时的。作的子或的。理上能单的能的的。的理上存的( 周的内能对能 ), 的。 0时读将对的以能满读。性; 即内以对 /dev/urandom 设备的读。对性的程 ( GNU 的。程 Privacy Guard ) 内的 I/O /dev/urandom /dev/random。时读段的时间。、 /dev/random 的。 7.6 带外通信 Unix 文件。单的读写操作 Unix 能的对的能操作。时程的文件。对设备对设备的读将对件读写设备将件。进程何读的（（DTR 进程设的校调理的 ioctl()。 ioctl I/O 以进 #include <sys/ioctl.h> int ioctl (int fd, int request, ...); 调文件的文件 fd 内进程对文件 fd 何操 request 作。能或式（或给内。 – 244 –

文件理 7 的程以 CD-ROM 设备出 CDROMEJECT 。设备程的。程的能 eject #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <sys/ioctl.h> #include <unistd.h> #include <linux/cdrom.h> #include <stdio.h> int main (int argc, char *argv[]) { int fd, ret; if (argc < 2) { fprintf (stderr, ”usage: %s <device to eject>\\n”, argv[0]); return 1; } /* * Opens the CD-ROM device, read-only. O_NONBLOCK * tells the kernel that we want to open the device * even if there is no media present in the drive. */ fd = open (argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK); if (fd < 0) { perror (”open”); return 1; } /* Send the eject command to the CD-ROM device. – 245 –

文件理 7 */ ret = ioctl (fd, CDROMEJECT, 0); if (ret) { perror (”ioctl”); return 1; } ret = close (fd); if (ret) { perror (”close”); return 1; } return 0; } Linux CD-ROM 设备程的性。内 CDROMEJECT 时对文件的文件（真实文件时或设备 ioctl() （设备时处理。 CD-ROM 设备出。我们将进程的子。 ioctl() 7.7 监视文件事件 Linux 提文件以文件的读写 inotify 或操作。设写 s Nautilus 的文件 GNOME 理。文件示内文件 Nautilus 理的将。读内更内更新示。段性的上的方。更的文件或文件理读间。 inotify 内能件时（push 程。文件内出的示 Nautilus。 Nautilus 的文件。的程文件件。备工工。 – 246 –

文件理 7 inotify 能程进实时操作文件或写时以更新备或。的的的 inotify dnotify。 dnotify 文件。相对程更 dnotify , inotify。 inotify 内程操作文件时的操作（ 2.6.13 select() 。我们 poll() inotify , inotify。 7.7.1 初始化 inotify 进程对。调 inotify inotify init() 实的文件 inotify #include <inotify.h> int inotify_init (void); 时设 inotify init() -1 errno 的实。 inotify EMFILE 文件的。 ENFILE 内存。 ENOMEM 我们对 inotify 进以 int fd; fd = inotify_init ( ); if (fd == -1) { perror (”inotify_init”); exit (EXIT_FAILURE); } 7.7.2 监视进程设。（watch descrip- inotify 示相的。 tor Unix 内进程何件（读写或。 – 247 –

文件理 7 以文件。时 inotify inotify 文件（子的文件的的件。 7.7.2.1 增加新监视调文件或 path 上 inotify add watch() 件实 mask fd #include <inotify.h> int inotify_add_watch (int fd, const char *path, uint32_t mask); 时调新的。时 inotify add watch() 设 -1 errno 读的文件。的进程能读文件。 path EACCESS 文件效的 inotify 实。 fd EBADF 效的 path 。 EFAULT 效的件。 mask EINVAL 内存。 ENOMEM 。 inotify ENOSPC 7.7.2.2 监视掩码或件的进或 inotify <inotify.h> 文件读。 IN ACCESS 文件写。 IN MODIFY 文件（或扩展属性 IN ATTRIB 。文件以写式。 IN CLOSE WRITE IN CLOSE NOWRITE 文件以写式。文件。 IN OPEN 文件出。 IN MOVED FROM 文件。 IN MOVED TO – 248 –

文件理 7 文件。 IN CREATE 文件。 IN DELETE 对。 IN DELETE SELF 对。 IN MOVE SELF 的件单或件的件。 IN ALL EVENTS 及的件（ IN CLOSE WRITE IN CLOSE IN CLOSE NOWRITE 。及的件（ IN MOVED FROM IN MOVE IN MOVED TO 。我们存的 inotify 实新的 int wd; wd = inotify_add_watch (fd, ”/etc”, IN_ACCESS | IN_MODIFY); if (wd == -1) { perror (”inotify_add_watch”); exit (EXIT_FAILURE); } 子对读写。文件读或写 /etc /etc 件 inotify 文件 wd 提。我们 inotify fd fd 示件。 inotify 7.7.3 inotify 事件我们件 <inotify.h> inotify event inotify #include <inotify.h> struct inotify_event { int wd; /* watch descriptor */ uint32_t mask; /* mask of events */ uint32_t cookie; /* unique cookie */ uint32_t len; /* size of ’name’ field */ – 249 –

文件理 7 char name[]; /* null-terminated name */ }; 同示示 inotify add watch() wd mask 件。文件件存对的 wd name 文件。零。的 len len name 进以的 inotify event 能对 name null 。的时 inotify event len 能 strlen()。读文件 /home- wd /home/rlove IN ACCESS。 /rlove/canon 时 name 将将我们时以 cannon len 6。相对同 len 将将 /home/rlove/canon 0 name 0（。相的件。我们将。 cookie 7.7.3.1 读取 inotify 事件件单读 inotify 实相的文件即 inotify 。 inotify 提性性以单读读件（ slurping 小。段 name 读件的 read() inotify 方。我们实 inotify 实对实的。我们读处理的件 char buf[BUF_LEN]__attribute__((aligned(4))); ssize_t len, i = 0; /* read BUF_LEN bytes’ worth of events */ len = read (fd, buf, BUF_LEN); /* loop over every read event until none remain */ while (i < len) { struct inotify_event *event = (struct inotify_event *) &buf[i]; printf (”wd=%d mask=%d cookie=%d len=%d – 250 –

文件理 7 dir=%s\\n”, event->wd, event->mask, event->cookie, event->len, (event->mask & IN_ISDIR) ? ”yes” : ”no”); /* if there is a name, print it */ if (event->len) printf (”name=%s\\n”, event->name); /* update the index to the start of the next event */ i += sizeof (struct inotify_event) + event->len; } inotify 文件的操作文件程能 select() 。进程单程进文件 I/O 时 poll() epoll() 件。 inotify 件。件 inotify 能件 inotify 的。能 wd IN IGNORED 或对存时。我们将件。作对。（设作对文件。 IN ISDIR 出。内内存内对件 IN Q OVERFLOW inotify 的小。处理的件上时内件将。读小以件。对的设备。对效内将 IN UNMOUNT 件。 IN IGNORED 能件设们。程将处理件的。件 /* Do NOT do this! */ if (event->mask == IN_MODIFY) printf (”File was written to!\\n”); else if (event->mask == IN_Q_OVERFLOW) – 251 –

文件理 7 printf (”Oops, queue overflowed!\\n); 相的进 if (event->mask & IN_ACCESS) printf (”The file was read from!\\n”); if (event->mask & IN_UNMOUNTED) printf (”The file’s backing device was unmounted!\\n); if (event->mask & IN_ISDIR) printf (”The file is a directory!\\n”); 7.7.3.2 关联” 移动” 事件件自作的 N MOVED FROM IN MOVED TO 给新。能” ” 文件的程更效（程对的文件进程将件。我们的 cookie 段。 inotify event 段 cookie 零将件的。设进程 /bin /sbin。 /bin 7 /sbin 8。文件 /bin/compass /sbin/compass 内将件。 inotify 件将 wd 7 mask IN MOVED FROM name com- 件将 pass。 wd 8 mask IN MOVED TO name com- 件 cookie 相同 pass。 12。文件内件。件的 wd 的。的文件或出的进程将的件。 cookie 的件程的。 7.7.4 高级监视选项新的时以或 mask – 252 –

文件理 7 设 path 的文件或 IN DONT FOLLOW inotify add watch() 。对存的文件调 ino- IN MASK ADD 更新新提的 mask。 tify add watch() 设提的件的 mask 。设内给对上件自 IN ONESHOT 。实上单的。设提的对时 IN ONLYDIR 。文件调 path ino- 。 tify add watch() 时 init.d /etc /etc/init.d 对 /etc/init.d 的 int wd; /* * Watch ’/etc/init.d’ to see if it moves, but only if it is a * directory and no part of its path is a symbolic link. */ wd = inotify_add_watch (fd, ”/etc/init.d”, IN_MOVE_SELF | IN_ONLYDIR | IN_DONT_FOLLOW); if (wd == -1) perror (”inotify_add_watch”); 7.7.5 删除 inotify 监视实示能调 inotify 实 inotify rm watch( ) #include <inotify.h> – 253 –

文件理 7 int inotify_rm_watch (int fd, uint32_t wd); 调 inotify 实（文件的 inotify rm watch() fd 的 wd 0。 int ret; ret = inotify_rm_watch (fd, wd); if (ret) perror (”inotify_rm_watch”); 时调设 -1 errno 效的 inotify 实 fd。 EBADF 给 inotfy 实上的效。 EINVAL wd 时内件。内 IN IGNORED 操作的时件。的文件文件的。内性以程 IN IGNORED。件处理对件处理。对 IN IGNORED GNOME 理的上的的 s Beagle 的。 7.7.6 获取事件队列大小处理件小以 inotify 实文件上 ioctl（。的以示的的 FIONREAD unsigned int queue_len; int ret; ret = ioctl (fd, FIONREAD, &queue_len); if (ret < 0) perror (”ioctl”); else printf (”%u bytes pending in queue\\n”, queue_len); – 254 –

文件理 7 的的小的件。程以的小对段 name 小的 inotify event（ sizeof() 件。然更的进程以处理的将读的。文件 <sys/ioctl.h> FIONREAD。 7.7.7 销毁 inotify 实例 inotify 实及的实的文件单 int ret; /* ’fd’ was obtained via inotify_init( ) */ ret = close (fd); if (fd == -1) perror (”close”); 然文件内自文件进程出时。 – 255 –

内存理 8 第 8 章内存管理对进程内存的。的内内存理存（allocation 内存操（manipulation 的内存 (release)。内存的 allocate ( ) 的的。然更的内存。然的操作的进程的内存何的。将进程段内存的方以及方的。我们将及设操作内存内的方何内存的程内页。 8.1 进程地址空间的操作 Linux 将的理内存。进程能理内存上 Linux 内进程的空间（virtual address space 。空间性的 0 。 8.1.1 页和页面调度空间页。的以及页的小（页的小的的页的小 )∗ 。 4K(32 ) 8K(64 页效（invalid 效 (valid) 效页（valid 理页或存相或 page 上的文件。效页（invalid page 或。对效页的段。空间的。然性实上间的小。进程能处存的页页理内存的页小原页小程进 ∗ ABI（的。程时页小我们我们将以。 – 256 –

内存理 8 的页相。进程的页存理单（MMU 页（page fault 。然内存的页。存理内存（上同空间以内页理内存出 (paging out) 存将的页出空间。内将能的页出以性能。 8.1.1.1 共享和写时复制存的页属同进程的空间能映射同理页。同的空间（share 理内存上的。的能读的或读写的。进程写的写页时能以。单的内操作页的进程将写操作的。的进程对同页读写程上的作同步。写操作异作内 MMU 的页的以进程进写操作。我们将方写时（copy-on-write （COW 。读的以效的 ∗ 空间。进程写页时以页的内工作进程自的。写时以页单进的文件以效的进程。进程对页写时能新的。 8.1.2 存储器区域内将相同的页（blocks 读写。存（memory regions 段（segments 或映射（mappings . 进程以的存 •文段（text segment 进程的读的。文段读文件（程 Linux 或文件映射内存。段 (stack) 进程的的的或 • 写时子进程进程的空间。 ∗ fork() – 257 –

内存理 8 。程的的。 (local variables) 段 (data segment) 进程的存空 • (heap) 间。段写的的小以的。空间的( 将 malloc )。 • BSS 段∗ (bss segment) 的。同的 C 的 ( 0)。方。段存的 Linux 的以 (ld) 实上将的存对文件。以进文件的小。段内存时内单的写时的原将们映射 0 的页上效的设的。空间映射文件文件自 C或 • 的文件。以 /proc/self/maps 或 pmap 程的出我们能进程的映文件。将 Linux 提的何内存、映射的。 8.2 动态内存分配内存同以自内存理的内存的以及的。内存进程时的时的的小时。作程程的空间或内存的时间内存。文件或的存内存的时。文件的小以及内的的的小的程读内存。提内存的。提内存 C C struct pirate ship 的提内存空间存 pirate ship。程对内存进操作子 struct pirate ship*。的内存的 C malloc(): 的原。 ∗ block started by symbol – 258 –

内存理 8 #include <stdlib.h> void *malloc (size_t size); 调 malloc() 时小的内存 size 内存的。内存的内的自 0. 时设 malloc() NULL errno ENOMEM。 malloc() 的单的子。小的内存 char *p; /* give me 2 KB! */ p = malloc (2048); if (!p) perror (”malloc”); 或空间存 struct treasure_map *map; /* * allocate enough memory to hold a treasure_map stucture * and point ’map’ at it */ map = malloc (sizeof (struct treasure_map)); if (!map) perror (”malloc”); 调时自的的。 C void 以子调时将 malloc() 的。提自的。 C++ 的对 C++ malloc() 的作 : char *name; /* allocate 512 bytes */ name = (char *) malloc (512); if (!name) – 259 –

内存理 8 perror (”malloc”); C 的程喜将（ malloc 的对。的 void。我 void 的时出。更的的时的 BUG∗ 。 malloc 时能。以对的程 malloc NULL 的。程的 malloc() malloc() NULL 时程。程们作 xmalloc() /* like malloc(), but terminates on failure */ void *xmalloc (size_t size) { void *p; p = malloc (size); if (!p) { perror (”xmalloc”); exit (EXIT_FAILURE); } return p; } 8.2.1 数组分配的内存小的时内存将更。内存的子。时的小的的。处理 C提 calloc() #include <stdlib.h> void *calloc (size_t nr, size_t size); 的的。 Int 的自的以 ∗ int 。。 – 260 –

内存理 8 调时以存的内存 calloc() 以内存方式的内存小 (nr size )。的（能的 int *x, *y; x = malloc (50 * sizeof (int)); if (!x) { perror (”malloc”); return -1; } y = calloc (50, sizeof (int)); if (!y) { perror (”calloc”); return -1; } 的的。同的 calloc 将的 malloc 0进。的 50 的 y 0 x 的。程上给的 50 程的的。的进 calloc() 的。 0 0 的内存即内存存 0 的。的我们提的 memset 内存的。更内以提 0 的内 calloc 存。时设 malloc() calloc() NULL errno ENOMEM。我们提 calloc 以的以及 C 。以们自的 /* works identically to malloc( ), but memory is zeroed */ void *malloc0 (size_t size) – 261 –

内存理 8 { return calloc (1, size); } 我们以方的将 malloc0 我们的 xmalloc /* like malloc( ), but zeros memory and terminates on failure */ void *xmalloc0 (size_t size) { void *p; p = calloc (1, size); if (!p) { perror (”xmalloc0”); exit (EXIT_FAILURE); } return p; } 8.2.2 调整已分配内存大小提（或小的内存的 C 小 #include <stdlib.h> void *realloc (void *ptr, size_t size); 调 realloc() 将 ptr 的内存的小。 size 新空间的扩内存的时的能 ptr。能的空间上小 realloc size size 小的空间将原的新空间然将的空间。何新的小的原内存的内。的操作以扩原的 realloc() 操作能相时的。效 ptr 上调 free() 相同。 size 0 – 262 –

内存理 8 。 NULL 的 ptr NULL malloc() ptr 调的 malloc(), calloc(), 或 realloc() 的。的时设时 ptr 的内存 realloc() NULL errno ENOMEM。。我们原存的。我们 calloc() 的空间存的 map struct map *p; /* allocate memory for two map structures */ p = calloc (2, sizeof (struct map)); if (!p) { perror (”calloc”); return -1; } /* use p[0] and p[1]... */ 我们的以我们内存的小将的空间给能的操作我们 ( map 的时间时 map ): /* we now need memory for only one map */ r = realloc (p, sizeof (struct map)); if (!r) { /* note that ’p’ is still valid! */ perror (”realloc”); return -1; } /* use ’r’... */ free (r); realloc() 调。的原。 p[0] 以然的。我们 realloc() p 内存。方调我们 p 的空间小。我们的 r（ p 时。 r – 263 –

内存理 8 8.2.3 动态内存的释放自内存空间自。同的内存将进程空间的式。程们将的内存给。（然进程出的时的存然存。 malloc(), calloc(), 或的内存的时 realloc() 给 free() #include <stdlib.h> void free (void *ptr); 调的内存。调 malloc(), calloc(), 或 free() ptr ptr realloc() 的。能的内存 free() 空间间的。能时调 free() 时 ptr NULL free() ptr NULL。我们子 void print_chars (int n, char c) { int i; for (i = 0; i < n; i++) { char *s; int j; /* * Allocate and zero an i+2 element array * of chars. Note that ’sizeof (char)’ * is always 1. */ s = calloc (i + 2, 1); if (!s) { perror (”calloc”); break; – 264 –

内存理 8 } for (j = 0; j < i + 1; j++) s[j] = c; printf (”%s\\n”, s); /* Okay, all done. Hand back the memory. */ free (s); } } 空间的 n n （2 （n+1 。然将的 n+1 的将 c（ 0 将s 。调 X 我们以 print chars() n 5 c X XX XXX XXXX XXXXX 然的更效率的方实能的内存的单小时我们以的内存。 SCO 的 Unix 提 free() 的 SunOS 的的能 cfree() free() 能 calloc() 相对. free() 能处 Linux 理我们及的存的内存。的然我们 Linux 的 cfree()。 free() 的。子调 free() 的。程将存空间给更的的 s – 265 –

内存理 8 我们对内存进操作。我们将程内存以及内存的程出 (memory leak)。内存的更的程的小。将 C C 的内存理给程以程对的内存。的（use-after-free 。的内存。调内存我们 free() 能对进操作。程或内存的。的工以 Electric Fence valgrind∗ 。 8.2.4 对齐的对件的内存间的 (alignment) 。的小的时自然对 (naturally aligned)。对的的 )的 32bit 4( ( 的自然对。以的小 0), 2n 的的件的。 n 0。对的对方的。的对的将处理的。对对的的的性能的。写的的时对的的自然对。 8.2.4.1 预对齐内存的分配自处理对。 POSIX C 的内存空间对的对 malloc(),calloc() realloc() C 的。的以8 对 Linux 32 以 16 对的。 64 时对更的页程的对。然相同的工作将 I/O 或件的对。 POSIX 1003.1d 提 posix memalign() 的 /* one or the other -- either suffices */ #define _XOPEN_SOURCE 600 http://perens.com/FreeSoftware/ElectricFence/ 以及 http://valgrind.org。 ∗ – 266 –

内存理 8 #define _GNU_SOURCE #include <stdlib.h> int posix_memalign (void **memptr, size_t alignment, size_t size); 调时的内存 posix memalign() size alignment 进对的。 2的以及 void 小的 alignment 。的内存的存 memptr 0. 调时内存 memptr 的 2的或的。 EINVAL void 的内存满的。 ENOMEM 的对设给 errno 出。的内存。单 posix memalign() free() char *buf; int ret; /* allocate 1 KB along a 256-byte boundary */ ret = posix_memalign (&buf, 256, 1024); if (ret) { fprintf(stderr, ”posix_memalign: %s\\n”, strerror (ret)); return -1; } /* use ’buf’... */ free (buf); 更的。 POSIX posix memalign( ) BSD SunOS 提 #include <malloc.h> void * valloc (size_t size); – 267 –

内存理 8 void * memalign (size_t boundary, size_t size); valloc() 的能的页对的。 malloc() 页的小。 getpagesize() 相以 boundary 对的 memalign() boundary 2 的。子的内存存 ship 页的上 struct ship *pirate, *hms; pirate = valloc (sizeof (struct ship)); if (!pirate) { perror (”valloc”); return -1; } hms = memalign (getpagesize ( ), sizeof (struct ship)); if (!hms) { perror (”memalign”); free (pirate); return -1; } /* use ’pirate’ and ’hms’... */ free (hms); free (pirate); 的内存以。的 Linux free() 提的 Unix 内存。出性能 free（以上的内存。更的上时 Linux 的程以。 malloc() 的 posix memalign()。满对时。 – 268 –

内存理 8 8.2.4.2 其它对齐问题的对内存对以进扩展。的的对将的更。对同的进以及的时对的。。的的对单的自然对更的。的的对的的的。 • 的以4 对的 32bit 的以4 对。对的以自的对 • 。以能以 1 对能以 4 char ( ) int ( 对自作 int 以 4 对。程 ) 3 们时的的空间。以将的小进。时 GCC 以。时出。 -Wpadded 的对的。 • 的对的。以对 • 对的对。以的自然对的。。处理绝的对以的的时。然的处理的时。设对的对的的时处理能对的对。的段 badnews 的程将c c 读 unsigned long char greeting[] = ”Ahoy Matey”; char *c = greeting[1]; unsigned long badnews = *(unsigned long *) c; 能以 4 或 8 对然以1 unsigned long c 对。进读将对。的的 c – 269 –

内存理 8 同的上同小性能程。以能处理对的内出的进程 SIGBUS 进程。我们。的子实出的的。然实的子们更。 8.3 数据段的管理上提理段的。然 Unix malloc() 的方更程。我满的同时给自实的的 #include <unistd.h> int brk (void *end); void * sbrk (intptr_t increment); 的时同 Unix 段。存的段的上段的。的 (break) 或 (break point)。段存自的内存映射我们映射的。调设段的 )的的时 brk() ( end。的时设 0。 -1 errno ENOMEM。调 sbrk() 将段。 sbrk() increment increment 的。以 0时的的 increment printf(”The current break point is %p\\n”,sbrk(0)); 。的 Unix POSIX C 。的程的。 – 270 –

内存理 8 8.4 匿名存储器映射 glibc 的内存段内存映射。实方 malloc( ) 将段的小 2的的小的的满。单的将。相的空的们更的。的空的以 brk( 将内存给。 ) 内存（buddy memory allocation scheme 。的单的。的内存的小时内（Internal fragmentation 。内存的率。空存满单的空间以处理时的。同内存（能更的或的（的存。内存的能将 glibc 的内存给。内存的 A B。 A 处的 A的 B B A 能相的调。存的内存 glibc 的空空间。将空间给。 ∗ glibc 。 glibc 的内存以的。的的内存时小段的小。 glibc 方的。对的内存映 glibc 射。（anonymous memory mapping 满。存映射的文件的映射相文件 - 以。实上内存映射的的内存以 0 。以单的。映射的存的以段内。映射内存处。程内存的时映射 • 内存给。更进的存。 ∗ glibc arena – 271 –

内存理 8 存映射的小的调的以设能的映射 • （。存的内存映射。理的。 • 映射存映射页小的。以小页 • 的的空间。对小的空间的更相对的空间的空间将更。新的内存映射内存的 • 及何内操作。小的的。自的 glibc 的 malloc() 段满小的内存映射满的。的调的（的内存的同。 glibc 128KB 小的实相的 128KB 存映射实。 8.4.1 创建匿名存储器映射或内存映射或写自的内存工自的内存映射将 Linux 单。内存映射 mmap（ munmap（ #include <sys/mman.h> void * mmap (void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); int munmap (void *start, size_t length); 理文件存映射文件的存映射更单。的。我们子 – 272 –

内存理 8 void *p; p = mmap (NULL, /* do not care where */ 512 * 1024, /* 512 KB */ PROT_READ | PROT_WRITE, /* read/write */ MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, /* anonymous, private */ -1, /* fd (ignored) */ 0); /* offset (ignored) */ if (p == MAP_FAILED) perror (”mmap”); else /* ’p’ points at 512 KB of anonymous memory... */ 对的映射 mmap() 的子。然程映射小的。设映射以内的 • start NULL 上。然给以的页对的 non-NULL 性。实上程真映射上 ! 同时设映射 • prot PROT READ PROT WRITE 读写的。能读写的空存映射的。方将映射映射能的。设映射的设 • flags MAP ANONYMOUS 映射的。 MAP PRIVATE 设将的。然 • MAP ANONYMOUS fd offset 更的程的 fd -1 性。映射的内存上的。映射进的处的页 0进。内写时 (copy-on-write) 将内存映射 0 的页上的。同时对的内存实上 memset()。 memset（效的原 calloc（ malloc（ glibc 映射 0的映射的 calloc() 式的零 – 273 –

内存理 8 。调映射的内存给内。 munmap() int ret; /* all done with ’p’, so give back the 512 KB mapping */ ret = munmap (p, 512 * 1024); if (ret) perror (”munmap”); 的映射。 mmap() munmap() 8.4.2 映射到 /dev/zero Unix ( BSD) MAP ANONYMOUS 。相们的设备文件 /dev/zero 实的方。设备文件提内存相同的。 0 的写时页的映射存。 Linux /dev/zero 设备以映射文件 0 的内存。实上 MAP ANONYMOUS Linux 的程方。对的 Linux 提或上程然以将 /dev/zero 作映射 Unix 方。文件的映射 void *p; int fd; /* open /dev/zero for reading and writing */ fd = open (”/dev/zero”, O_RDWR); if (fd < 0) { perror (”open”); return -1; } /* map [0,page size) of /dev/zero */ p = mmap (NULL, /* do not care where */ getpagesize ( ), /* map one page */ – 274 –

内存理 8 PROT_READ | PROT_WRITE, /* map read/write */ MAP_PRIVATE, /* private mapping */ fd, /* map /dev/zero */ 0); /* no offset */ if (p == MAP_FAILED) { perror (”mmap”); if (close (fd)) perror (”close”); return -1; } /* close /dev/zero, no longer needed */ if (close (fd)) perror (”close”); /* ’p’ points at one page of memory, use it... */ 映射方式的存然映射的。 munmap() 然方设备文件以的调。内存映射的方。 8.5 高级存储器分配及的存操作内的的程以。以 mallopt() #include <malloc.h> int mallopt (int param, int value); 调将的存理相的设 mallopt() param value。时调时以 0 0。对能的。 Linux param <malloc.h> MALLOC CHECK 的（将 M CHECK ACTION 。 – 275 –

内存理 8 满存的存映射 M MMAP MAX 。时能段进映射。 0 时将映射存的。映射段满存 M MMAP THRESHOLD 的（以单。的时小能映射满存的。 0时映射满的段满。 Fast bin 的小（以单。 Fast bins M MXFAST 的内存的内存给以满的内存。 0时 fasy bin 将。调段的的（padding M TOP PAD 。段的小时 glibc brk() 能更的内存调 brk() 的能性。相段的时 glibc 的内存将的给。的。 0时。 XPG mallopt(), :M GRAIN, M KEEP, 实上何作。 M NLBLKS。 Linux 8-1 们的以及的。 – 276 –

内存理 8 效 M CHECK ACTION Linux 0 0-2 M GRAIN XPG Linux >=0 M KEEP XPG Linux >=0 M MMAP MAX Linux 64*1024 >=0 0 mmap() M MMAP THRESHOLD Linux 128*1024 >=0 0 M MXFAST XPG 64 0-80 0 fast bin M NLBLK XPG Linux >=0 M TOP PAD Linux 0 >=0 0 程调 malloc() 或内存方 mallopt() 单 /* use mmap( ) for all allocations over 64 KB */ ret = mallopt (M_MMAP_THRESHOLD, 64 * 1024); if (!ret) fprintf (stderr, ”mallopt failed!\\n”); 8.5.1 使用 malloc usable size() 和 malloc trim() 进行调优 Linux 提 glibc 内存的。程内存 #include <malloc.h> size_t malloc_usable_size (void *ptr); 调时的内存的实小。 malloc usable size() ptr 能扩内存存的或映射存 glibc 的空间能的。然能的小。的子 size_t len = 21; size_t size; char *buf; – 277 –

内存理 8 buf = malloc (len); if (!buf) { perror (”malloc”); return -1; } size = malloc_usable_size (buf); /* we can actually use ’size’ bytes of ’buf’... */ 程的的内存给内 glibc #include <malloc.h> int malloc_trim (size_t padding); 调时段能 malloc trim() 。然时空的内存 1。 0。时自。 M TRIM THRESHOLD glibc M TOP PAD 作。将调以的方。们的将 glibc 内存的给的程。 8.6 调试内存分配程以设存的调 MALLOC CHECK 能。的调以内存的效率的然的调段的。能调新的程。以单的 $ MALLOC_CHECK_=1 ./rudder 设存。设 0 1 出出 stderr。设 2 进程即。 abort( ) 的程的以 setuid 程 MALLOC CHECK 。 8.6.1 获得统计数据 Linux 提存的 mallinfo() – 278 –

内存理 8 #include <malloc.h> struct mallinfo mallinfo (void); mallinfo() 的调将存。 mallinfo 的。的段。 <malloc.h> /* all sizes in bytes */ struct mallinfo { 的段的小malloc */ int arena; /* int ordblks; /* 空的 */ int smblks; /* fast bin 的 */ 映射的 int hblks; /* */ 映射的小 */ int hblkhd; /* int usmblks; /* */ 的fast 的小bin */ int fsmblks; /* 的的空间 */ int uordblks; /* 的小 */ int fordblks; /* 的空间的小 */}; int keepcost; /* 单 struct mallinfo m; m = mallinfo(); printf (”free chunks: %d\\n”, m.ordblks); 提将内存相的 Linux stats() 出（stderr #include <malloc.h> void malloc_stats (void); 内存操作的程调的 : Arena 0: system bytes = 865939456 in use bytes = 851988200 – 279 –

内存理 8 Total (incl. mmap): system bytes = 3216519168 in use bytes = 3202567912 max mmap regions = 65536 max mmap bytes = 2350579712 8.7 基于栈的分配我们的的内存存映射实的。我们自然的们映射的。程空间的存程的自（automatic variables 的。然程能进内存理的。出的单的。实内存调 alloca() #include <alloca.h> void * alloca (size_t size); 调时小的内存。内存 alloca() size 的调的（时, 内存将自 main 。的实时时 NULL alloca() 能或能。出的出。（实上能的内存。以 malloc() 示能给的文件 ( /etc) 时。新的然将提的文件的 int open_sysconf (const char *file, int flags, int mode) { const char *etc = SYSCONF_DIR; /* ”/etc/” */ char *name; name = alloca (strlen (etc) + strlen (file) + – 280 –

内存理 8 1); strcpy (name, etc); strcat (name, file); return open (name, flags, mode); } 时的内存的自 open sysconf alloca() 。调 alloca() 的能的 alloca() 内存然何工作以。 malloc() 实的相同的 int open_sysconf (const char *file, int flags, int mode) { const char *etc = SYSCONF_DIR; /* ”/etc/” */ char *name; int fd; name = malloc (strlen (etc) + strlen (file) + 1); if (!name) { perror (”malloc”); return -1; } strcpy (name, etc); strcat (name, file); fd = open (name, flags, mode); free (name); return fd; } 的能的内存作调的 alloca() 的内存存的。的 – 281 –

内存理 8 /* DO NOT DO THIS! */ ret = foo (x, alloca (10)); 的。或出 alloca() 的。小小的出 alloca() 出程。存。出 alloca() 们对 alloca() 的。以性 alloca()。然 Linux 上们的工。的异 alloca() 出（ alloca() 进内存单) malloc() 的性能。对小的内存 alloca() 能 Linux 的性能。 8.7.1 栈中的复制串的时。 alloca() /* we want to duplicate ’song’ */ char *dup; dup = alloca (strlen (song) + 1); strcpy (dup, song); /* manipulate ’dup’... */ return; /* ’dup’ is automatically freed */ 以及 alloca() 实的效提 Linux 将给的 strdup() #define _GNU_SOURCE #include <string.h> char * strdupa (const char *s); char * strndupa (const char *s, size_t n); 调 s的。 strndupa() 将的n 。 strdupa( ) s 然自上空。 s n s n alloca() 的。调时的自。 POSIX 或们的操作的 alloca( ) strdupa( ) strndupa( ) – 282 –

内存理 8 。性。然 Linux 上 alloca() 以及的的以单的内存方性能上的提单的内存的方式。 8.7.2 变长数组进（VLAs 的时的 C99 的时。。 C99 将 GNUC 对的的。 VLAs alloca() 相的方存的。的方的 for (i = 0; i < n; ++i) { char foo[i + 1]; /* use ’foo’... */ } 段 char 的。 foo i+1 foo 的时自。我们 alloca() 内存空间将时。 VLA VLA 内存。以 VLA n alloca() 。我们能写我们的 n*(n+1)/2 open sysconf() int open_sysconf (const char *file, int flags, int mode) { const char *etc; = SYSCONF_DIR; /* ”/etc/” */ char name[strlen (etc) + strlen (file) + 1]; strcpy (name, etc); strcat (name, file); return open (name, flags, mode); } – 283 –

内存理 8 的的内存程 alloca() 存的内存出作。的方式。我们能空间以何作的 for 小内存的（我们的内存。然出原我们空间能的 alloca() 然更理的。单给程异的 alloca() 。的。 8.8 选择一个合适的内存分配机制内存的方式能程们的。的 malloc() 的。然方更。 8-2 内存理的原 – 284 –

内存理 8 方式单方的内存零 malloc() 空间时 calloc() 内存 0 调的空间小能调空间 realloc() 的小对进对 brk() sbrk() 内存映射单小。时调提自内 malloc() 空间的存映射的内存何理相对新性 posix memalign() 的小进对对对的的时相对对 memalign() posix memalign() POSIX 的 Unix 上更的能 valloc() posix memalign() 的方式能 alloca() 的小对小 Unix 的上出能 alloca() 空间 alloca() 的方时式更 Unix alloca() 我们能以上方式的自。 : 时以及单的程们以及内存。 – 285 –

内存理 8 8.9 存储器操作提进内存操作。的能操作 C strcmp() 以及 strcpy()) 们处理的对提的内存 ( 以 NULL 的。。程的的内存作的将的 , 段。 8.9.1 字节设置的内存操作的 memset() #include <string.h> void * memset (void *s, int c, size_t n); 调 memset() 将的n 设 s c s。将内存零 /* zero out [s,s+256) */ memset (s, ’\\0’, 256); 的相同能的。新的 bzero() BSD Linux 出对的性的提 memset() bzero() #include <strings.h> void bzero (void *s, size_t n); 的调能 memset() 的子 bzero (s, 256); 的文件 <strings.h> bzero()（ b ) <string.h>。以内存 calloc() memset() 。内存上进 malloc() memset() – 286 –

内存理 8 零。然能的将调零的空间 calloc() 更。处调内存零的内存然工 calloc() 的将零效。 8.9.2 字节比较 strcmp() 相内存相 memcmp() #include <string.h> int memcmp (const void *s1, const void *s2, size_t n); 调 s2 的内存相同 memcmp() s1 n 0 s1 小小 0的 0的。 s2 BSD 同提自能的 #include <strings.h> int bcmp (const void *s1, const void *s2, size_t n); 调 s2 的内存 bcmp() s1 n 0 。的存（的对 0 memcmp() 或相的。同的 bcmp() 实能的内相。的的 /* are two dinghies identical? (BROKEN) */ int compare_dinghies (struct dinghy *a, struct dinghy *b) { return memcmp (a, b, sizeof (struct dinghy)); } 程们能的。方实的工作然的 memcmp() – 287 –

内存理 8 /* are two dinghies identical? */ int compare_dinghies (struct dinghy *a, struct dinghy *b) { int ret; if (a->nr_oars < b->nr_oars) return -1; if (a->nr_oars > b->nr_oars) return 1; ret = strcmp (a->boat_name, b->boat_name); if (ret) return ret; /* and so on, for each member... */ } 8.9.3 字节移动 src 的 memmove() n dst dst #include <string.h> void * memmove (void *dst, const void *src, size_t n); 同 BSD 提的实相同的能 #include <strings.h> void bcopy (const void *src, void *dst, size_t n); 出的的相同们的的的的。 bcopy() 以处理内存（ dst 的 bcopy() memmove() 。们内存给的内上或 src 。然程。以C 内存的 memmove() 。能 – 288 –

内存理 8 #include <string.h> void * memcpy (void *dst, const void *src, size_t n); src 间能。 dst memmove() 的的。的 memccpy() #include <string.h> void * memccpy (void *dst, const void *src, int c, size_t n); 的 memccpy() memcpy() c src n 时。的或 c时 dst c NULL。我们以的内存 mempcpy() #define _GNU_SOURCE #include <string.h> void * mempcpy (void *dst, const void *src, size_t n); 的 mempcpy() memcpy() memccpy() 的内存的的的。内存的时的。的性能提的。的。 dst+n GNU 8.9.4 字节搜索以内存给的 memchr() memrchr() #include <string.h> void * memchr (const void *s, int c, size_t n); 的的n c将 memchr() s c unsigned char #define _GNU_SOURCE – 289 –

内存理 8 #include <string.h> void * memrchr (const void *s, int c, size_t n); c的的 c NULL。的内存 memrchr() memchr() s n 。同 GNU 的扩展的 memchr() memrchr() C 。对更的的 memmem() 以内存的 #define _GNU_SOURCE #include <string.h> void * memmem (const void *haystack, size_t haystacklen, const void *needle, size_t needlelen); haystacklen 的内存 memmem() haystack needlelen 的 needle 的子的。能 haystack 同 GNU 的扩展。 needle NULL。 8.9.5 字节加密 Linux 的 C 提进单的 #define _GNU_SOURCE #include <string.h> void * memfrob (void *s, size_t n); 将s 的的n 42 进异或操作 memfrob() 对进。 s。对相同的调以将。程对 memfrob() 进实性的操作 secret memfrob (memfrob (secret, len), len); 时绝对的（更的的对的单处理。。 GNU – 290 –

内存理 8 8.10 内存锁定 Linux 实页调页调时将页进时出。进程的空间实的理内存小的同时上的空间提理内存的对进程的程（内页调的。然程能的页调性（Determinism 时间的程自页的调。内存操作页的 - 操作 - 程能超出的时间。能的页内存进程能内存操作页提的的程提效能。性（Security 内存能页调以的方式存上。的以的方式存上的内存的备能存文件。性的能。的程以将理内存上。然内的能对的的。的性性能提的页内存的页能出内存。我们相内的设将的页出能的页。的的能将的页出。 8.10.1 锁定部分地址空间将或更的页理内 POSIX1003.1b-1993 存们。给的间 – 291 –

内存理 8 #include <sys/mman.h> int mlock (const void *addr, size_t len); 调 mlock() 将的内存。的 addr len 时设 0 -1 errno。调将 [addr,addr+len) 的理内存页。调的理页将。 POSIX 页对。 Linux 真的时 addr 的将 addr 调的页。对的程页对的。 addr 的 errno 。 EINVAL len 的页 ( ENOMEM RLIMIT MEMLOCK )。进程。（同 EPERM RLIMIT MEMLOCK 0 CAP IPC LOCK 。的子进程进程处 fork() 的内存。然 Linux 对空间写时子进程的页内存子进程对们写操作。子设程内存的。进程以的页 int ret; /* lock ’secret’ in memory */ ret = mlock (secret, strlen (secret)); if (ret) perror (”mlock”); 8.10.2 锁定全部地址空间进程理内存的空间 mlock() 。 POSIX 满实时的 mlockall() – 292 –

内存理 8 #include <sys/mman.h> int mlockall (int flags); 进程空间理内存的页。 mlockall() 的或操作以 flags 设将映射的页（ MCL CURRENT mlockall() 段映射文件) 进程空间。设将映射的页 MCL FUTURE mlockall() 进程空间。程同时设。时时 0 设 -1 errno 。 EINVAL len 的页的 ENOMEM RLIMIT MEMLOCK ( )。进程。（同 EPERM RLIMIT MEMLOCK 0 CAP IPC LOCK 。 8.10.3 内存解锁提将页内存内将 POSIX 页出 #include <sys/mman.h> int munlock (const void *addr, size_t len); int munlockall (void); 调 len 的内存的页。 munlock() addr mlock() 的效。 mlockall() 的效。时 munlockall() 时设 0 -1 errno （对 munlock() 。 EINVAL len 的页的。 ENOMEM 进程。（同 EPERM RLIMIT MEMLOCK 0 CAP IPC LOCK 。 – 293 –

内存理 8 内存。以 mlock() 或 mlockall() mlock() 或 munlock() 即页的。 8.10.4 锁定的限制内存的能的性能 - 实上的页内存 ——Linux 对进程能的页进。的进程能的页。的进 CAP IPC LOCK 程能。将 RLIMIT MEMLOCK 32KB( 内存 )对性能。（ 6 设 8.10.5 这个页面在物理内存中吗？出调的 Linux 提以给 mincore() 内的内存理内存 #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> int mincore (void *start, size_t length, unsigned char *vec); 调 mincore() 提调时映射页理内存。页对 vec start（对的内存的页的。 vec 的对 length（内的页对页然对。。页理内 vec (length-1+page size)/page size 存对的的 1 0。。时时设 0。 -1 errno 内的满。 EAGAIN 。 EFAULT vec 页对。 EINVAL start 的内存文件的映射。 ENOMEM [address,address+1) – 294 –

内存理 8 调能以 MAP SHARED 的文件的映射 , 上。程上的。 8.11 投机性存储分配策略。进程内的内存 - 扩的 Linux 段或新的存映射 - 内作出实上给进程何的理存。进程对新的内存作写操作的时内理内存。内页上工作时进页调写时。处理。内存内将工作实进时)。页的 ( 真理内存的时理存。的内存能实的理内存的空间。超（overcommitment 。 8.11.1 超量使用和内存耗尽页理存相时理存的更更的程。超写时映射 2GB 文件内出 2GB 的理存。超映射 2GB 文件的存进程映射真进写操作的页的小。同超页进写时 fork() 操作空内存空间。的进程满超的内存理内存空间时或更的。内给进程内存调进程 ( ), 的内存内能进程的内存以满的。超内存以满时我们内存（OOM （out of memory 。处理 OOM 内 OOM (killer) 进程。的内出内存的进程。实出以效的超实的。然 OOM - – 295 –

内存理 8 以的进程然 OOM OOM (killer) 。对出的内文件 /proc/sys/vm/overcom- 超能相的 sysctl 的 vm.overcommit memory mit memory 。的内的超理内实 0 超超出时。 1时的将。对存的程 ( ) 们实更的内存时。 2时的（strict accounting 。式的内存小空间小上调的理内存小。以文件 /proc/sys/vm/overcommit ratio 设作 vm.overcommit ratio 的 sysctl 相。的内存 50 空间上理内存的。理内存内页页页东。的能满。时小设 OOM (killer) 的。然程进的、超能满的设内存的。 – 296 –

9 第 9 章信号提处理异步件的件。件以自（或自程或内内的 Ctrl-C 进程以零的。作进程间（IPC 的式进程以给进程。件的异步的（以程的何时程对的处理异步的。处理内 Ctrl-C 时内程的异步调处理。 Unix 的。时间的的进。性方的能出的能方以的。同的 Unix 对同的。的的处理。 POSIX Linux 提的我们将的。我们们的。我们理操作的。 Linux 出的程。即设进的程（的然处理程。 9.1 信号概念的周。（我们时出或。然内存以。空内的处理。内进程的以以程何操作。能 SIGKILL 的原理能或进 SIGSTOP。程进程能进程能或 SIGKILL（进程能将。 SIGSTOP（处理内进程的的。进程。进程 – 297 –

9 的方。的的。进程 SIGINT SIGTERM 处理的能 SIGINT 提示。进程 SIGTERM 以的理工作或时文件。 SIGKILL 能。 SIGSTOP 操作操作作的。操作进程。对 SIGKILL 。然程的的提的的的程对们。我们们的操作。处理的对。内能给的程提的上文能的更的 IPC 。 9.1.1 信号标识符以 SIG 的。 SIGINT Ctrl- C时出的进程调时的 SIGABRT abort() SIGKILL 进程时的。文件的。处理程单的 <signal.h> 相。的映射实的同的 Unix 同的的以同的方式映射的（。 SIGKILL 9 的程的读的的。的（性。 1 SIGHUP 31 的程们的。何的 0 的空。空实的调（的。 kill() 0 以的的。 kill-l 9.1.2 Linux 支持的信号出的。 9-1 Linux – 298 –

9 9-1 – 299 –

9 操作进内存 abort() SIGABRT alarm() SIGALRM 件或对进内存 SIGBUS 子进程 SIGCHLD 进程 SIGCONT 异进内存 SIGFPE 进程的（的 SIGHUP 出进程进内存 SIGILL （Ctrl-C SIGINT 异步 IO 件（Ctrl-C (a) SIGIO 能的进程 SIGKILL 读进程的写 SIGPIPE 读进程的写 SIGPROF SIGPWR 出（Ctrl-\\ 进内存 SIGQUIT 效内存进内存 SIGSEGV 处理 (b) SIGSTKFLT 进程 SIGSTOP 进程效调进内存 SIGSYS 以的进程 SIGTERM 进进内存 SIGTRAP 操作（Ctrl-Z SIGSTP 进程读 SIGTTIN 进程写 SIGTTOU 处理 I/O SIGURG 进程自的 SIGUSR1 进程自的 SIGUSR2 调 ITIMER VIRTUAL SIGVTALRM setitimer() 时小 SIGWINCH 进程超进内存 SIGXCPU – 300 – 文件超进内存 SIGXFSZ

9 的 Unix （。 a BSD b Linux 内。的存 Linux 将们 SIGINFO SIGPWR∗ SIGIOT SIGABRT SIGPOLL SIGLOST SIGIO。我们我们的将给调的进程。然进程 SIGABRT abort() 内存文件。 Linux assert() 件的时调 abort()。调 SIGALRM alarm() setitimer()（以 ITIMER REAL 超时时调们的进程。将以及相的。进程内存的件时 SIGBUS 内存的 Unix SIGSEGV。的对的内存。然 Linux 内能自。进程以的方式对内存映射的的内存 mmap()（时内。内将进程进内存。进程或时内给进程的进程 SIGCHLD 。的的进程对 SIGCHLD 们的子进程存进程示处理。的处理程调 wait()（的内子进程的 pid 出。进程时内给进程 SIGCONT 。的进程操作以。或新。的的异 SIGFPE 相的异。异出的。的存。 ∗ Alpha – 301 –

9 以 0。的操作进程内存文件进程以处理。进程进程的及操作的的。的时内给进程 SIGHUP 。进程时内给进程的进程。操作进程出。进程示进程们的文件。给 Apache 以新读文 SIGHUP http.conf 件。的的 SIGHUP 性的。的进程。进程时内 SIGILL 。操作进程进内存。进程以处理 SIGILL 的的。（时给 SIGINT Ctrl-C 进程的进程。的操作进程进程以处理进理工作。的 I/O 件时出。（ SIGIO BSD 对的对 Linux I/O 的。调出的存给 SIGKILL kill() 理提的方件进程。能或的进程。进程写读的进程 SIGPIPE 内。的操作进程以处理。时超时调 SIGPROF ITIMER VIRTUAL 。操作进程。 setitimer() 相的。 SIGPWR Linux – 302 –

9 件（的（UPS 。进程然作出 UPS 进理。出（时内给 SIGQUIT Ctrl-\\ 进程的进程。的操作进程进内存。的段进程进内存 SIGSEGV 时内出。映射的内存读的内存读的内存或写的内存写。进程以处理的操作进程进内存。出。件进程 SIGSTOP kill() 能或。进程调效的调时内进 SIGSYS 程。进文件新的操作上的（新的调的操作上能。 glibc 进调的进文件。相效的调将 errno 设 -1 ENOSYS。的进 SIGTERM kill() 程（操作。进程以进程进理及时的进程的。进程时内给进程。 SIGTRAP 调进程。（ Ctrl-Z 时内给 SIGTSTP 进程的进程。进程的读时 SIGTTIN 给进程。的操作进程。进程的写时 SIGTTOU – 303 –

9 给进程。的操作进程。（OOB 时内给进程 SIGURG 。超出的。给自的内 SIGUSR1 SIGUSR2 们。进程以以何的 SIGUSR1 SIGUSR2。的示进程进同的操作。的操作进程。以 ITIMER VIRTUAL 的时超时时 SIGVTALRM 。时。 setitimer() 小时内给进程的进程 SIGWINCH 。的进程们的小们以处理。的程的子 top— 时的小何的。进程超处理时内给进程 SIGXCPU 。内的进程出或超处理。超内给进程。 SIGKILL 进程超的文件小时内给进程 SIGXFSZ 。的操作进程或文件超的调将 -1 将 errno 设 EFBIG。 9.2 基本信号管理单的理。 signal() ISO C89 的的同调的。提更的我们将。 Linux 的的的相 signal() ISO C 我们 : #include <signal.h> typedef void (*sighandler_t)(int); – 304 –

9 sighandler_t signal (int signo, sighandler_t handler); 的调的操作以 handler signal() signo 的新处理程。 signo 的的 SIGINT 或 SIGUSR1。进程能给 SIGKILL SIGSTOP 设处理程的。处理理的（的 void 程方给。处理的（。处理以处理。 SIGUSR2 原 void my_handler (int signo); typedef 将原的 Unix Linux sighandler t。们自的能以 sighandler t 。性的程。内给处理程的进程时内程的调处理程。的给处理程提给 signal() 的。 signo 以示内对的进程或新设 signal() 的操作。以的实 SIG DFL 将 signo 示的设操作。对进程将 SIGPIPE 。示的。 SIG IGN signo 的操作处理程 signal() SIG DFL 或 SIG IGN 的。出时设 SIG ERR errno。 9.2.1 等待信号出调写示的的的 pause() 调以 POSIX 进程进程处理或进程的 #include <unistd.h> int pause (void); – 305 –

9 的时处理 pause() 将 errno 设内出的 pause() -1 EINTR。进程。 Linux 内单的调。操 pause() 作。将进程的。然调 schedule() Linux 进程调进程。进程实上何件内的。实调。 ∗ C 9.2.2 例子我们单的子。子单的 SIGINT 处理程然程（ SIGINT #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> /* SIGINT 的处理程 */ static void sigint_handler (int signo) { /* 上处理程 * printf() 的。 * *我以。 */ printf (”Caught SIGINT!\\n”); exit (EXIT_SUCCESS); } int main (void) 单的调。的们。 ∗ pause() getpid() gettid() – 306 –

9 { /* sigint_handler 作 SIGINT 的处理程 * 。 */ if (signal (SIGINT, sigint_handler) == SIG_ERR) { fprintf (stderr, ”Cannot handle SIGINT!\\n”); exit (EXIT_FAILURE); } for (;;) pause ( ); return 0; } 的子我们相同的处理程 SIGTERM SIGINT 。我们将 SIGPROF 操作（进程 SIGHUP（进程 #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> /* SIGINT 的处理程 */ static void signal_handler (int signo) { if (signo == SIGINT) printf (”Caught SIGINT!\\n”); else if (signo == SIGTERM) printf (”Caught SIGTERM!\\n”); else { – 307 –

9 /* */ fprintf (stderr, ”Unexpected signal!\\n”); exit (EXIT_FAILURE); } exit (EXIT_SUCCESS); } int main (void) { /* signal_handler 作 SIGINT 的处理程。 * */ if (signal (SIGINT, signal_handler) == SIG_ERR) { fprintf (stderr, ”Cannot handle SIGINT!\\n”); exit (EXIT_FAILURE); } /* signal_handler 作 SIGTERM 的处理程。 * */ if (signal (SIGTERM, signal_handler) == SIG_ERR) { fprintf(stderr, ”Cannot handle SIGTERM!\\n”); exit (EXIT_FAILURE); } /* 将 SIGPROF 设操作。 */ if (signal (SIGPROF, SIG_DFL) == SIG_ERR) { fprintf (stderr, ”Cannot reset SIGPROF!\\n”); exit (EXIT_FAILURE); } SIGHUP 。 */ /* if (signal (SIGHUP, SIG_IGN) == SIG_ERR) { – 308 –

9 fprintf (stderr, ”Cannot ignore SIGHUP!\\n”); exit (EXIT_FAILURE); } for (;;) pause ( ); return 0; } 9.2.3 执行与继承进程时的设操作进程（新进程的进程们新的进程。新进程何进程的操作的。理的的进程进程的空间何的处理程能存。进程程的的内进程时（或进程进程新的进程出。内进程将 SIGINT SIGQUIT 设处理的程以 SIG IGN。的。时处理 /* SIG_INT */ if (signal (SIGINT, SIG_IGN) != SIG_IGN) { if (signal (SIGINT, sigint_handler) == SIG_ERR) fprintf (stderr, ”Failed to handle SIGINT!\\n”); } 时处理 /* SIGQUIT */ if (signal (SIGQUIT, SIG_IGN) != SIG_IGN) { if (signal(SIGQUIT, sigquit_handler) == SIG_ERR) fprintf (stderr, ”Failed to handle SIGQUIT!\\n”); – 309 –

9 } 设的的出 signal() 的。我们的。 fork() 的能的同。进程调 fork() 时子进程同的。理的子进程进程同空间进程的处理程然存子进程。 9.2.4 映射信号编号为字符串我们的子我们将。时将的更方（。方以的。 extern const char * const sys_siglist[]; 存的的进 sys siglist 。的 psignal() 的 BSD Linux #include <signal.h> void psignal (int signo, const char *msg); 调出提的 msg psignal() stderr 空示的。效的出 signo signo 将进提示。更的的 strsignal()。 Linux Linux #define _GNU_SOURCE #include <string.h> char *strsignal (int signo); 调的。效 strsignal() signo signo 的的以提示（的 Unix NULL 。的调效的程 strsignal() 的。 – 310 –

9 的。方我们以写我们的 sys siglist 处理程 static void signal_handler (int signo) { printf (”Caught %s\\n”, sys_siglist[signo]); } 9.3 发送信号调我们的 kill 以的 kill() kill() 进程进程 #include <sys/types.h> #include <signal.h> int kill (pid_t pid, int signo); 的 kill() 给 pid 的进程 signo。给调进程的进程的进程。 pid 0 signo 调进程的进程出 pid -1 signo 调进程自。我们将小的理。 init pid 小给进程 -1 signo -pid。的出调 kill() 0。的。的（调将 errno 设以 -1 的效。 EINVAL signo EPERM 调进程的进程。的进程或进程存或进程进程。 ESRCH pid 9.3.1 权限给进程的进程的。 CAP KILL 的进程（的进程能给何进程。进程的效的或真的进程的真的或存的 ID 单的能给或自的进程。 ID。 – 311 –

9 同进 Unix SIGCOUT 程以给何的进程。相同。 ID 提的空调 signo 0 然进。对进程的给的进程时。 9.3.2 例子以何给进程 1722 的进程 SIGHUP 的 int ret; ret = kill (1722, SIGHUP); if (ret) perror (”kill”); 以上段的 kill 能相同 $ kill -HUP 1722 我们给 1722 进程实上何我们以方式进 int ret; ret = kill (1722, 0); if (ret) ; /* 我们 */ else ; /* 我们 */ 9.3.3 给自己发送信号单的进程给自的方 raise() #include <signal.h> int raise (int signo); – 312 –

9 调 raise (signo); 的调的 kill (getpid (), signo); 调时时。设 0 0 errno。 9.3.4 给整个进程组发送信号方的给进程的进程单进程的 ID 的作调 kill() #include <signal.h> int killpg (int pgrp, int signo); 调 killpg (pgrp, signo); 的调 kill (-pgrp, signo); 即的 kill() 给调进程的 pgrp 0 进程 signo。时时将 errno 设以 killpg() 0 -1 的效。 EINVAL signo EPERM 调进程的给进程。的进程存。 ESRCH pgrp 9.4 重入内时进程能的何。进程能的操作进程将处的（更新或进。进程能处理。 – 313 –

9 时处理程能进程处理程以何。何进程设的处理程谨的对的操作及的。处理程对进程时的何设。（的时谨。的处理程的的我们时的方提处理处理程进程的操作方。调的进程写文件或内存处理程同文件写或调或 malloc() 时进程调存的 strsignal() 然的。程的处理程调同的的。以的调自（或同进程的程的。能操作操作的或调提的调何的。 9.4.1 有保证的可重入函数写处理程时设的进程能处的（或的东。处理程。布（即的单处理程的。的们 POSIX.1-2003 Unix 上的单。出 9-2 。的的 9-2 – 314 –

9 abort() accept() access() aio error() aio return() aio suspend() alarm() bind() cfgetispeed() cfgetospeed() cfsetispeed() cfsetospeed() chdir() chmod() chown() clock gettime() close() connect() creat() dup() dup2() execle() execve() Exit() exit() fchmod() fchown() fcntl() fdatasync() fork() fpathconf() fstat() fsync() ftruncate() getegid() geteuid() getgid() getgroups() getpeername() getpgrp() getpid() getppid() getsockname() getsockopt() getuid() kill() link() listen() lseek() lstat() mkdir() mkfifo() open() pathconf() pause() pipe() poll() posix trace event() pselect() raise() read() readlink() recv() recvfrom() recvmsg() rename() rmdir() select() sem post() send() sendmsg() sendto() setgid() setpgid() setsid() setsockopt() setuid() shutdown() sigaction() sigaddset() sigdelset() sigemptyset() sigfillset() sigismember() signal() sigpause() sigpending() sigprocmask() sigqueue() sigset() sigsuspend() sleep() socket() socketpair() stat() symlink() sysconf() tcdrain() tcflow() tcflush() tcgetattr() tcgetpgrp() – 315 – tcsendbreak() tcsetattr() tcsetpgrp() time() timer getoverrun() timer gettime() timer settime() times() umask()

9 更的的的 Linux POSIX 的。 9.5 信号集我们将提的操作集进程的的集或处理的集。以出的集操作以理集 #include <signal.h> int sigemptyset (sigset_t *set); int sigfillset (sigset_t *set); int sigaddset (sigset_t *set, int signo); int sigdelset (sigset_t *set, int signo); int sigismember (const sigset_t *set, int signo); set 给的集将集空（的 sigemptyset() 集。 sigfillset() set 给的集将满（的集内。集调 0。。 sigaddset() 将 signo set 给的集 sigdelset() 将 signo set 给的集。时时 0 -1 errno 设效的。 EINVAL signo 的集 signo set sigismember() 1 时设效。 0 -1。 errno EINVA signo 9.5.1 更多的信号集函数上的的以何的 Unix POSIX 。 Linux 提的 #define _GNU_SOURCE #define <signal.h> int sigisemptyset (sigset_t *set); – 316 –

9 int sigorset (sigset_t *dest, sigset_t *left, sigset_t *right); int sigandset (sigset_t *dest, sigset_t *left, sigset_t *right); set 给的集空的 sigisemptyset() 1 0。 sigorset() 将集 left right 的（进或给 dest。 sigandset() 将集 left right 的（进给 dest。时时 0 将 errno 设 -1 EINVAL。的的程 POSIX 们。 9.6 阻塞信号我们处理程异步的。我们能处理程内调的们的。的程处理程程时程的间（自处理程的时我们我们时们。我们。何的处理们。进程以进程的进程的。 POSIX Linux 实理进程的 #include <signal.h> int sigprocmask (int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); sigprocmask() 的 how 的以 SIG SETMASK 调进程的 set。的调进程的。 SIG BLOCK set set 的集（进或。的调进程的。 SIG UNBLOCK set 集（进的集（进 set – 317 –

9 。将的的。空的将 oldset 设的集。 oldset 空的然设 set how oldset 的。给 set 空的方。调时 errno 设示 how 0。 -1 EINVAL 效的或设示 set 或 oldset 效。 EFAULT SIGKILL 或 SIGSTOP 的。 sigprocmask() 的何将的。 9.6.1 获取待处理信号内的时。我们处理。处理时内给进程处理。处理集的 POSIX #include <signal.h> int sigpending (sigset_t *set); 的调将 set 设处理的集 sigpending() 0。时调将 errno 设效。 -1 EFAULT set 9.6.2 等待信号集的进程时的 POSIX 出进程或进程处理的 #include <signal.h> int sigsuspend (const sigset_t *set); 进程。处 sigsuspend() 理处理程将 errno 设 sigsuspend() -1 EINTR。效设 set errno EFAULT。程间的时集将的 sigsuspend()。进程 sigprocmask() 存。出进程调 sigsuspend() 将 oldset 给 set。 oldset – 318 –

9 9.7 高级信号管理我们的 signal() 的。的 C 对的操作能小的设提的理的。作调 POSIX sigaction() 提更的理能。处理程时以的以时操作进程的 #include <signal.h> int sigaction (int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); 调示的的以 sigaction() signo signo 的何。空的调将 SIGKILL SIGSTOP act 的的。空的调存 act oldact （或的空的给的。 act 的。文件 <sys/signal.h> <signal.h> 以 sigaction 式 struct sigaction { 处理程或操作 */ void (*sa_handler)(int); /* void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); 的 sigset_t sa_mask; /* */ int sa_flags; /* */ 时 void (*sa_restorer)(void); /* POSIX */ } 时的操作。对能 sa handler signal() 示操作能示内或 SIG DFL SIG IGN 处理的。的处理程相同的原 signal() – 319 –

9 void my_handler (int signo); 将 sa flags SA SIGINFO sa sigaction sa handle 示处理。的原同 void my_handler (int signo, siginfo_t *si, void *ucontext); 作的作 siginfo t （作。。 siginfo t ucontext t void 给处理程提的我们。（能的 Unix sa handler 能给同时。 sa sigaction 提处理程时的集。程 sa mask 处理程间的提的。处理的的将 sa flags 设。以 SIGKILL 或 SA NODEFER 调的们。 SIGSTIO sa mask 零或更示的的。我们 sa flag signo sa flags 的以 SA SIGINFO SA NODEFER 示子进程或 SA NOCLDSTOP signo SIGCHLD 时提。以自子进程子进程 SA NOCLDWAIT signo SIGCHLD 时进程进程（能子进程调对子进程进程 wait() 的 wait()。。时 SA NOMASK POSIX SA NODEFER （。 SA NODEFER 的能。时 SA ONESHOT POSIX SA NODEFER （文。 SA NODEFER 的能。示的调给的处理 SA ONSTACK 程 sigaltstack() 提的。提 – 320 –

9 的的的提。的的然们小程的 pthreads 程的程处理程时能出。我们进步 sigaltstack()。以的调以 BSD 新。 SA RESTART 示性式。处理程给 SA RESETHAND 设操作。时的。 POSIX 的 sa restorer Linux 。存。时 sigaction() 时调将 errno 设以 0。 -1 EFAULT act 或 oldact 效。效的 SIGKILL 或 SIGSTOP。 EINVAL signo 9.7.1 siginfo t 结构的 siginfo t <sys/signal.h> typedef struct siginfo_t { int si_signo; /* */ int si_errno; /* errno */ int si_code; /* */ 进程的PID */ pid_t si_pid; /* 进程的真实UID */ uid_t si_uid; /* 出或 int si_status; /* */ 时间 clock_t si_utime; /* */ 时间 clock_t si_stime; /* */ sigval_t si_value; /* */ int si_int; /* POSIX.1b */ void *si_ptr; /* POSIX.1b */ 的内存 void *si_addr; /* */ 件 */ int si_band; /* – 321 –

9 /* 文件 int si_fd; */ }; 给处理程的（ sa sigaction sa sighandler 。 Unix 的实 IPC（进程间的方。能们 SA SIGINFO 时然我 sigaction() signal()。 siginfo t 们方上的能。的进程的以及的原。以对的的。的处理程提（ si signo 的。零示的。对的 si errno 效。进程以及（自 kill() 出。我们 si code 能的。对的效。对示进程的 PID。 si pid SIGCHLD 对示进程自的 UID。 si uid SIGCHLD si status 对示进程的出。 SIGCHLD si utime 对示进程的时间。 SIGCHLD si stime 对示进程的时间。 SIGCHLD si ptr 的。 si value si int 对的（的的 si int sigqueue() 以作。对的（的的 si ptr sigqueue() 以 void 作。 si addr 对 SIGBUS SIGFPE SIGILL SIGSEGV SIGTRAP void 的。对内 SIGSEGV 存的（。 NULL si band 对示 si fd 出的文件的。 SIGPOLL 对示操作的文件的。 si fd SIGPOLL – 322 –

9 相对的进程以们给 si value si int si ptr 进程何。以们或的（进程空间的。的的。对效的。的处理相 POSIX 的时。 SIGPOLL 时。 si fd 9.7.2 si code 的精彩世界的原。对的 si code 何的。对内的的原。以的 si code 对何效的。们何/ 。异步 I/O （。 SI ASYNCIO 内。 SI KERNEL 的（的 SI MESGQ POSIX 内。（。 SI QUEUE sigqueue() 时超时（。 SI TIMER POSIX tkill() 或 tgkill() 。调程的 SI TKILL 的内。。 SI SIGIO SIGIO kill() 或 raise() 。 SI USER 以的 si code 对 SIGBUS 效。们件的 BUS ADRALN 进程对（间对对的。 BUS ADRERR 进程效的理。 BUS OBJERR 进程的件。对以的示子进程给进程时的 SIGCHLD CLD CONTINUED 子进程。子进程。 CLD DUMPED 子进程。 CLD EXITED exit() – 323 –

9 子进程。 CLD KILLED 子进程。 CLD STOPPED 子进程进。 CLD TRAPPED 以的对 SIGFPE 效。们的 FPE FLTDIV 进程以0的。 FPE FLTOVF 进程出的。 FPE FLTINV 进程效的。 FPE FLTRES 进程或效的。 FPE FLTSUB 进程超出的。 FPE FLTUND 进程的。 FPE INTDIV 进程以0的。 FPE INTOVF 进程出的。 FPE FLTDIV 进程以0的。 FPE FLTOVF 进程出的。 FPE FLTINV 进程效的。 FPE FLTRES 进程或效的。 FPE FLTSUB 进程超出的。 FPE FLTUND 进程的。 FPE INTDIV 进程以0的。 FPE INTOVF 进程出的。以对 SIGILL 效。们的性 si code ILL ILLADR 进程进的式。 ILL ILLOPC 进程的操作。 ILL ILLOPN 进程的操作。 ILL PRVOPC 进程操作。 ILL PRVREG 进程存上。进程进的。 ILL ILLTRP 对的操作的。 si addr 对以的的 I/O 件 SIGPOLL – 324 –

9 。 POLL ERR I/O POLL HUP 设备或。文件读。 POLL IN 。 POLL MSG POLL OUT 文件能写。文件读的。 POLL PRI 以的对 SIGSEGV 效存的 SEGV ACCERR 进程以效的方式效的内存进程内存的。 SEGV MAPERR 进程效的内存。对操作的。 si addr 对进的 SIGTRAP si code TRAP BRKPT 进程进。 TRAP TRACE 进程进。。 si code 9.8 发送带附加信息的信号我们的以 SA SIGINFO 的处理程。 si value 的以 siginfo t 。的 sigqueue() 进程的 POSIX #include <signal.h> int sigqueue (pid_t pid, int signo, const union sigval value); kill() 的方式。时示的 sigqueue() signo 的进程或进程的的给 pid 0。的的 void – 325 –

9 union sigval { int sival_int; void *sival_ptr; }; 时调将 errno 设以 -1 的效。 EINVAL signo EPERM 调进程的给何的进程。的的（的。 kill() 的进程或进程存或进程进程。 ESRCH pid 9.8.1 例子子给 pid 1722 的进程的 SIGUSR2 404 sigval value; int ret; value.sival_int = 404; ret = sigqueue (1722, SIGUSR2, value); if (ret) perror (”sigqueue”); 1722 进程 SA SIGINFO 处理程处理 SIGUSR2 signo 设设设 SIGUSR2 si->si int 404 si->si code SI QUEUE。 9.9 结论 Unix 程的。们时的内间的能原的进程间。程程件的。然我们们。内（进程的操作的方式。 Unix（Linux 进程理 / 子进程的方式。我们们。的理写出的的处理程 – 326 –

9 。能的处理程出的（以 9-2 们的。的程然 signal() kill() 理。小的 sigaction() sigqueue() 的处理程时的性。 SA SIGINFO 我喜（我文件的的实上 Linux 内的们的 Linux 的实以的（。 – 327 –

时间 10 第 10 章时间时间操作程。内时间墙上时间（或真实时间) 真实世的实时间墙上的时间。进程以及件时间时墙上时间。进程时间即进程的时间空间的时间内进程上的时间。进程对程进时 ( 操作时的进程时墙上时间 )。 Linux 操作的进程时间能墙上时间。进程相时周。 I/O（单调时间时间性的。内的操作 Linux 的时间（的时间。墙上时间能 ( 以进设或调校时间), 性。时间方的的时间示方。单调时间的性以时间性性时间的。单调时间相对时间墙上时间对绝对时间更理。时间方以以式相对时间相对时间（时的子 5 或。 10 绝对时间示何的时间。 1968 3 25 相对绝对时间式的。进程能内 500 新 60 或操作。 7 – 328 –

时间 10 相对时间。能存聚 2 文件将文件时写的时间（ 8 5 的相对时间的时示自的相对时间。以 Unix 1970 1 1 00:00:00 的示绝对时间。 UTC（调世时林 GMT（时间或时间。的即绝对时间 Unix 更相对的。 Unix 的存自以的我们将。件时内的时操作件时时间进程。内率的周时时时间时内将时间单 (system timer)。 tick 或的作 jiffy jiffy。 jiffy (jiffies counter)。 jiffy 以 2.6 Linux 内进。∗ 32 64 的时率同的 Linux HZ 。 HZ 的相的 Linux ABI 的程能能。上 x86 示时（时的率 100 100 。 jiffy 的。 2.6 Linux 内内 100HZ 0.01 1/HZ HZ 的子提 jiffy 的。然 1000 0.001 的。∗ HZ 的 2.6.13 HZ 250 jiffy 0.004 的上以的能提的更的时。进程何的 HZ 时 POSIX 时率的 long hz; hz = sysconf (_SC_CLK_TCK); Linux 内的能时时或实时时即内 ∗ 式 jiffy 。时间的内操作将的时时。内的上以的 ∗ HZ x86 100、 250 1000。空间能何的 HZ 。 – 329 –

时间 10 if (hz &=& -1) perror (‘‘sysconf’’); /* should never occur */ 程时率的时将时间出的时间 POSIX 或的。同的 HZ HZ 的率 ABI 的 x86 上的时周 100。以的 POSIX 示的率。 CLOCKS PER SEC 件。时然时时间然。的件时时存时间。内时件时时间。同时内将时间写件时。理以将时更新时间。 hwclock 理 Unix 的时间进程的设墙上时间时间段时间进的时间以及时。时间相的内。我们将示时间的。 Linux 10.1 时间的数据结构的展们示单的时间 Unix 上实自的时间理。以单的段。我们我们。 10.1.1 原始表示单的文件 <time.h> 。 time t time t 的。然上( 单的 C Unix Linux) 的 typedef long time_t; – 330 –

时间 10 示自以的。对们的 time t 出。实上的然的 Unix 实出出。的能示 32 time t 。示我们将然 2,147,483,647 2038 的的 22:14:07 时件将 2038 18 的。 64 10.1.2 毫秒级精度 time t 相的内。 timeval 对 time t 进扩展。文件 <sys/time.h> 对 : #include <sys/time.h> struct timeval { time_t tv_sec; /* seconds */ suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ }; 。的 suseconds t tv sec tv usec 的 typedef。 10.1.3 纳秒级精度出对的满将提。文件 timespec <time.h> 对 #include <time.h> struct timespec { time_t tv_sec; /* seconds */ long tv_nsec; /* nanoseconds */ }; 更。时间相的更的。然 timespec – 331 –

时间 10 我们将的的然 timeval。实时提的何提的能提的。的的以提的。 10.1.4 “分解”时间我们将的进 Unix 时间间的或示时间。程 C提 tm 将 Unix 时间们理的式。 <time.h> #include <time.h> struct tm { int tm_sec; /* seconds */ int tm_min; /* minutes */ int tm_hour; /* hours */ int tm_mday; /* the day of the month */ int tm_mon; /* the month */ int tm_year; /* the year */ int tm_wday; /* the day of the week */ int tm_yday; /* the day in the year */ int tm_isdst; /* daylight savings time? */ #ifdef _BSD_SOURCE long tm_gmtoff; /* time zone’s offset from GMT */ const char *tm_zone; /* time zone abbreviation */ #endif /* _BSD_SOURCE */ }; 以我们更的理 time t 的 tm 314159 周周（。空间的示时间然的示的时更方。 – 332 –

时间 10 段 tm 的。间以 tm sec 0 59 61 示。 2 小时的。间。 tm min 0 59 的小时。间。 tm hour 0 23 的。间。 POSIX 然 tm mday 0 31 0 示上的。 Linux 以的。间。 tm mon 0 11 以的。 tm year 1900 周以的。间。 tm wday 0 6 以的。间。 tm yday 1 0 365 示时（DST 段的时间效。 tm isdst 效。效。 DST 0 DST DST 的。 tm gmtoff 以的时林时间。段出。 <time.h> BSD SOURCE 时的写段 tm zone EST。 <time.h> 出。 BSD SOURCE 10.1.5 一种进程时间类型示时。。对 clock t 同示实时率（HZ 或 clock t CLOCKS PER SEC。 10.2 POSIX 时钟的调 POSIX 时实示时间的。 clockid t 示的 POSIX 时 Linux 何进程设的单调的时 CLOCK MONOTONIC 。示自以的时间。处理提给进程的时。 CLOCK PROCESS CPUTIME ID 上时时间 i386 – 333 –

时间 10 （TSC 存。真实时间（墙上时间时。设时 CLOCK REALTIME 。进程的时程 CLOCK THREAD CPUTIME ID 的。 POSIX 时间实的。 CLOCK REALTIME 然 Linux 提时的 CLOCK REALTIME。 10.3 时间源精度给时间的。 SIX clock getres() #include <time.h> int clock_getres (clockid_t clock_id, struct timespec *res); 调将 clock id 的时存 clock getres() res 时设以 NULL 0。 -1 errno > 的。 EFAULT res 上的时间。 EINVAL clock id 以的示将出的时间的 clockid_t clocks[] = { CLOCK_REALTIME, CLOCK_MONOTONIC, CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, (clockid_t) -1 }; int i; for (i = 0; clocks[i] != (clockid_t) -1; i++) { – 334 –

时间 10 struct timespec res; int ret; ret = clock_getres (clocks[i], &res); if (ret) perror (‘‘clock_getres’’); else printf (‘‘clock=%d sec=%ld nsec=%ld\\n’’, clocks[i], res.tv_sec, res.tv_nsec); } 上出的子 x86 clock=0 sec=0 nsec=4000250 clock=1 sec=0 nsec=4000250 clock=2 sec=0 nsec=1 clock=3 sec=0 nsec=1 。给 4,000,250 4 0.004 0.004 250 的 x86 时的我们的)。 HZ ( 我们以 CLOCK REALTIME CLOCK MONOTONIC jiffy 及时提的。相的 CLOCK PROCESS CPUTIME ID 更的时间同 CLOCK THREAD CPUTIME ID 上能提。 x86 TSC Linux 上（ POSIX 时的 Unix 将文件。的 librt 的程能以的 $ gcc -Wall -W -O2 -lrt -g -o snippet snippet.c 10.4 取得当前时间程出以的时间示给相对时间或的时间给件时间。单的时间的方 time() – 335 –

时间 10 #include <time.h> time_t time (time_t *t); time() 调时间以自以的的的示。将时间写提的。 t NULL t 时设相的 -1（ time t errno 。能的 errno 的。 EFAULT t 子 time_t t; printf(‘‘current time: %ld\\n’’, (long) time (&t)); printf(‘‘the same value: %ld\\n’’. (long) t); 的时方示的自以的真的的 time t 。 Unix 的方能的的。 time t 示的。 10.4.1 一个更好的接口扩展上提 gettimeofday() time() #include <sys/time.h> int gettimeofday (struct timeval *tv, struct timezone *tz); 调 gettimeofday() 将时间的 timeval tv 。 0。 timezone tz Linux NULL 给 tz。子 struct timeval tv; – 336 –

时间 10 int ret; ret = gettimeofday (&tv, NULL); if (ret) perror (”gettimeofday”); else printf (”seconds=%ld useconds=%ld\\n”, (long) tv.sec, (long) tv.tv_usec); 时内理时能 timezone glibc 的 tz dstime 段。我们将何操作时。 timezone 10.4.2 一个高级接口 POSIX 提时间的时间。然更的 clock gettime() 以。 #include <time.h> int clock_gettime (clockid_t clock_id, struct timespec *ts); 时调将 clock id 的时间的时间存 0 ts 。时调设 -1 errno 。 EFAULT ts 上时间。 EINVAL clock id clockid_t clocks[] = { CLOCK_REALTIME, CLOCK_MONOTONIC, CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, (clockid_t) -1 }; int i; – 337 –

时间 10 for (i = 0; clocks[i] != (clockid_t) -1; i++) { struct timespec ts; int ret; ret = clock_gettime (clocks[i], &ts); if (ret) perror (”clock_gettime”); else printf (”clock=%d sec=%ld nsec=%ld\\n”, clocks[i], ts.tv_sec, ts.tv_nsec); } 10.4.3 取得进程时间调的进程及子进程的进程时间进程时 times() 间以时时示。 #include <sys/times.h> struct tms { clock_t tms_utime; /* user time consumed */ clock_t tms_stime; /* system time consumed */ clock_t tms_cutime; /* user time consumed by children */ clock_t tms_cstime; /* system time consumed by children */ }; clock_t times (struct tms *buf); 时调将进程及子进程的进程时间写的 tms buf 。的时间时间。时间空间的时间。时间内空间的时间 ( 进调或页的时间)。子进程的时子进程 – 338 –

时间 10 进程对调相进。调时 waitpid()（或时的单调。以时间的时间以时时进。) ( times() 的以。内以处理间的内。的绝对的调的相对时间然。时调设 Linux 上能的 -1 errno。示 buf 。 EFAULT 10.5 设置当前时间的何时间程将时间设给。提的工 ( date ) 。时间设 time() 相对的 stime() #define _SVID_SOURCE #include <time.h> int stime (time_t *t); 调设时间的 stime() t 0。调。的。 CAP SYS TIME root 时调设示t 或 -1 errno EFAULT 示。 EPERM CAP SYS TIME 相单 time_t t = 1; int ret; /* set time to one second after the epoch */ ret = stime (&t); if (ret) perror (”stime”); – 339 –

时间 10 我们将将我们的时间式方的 time t 。 10.5.1 高精度定时 gettimeofday() 对的 settimeofday() #include <sys/time.h> int settimeofday (const struct timeval *tv , const struct timezone *tz); 调 settimeofday() 将时间设 tv 给出的 0。 gettime- 的。时调将 errno ofday() tz NULL -1 设 EFAULT tv 或内存。 tz EINVAL 提的段效。 EPERM 调进程。 CAP SYS TIME 的子将时间设的周。 1979 struct timeval tv = { .tv_sec = 31415926, .tv_usec = 27182818 }; int ret; ret = settimeofday (&tv, NULL); if (ret) perror (”settimeofday”); 10.5.2 设置时间的一个高级接口进 clock gettime() gettimeofday() clock settime() settimeof- 时 day() #include <time.h> – 340 –

时间 10 int clock_settime (clockid_t clock_id, const struct timespec *ts); 调的时间设的时间。 0 clock id ts 时调设 -1 errno 。 EFAULT ts 上时间。 EINVAL clock id EPERM 进程设时间的相或时间能设。上以设的时间 CLOCK REALTIME。处提（处理 settimeofday() 的 timezone 。 10.6 玩转时间提进时间（ASCII Unix C 示的时间间的。 asctime() 将 tm 时 time t 间 ASCII #include <time.h> char * asctime (const struct tm *tm); char * asctime_r (const struct tm *tm, char *buf); 的的。对何时间的调能程的。 asctime() 程程（以及设的 asc- 的 buf 提的 time r()。的。 26 时 NULL。 mktime() tm time t。 #include <time.h> time_t mktime (struct tm *tm); – 341 –

时间 10 tzset() 将时设的。时 mktime() tm -1（ time t 。 ctime() 将示 time t ASCII #include <time.h> char * ctime (const time_t *timep); char * ctime_r (const time_t *timep, char *buf); 时 NULL。 time_t t = time (NULL); printf (”the time a mere line ago: %s”, ctime (&t)); 的新出。能方 ctime() 空。的。程 asctime() ctime() 的程的程程 ctime r() buf 的上工作。。 26 gmtime() 将给出的 time t UTC 时式示 tm #include <time.h> struct tm * gmtime (const time_t *timep); struct tm * gmtime_r (const time_t *timep, struct tm *0result); 时 NULL。的的程的。程的程程的 gmtime r() result 上操作。们 localtime() localtime r() gmtime() gmtime r() 将给出的 time t 示时 : – 342 –

时间 10 #include <time.h> struct tm * localtime (const time_t *timep); struct tm * localtime_r (const time_t *timep, struct tm *result); localtime() 的调调时。 lo- mktime() tzset() 步的。 caltime r() 的示相 difftime() time t 的。 include <time.h> double difftime (time_t time1, time_t time0); 上以 POSIX time t difftime() 进出的 (double) (time1 - time0) Linux 上将。然 time t 性 difftime()。 10.7 调校系统时钟墙上时间的然对操作绝对时间的。 Makefile 的内件的程 )的 make(make 子。程处理对件文件的小能小时进新。 make 对文件（文件（wolf.o 的时间。文件或 wolf.c 的何文件文件新将文件 wolf.h make 更新的文件。然文件文件新处理。的时时间小时更新时间。更 date 新存 wolf.c 我们能。时间调能进。 wolf.c wolf.o (即 ), – 343 –

时间 10 的 Unix 提以以的 adjtime() 的调时间。时间进程（NTP 的程以的调时间的小们对的 adjtime() #define _BSD_SOURCE #include <sys/time.h> int adjtime (const struct timeval *delta, struct timeval *olddelta); 调示内调时间然 djtime() delta 的时间内将时。 0。 delta 时间内将时。内进的 delta 时单调然的。即调然 delta 时调时时间的时间。 NULL 内处理的。对 delta 的内将。的 olddelta NULL 将写。 delta 设将 olddelta 设 timeval NULL 将以进的。进的理的子提的 NTP, adjtime() 。 Linux 以的小。时设 adjtime() -1 errno EFAULT delta 或 olddelta 。的调或小。 EINVAL delta 调的。 EPERM CAP SYS TIME 的进调方更更 RFC 1305 adjtime() 的时调。 Linux 调实。 adjtimex() #include <sys/timex.h> int adjtimex (struct timex *adj); – 344 –

时间 10 调以将内时间相的读的 timex adjtimex() adj 。调以性的的 modes 段设。文件 <sys/time.h> timex struct timex { int modes; /* mode selector */ long offset; /* time offset (usec) */ long freq; /* frequency offset (scaled ppm) */ long maxerror; /* maximum error (usec) */ long esterror; /* estimated error (usec) */ int status; /* clock status */ constant; /* PLL time constant */ long precision; /* clock precision (usec) */ long tolerance; /* clock frequency tolerance (ppm) */ struct timeval time; /* current time */ long tick; /* usecs between clock ticks */ }; 段零或以或的 modes offset 设时间。 ADJ OFFSET freq 设率。 ADJ FREQUENCY maxerror 设。 ADJ MAXERROR esterror 设。 ADJ ESTERROR status 设时。 ADJ STATUS constant 设相（PLL 时间。 ADJ TIMECONST tick 设时时。 ADJ TICK 单 offset 设时 ADJ OFFSET SINGLESHOT ( adjtime) 间。设。的能 modes 0 CAP SYS TIME 给 modes 零何将设 mode 0 能设何。 – 345 –

时间 10 时时 adjtimex() 时同步。 TIME OK TIME INS 将。 TIME DEL 将。的进。 TIME OOP 出。 TIME OOP item [TIME BAD] 时同步。时设 adjtimex() -1 errno 。 EFAULT adj 或更的 modes offset 或。 EINVAL tick 零调。 EPERM modes CAP SYS TIME 调的。性的 adjtimex() Linux adjtime()。的对 adjtimex() 的超出的 RFC 1305 。更 RFC。 10.8 睡眠和等待的能进程（的段时间。的进程的。 sleep() seconds #include <unistd.h> unsigned int sleep (unsigned int seconds); 调的。的调能 0 间的（。 0 seconds 设 sleep() 的进程实上 errno。。 sleep (7); /* sleep seven seconds */ – 346 –

时间 10 真的进程时间的以调 sleep() 0。 unsigned int s = 5; /* sleep five seconds: no ifs, ands, or buts about it */ while ((s = sleep (s))) ; 10.8.1 微秒级精度睡眠以的进实。操作上以程的。 usleep() /* BSD version */ #include <unistd.h> void usleep (unsigned long usec); /* SUSv2 version */ #define _XOPEN_SOURCE 500 #include <unistd.h> int usleep (useconds_t usec); 10.8.2 Linux 的实时支持调以进程。的 usleep() usec BSD Single 原上同。 BSD UNIX Specification（单 UNIX 。然 SUS usleep() 。 500 或 useconds t XOPEN SOURCE 更的。或设小 Linux SUS XOPEN SOURCE – 347 –

时间 10 。 500 Linux BSD 时 0出时的 errno SUS -1。 : 时的 Linux 上 EINTR usecs EINVAL（的的出。能满 1,000,000 的。 useconds t 同原间的以及能 Unix 的的。能满性 useconds t 设 usleep() 的 void usleep (unsigned int usec); unsigned int usecs = 200; usleep (usecs); 以满的同式以 errno = 0; usleep (1000); if (errno) perror (”usleep”); 对程们 usleep() 的。 10.8.3 纳秒级精度睡眠提更能以提 Linux usleep() 的 nanosleep() #define _POSIX_C_SOURCE 199309 #include <time.h> int nanosleep (const struct timespec *req, struct timespec *rem); – 348 –

时间 10 调进程的时间时调 nanosleep(), req 0。设相。调 -1 errno 时间。设 nanosleep() -1 errno 时间（req 的 EINTR。 rem NULL 。程新调将 rem 作给 req（示。 rem 能的 errno EFAULT req 或。 rem 段。 EINVAL req 单 struct timespec req = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 200 }; /* sleep for 200 ns */ ret = nanosleep (&req, NULL); if (ret) perror (”nanosleep”); 时的子 struct timespec req = { .tv_sec = 0, .tv_nsec = 1369 }; struct timespec rem; int ret; /* sleep for 1369 ns */ retry: ret = nanosleep (&req, &rem); if (ret) { if (errno == EINTR) { /* retry, with the provided time remaining */ req.tv_sec = rem.tv_sec; – 349 –

时间 10 req.tv_nsec = rem.tv_nsec; goto retry; } perror (”nanosleep”); } 方（能更效读性以同效 struct timespec req = { .tv_sec = 1, .tv_nsec = 0 }; struct timespec rem, *a = &req, *b = &rem; /* sleep for 1s */ while (nanosleep (a, b) && errno == EINTR) { struct timespec *tmp = a; a = b; b = tmp; } nanosleep() 相对 sleep() usleep() •提能提或。。 • POSIX.1b 实（方的将。 • 对程然 usleep() 的程 nanosleep() sleep()。 nanosleep() POSIX 新程（或将的 sleep() 或 usleep()。 10.8.4 实现睡眠的高级方法我们的时间。提 POSIX 的 #include <time.h> – 350 –

时间 10 int clock_nanosleep (clockid_t clock_id, int flags, const struct timespec *req, struct timespec *rem); clock nanosleep() 的上调 nanosleep()。实 ret = nanosleep (&req, &rem); 调 ret = clock_nanosleep (CLOCK_REALTIME, 0, &req, &rem); 的。的时间。然 clock id flags 能调进程的 CPU 时（ CLOCK PROCESS CPUTIME ID 时间的何调将进程进程时间将。时间的程进的的。绝对时间的。备相对 CLOCK REALTIME 的时间 CLOCK MONITONIC 绝对理的时间。 TIMER ABSTIME 或 flags 0。 TIMER ABSTIME req 的绝对的时间。处理的件。的以设进程处时间 T0 时间 T1。 T0 时进程调时间（T0 。然 clock gettime() T1 T0 给 clock nanosleep()。时间进程进间 Y 时间的。然的间进程调处理或页对我们何处理时间时间以及实间存件的。进程。时间 TIMER ABSTIME T1, 内进程。时间的时间超 T1 T1 调即。我相对绝对。的子进程 1.5 – 351 –

时间 10 struct timespec ts = { .tv_sec = 1, .tv_nsec = 500000000 }; int ret; ret = clock_nanosleep (CLOCK_MONOTONIC, 0, &ts, NULL); if (ret) perror (”clock_nanosleep”); 相的的子绝对时间 clock gettime() 调 CLOCK MONOTONIC 时间的。 struct timespec ts; int ret; /* we want to sleep until one second from NOW */ ret = clock_gettime (CLOCK_MONOTONIC, &ts); if (ret) { perror (”clock_gettime”); return; } ts.tv_sec += 1; printf (”We want to sleep until sec=%ld nsec=%ld\\n”, ts.tv_sec, ts.tv_nsec); ret = clock_nanosleep (CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME, &ts, NULL); if (ret) perror (”clock_nanosleep”); 程相对的们的。然实时进程对时间相绝对的 – 352 –

时间 10 性的件。 10.8.5 sleep 的一种可移植实现我们提 select() #include <sys/select.h> int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 时提的 select() 提实、的方。段时间内的 Unix 程满的 sleep() 的上实的 usleep() nanosleep() 写。给 select() 的 n 给 0 fd set NULL 以及的时间给 timeout 效的方进程 struct timeval tv = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 757 }; /* sleep for 757 us */ select (0, NULL, NULL, NULL, &tv); 对的 Unix 的性能 select() 的。 10.8.6 超限的进程的时间（或示。进程的时间绝。存能时间超时间。以单的调的时间能内 – 353 –

时间 10 能及时进程调能。然以更的原时超时 (timer overruns)。的的时间间时。设时时进程的。能 10 1 10 的时间相的件（进程。进程时时离时将 1 内的时间（1 将内将进程。然 1 时进程时时的 10 将时。进程将的超。 9 1 单的时 X/2 的率超。 X POSIX 时提的时间或的 HZ 以时超。 10.8.7 替代睡眠能的。的的时间的时。件的的设。文件上内处理进程的的。内能进程时进程件的。 10.9 定时器时提时间进程的。时超时的时间（delay 或超时（expiration 。内进程时的方式时。 Linux 内提时我们将。时新 60 或的程。 500 10.9.1 简单的闹钟单的时 alarm() #include <unistd.h> – 354 –

时间 10 unsigned int alarm (unsigned int seconds); 对的调真实时间 (real time)seconds 将 SIGALRM 给调进程。的处理调新的的。的设 seconds 0 新的。调处理程。（ SIGALRM 处理程的内。的段 SIGALRM 处理程设的 alarm handler() void alarm_handler (int signum) { printf (”Five seconds passed!\\n”); } void func (void) { signal (SIGALRM, alarm_handler); alarm (5); pause (); } 10.9.2 间歇定时器间时调出 4.2BSD POSIX 以提 alarm() 更的。 #include <sys/time.h> int getitimer (int which, struct itimerval *value); int setitimer (int which, – 355 –

时间 10 const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue); 间时 alarm() 的操作方式相能自自以的式工作: 真实时间。的真实时间内将 ITIMER REAL 给进程。 SIGALRM 进程空间的时。的进程时间 ITIMER VIRTUAL 内将 SIGVTALRM 给进程。进程以及内进程时（调 ITIMER PROF 。的时间内将 SIGPROF 给进程。式程 ITIMER VIRTUAL 能进程的时间内时间。的时间 alarm() 相同式对程 ITIMER REAL 。时或的时设 itim

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