一.Unix 体系结构
由上图可以看出，内核居于最里层，Shell，Libary routines,以及Application通过系统调用（system calls)访问内核提供的功能。注意系统调用与函数调用的关系，两者不是一个东西。应用程序可以通过Shell和库访问内核功能，也可以直接通过系统调用访问内核。
二.登录
1.登录
我们使用用户名和密码登录Unix系统，系统会在/etc/passwd文件中校验我们的用户名，在/etc/shadow中校验密码。/etc/passwd文件内容格式如下：
root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
其中各项用：隔开,分别代表：用户名，密码保存位置，UserID,GroupID,注释，家目录，使用的shell.
/etc/shadow文件内容格式如下：
root:x:16097:0:99999:7::::
各项用:分开，分别代表：用户名,加密密码，上次更改密码的时间，最短密码期限等
2.shell
使用的shell 由登录文件的最后一项决定，一般是/bin/bash,常见的shell除了bash ,还有C Shell,B shell,K shell，T Shell
三.文件和目录
1.文件系统
Unix系统文件结构由目录与文件构成的树构成，/为根目录。目录是包含目录项的文件，目录项是由包含文件名以及描述文件属性的结构组成。文件属性一般有文件的所有者，文件的访问权限，文件的大小，存储位置等。
2.文件名
文件名由字母，_,数字组成，/和NULL不可出现在文件名中。.与..在创建任何目录的时候自动创建，分别代表当前目录以及父目录。
3.路径名
由/开始并由/分隔开来的多个文件名组成的字符串称为路径名，比如/root/test，路径分为绝对路径和相对路径。绝对路径指从根目录/出发一直到访问目的目录，否则即为相对路径。
下面的代码实现一个简单的ls
<span style="font-size:18px;"><span style="font-size:18px;">/*************************************************************************
> File Name: ls.c
> Author: CodingPeasant
> Mail: 1612853779@qq.com
> Created Time: Mon 11 Aug 2014 06:10:09 AM PDT
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
int main(int argc,char * argv[])
{
DIR* dp;
struct dirent *dirp;
if(argc != 2)
{
printf("usage:myls directory_name");
exit(-1);
}
if( (dp = opendir(argv[1])) == NULL )
{
printf("can not open %s",argv[1]);
exit(-1);
}
while((dirp = readdir(dp)) != NULL)
{
printf("%s\n",dirp->d_name);
}
closedir(dp);
return 0;
}
</span></span>
3.工作目录
工作目录也叫当前工作目录，是进程的一个属性，进程可以使用chdir系统调用更改自己的工作目录。
4.家目录
我们登录后的第一个目录就是当前用户的家目录，家目录由登录文件/etc/passwd最后一项决定。
四.输入与输出
1.文件描述符：内核用于标记被进程访问的文件的的小正整数，由open()或者create()返回，用于其他文件访问的参数。
2.Shell在执行新程序的时候，打开标准输入，标准输出，标准出错输出，默认三者都指向终端文件。
3.非缓冲IO：所有IO操作都在内核空间中完成,open,read,write,seek,close是基本操作，这几个系统调用都和文件描述符(file descibe)相关联。
下面是一个拷贝到小程序：
<span style="font-size:18px;">/*************************************************************************
> File Name: cp.c
> Author: CodingPeasant
> Mail: 1612853779@qq.com
> Created Time: Tue 12 Aug 2014 06:27:16 AM PDT
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#define BUFFSIZE 4096
int main()
{
int n;
char buf[BUFFSIZE];
while( ( n = read(STDIN_FILENO,buf,BUFFSIZE)) > 0 )
{
if(write(STDOUT_FILENO,buf,n)!= n)
{
printf("write error");
exit(-1);
}
}
if (n < 0)
{
printf("read error");
exit(-1);
}
exit(0);
}
</span>
假设生成的文件为mycp,则执行mycp < input_file,输入为input_file,输出为终端，出错输出也为终端。
执行mycp <input_file >out_file 则复制input_file内容到out_file。
4.标准IO：提供带有缓冲机制的IO访问函数，不需要自己管理缓冲区大小。
五.进程
1.程序和进程：程序指存在磁盘上的可执行文件，是静态的行为。当程序被内核以exec函数执行的时候，就变成了进程，进程是动态行为。
2.进程ID：每个进程都有一个非负数标识,叫做进程ID。
下面的小程序获取进程ID：
<span style="font-size:18px;">/*************************************************************************
> File Name: pid.c
> Author: CodingPeasant
> Mail: 1612853779@qq.com
> Created Time: Tue 12 Aug 2014 06:59:38 AM PDT
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
pid_t pid;
printf("current process id:%ld\n",(long)getpid());
return 0;
}
</span>
3.进程管理：fork创建子进程,exec函数族执行新程序,waitpid,wait进行子进程善后处理。下面是一个简易版shell:
<span style="font-size:18px;">/*************************************************************************
> File Name: shell.c
> Author: CodingPeasant
> Mail: 1612853779@qq.com
> Created Time: Tue 12 Aug 2014 07:12:58 AM PDT
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>
#define MAXLINE 100
int main(int argc,char* argv[])
{
char buf[MAXLINE];
pid_t pid;
int status;
printf("%%");
while(fgets(buf,MAXLINE,stdin)!= NULL)
{
if(buf[strlen(buf)-1] == '\n')
{
buf[strlen(buf)-1] = 0; /*replace \n to NULL*/
}
if((pid = fork()) < 0)
{
printf("fork error\n");
exit(-1);
}else if(pid == 0)//child process
{
execlp(buf,buf,(char*)0);//exec new progromme
printf("can not execute :%s",buf);
exit(127);
}
//parent
if((pid = waitpid(pid,&status,0)) < 0)
{
printf("waitpid error");
exit(-1);
}
printf("%%");
}
}
</span>
关于程序的几点说明：
1.因为exec函数最后一个参数需要(char*)0，所以将读入的字符串的newline符号改为NULL
2.execlp第一个参数为文件名，系统会在环境变量中查找该文件，如果文件不是可执行文件，尝试用shell执行之。如果文件没找到报错
3.waitpid进行子进程资源回收以及执行状态获取。
线程：是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。进程中的所有线程共享进程的地址空间，文件描述符，栈以及其他进程属性。
线程ID：用于唯一标识一个线程，只在同一个进程中有意义。
六.错误处理
1.在Unix中一般函数调用出错返回值小于0，并且设置errno,用了表示发生了什么错误。
2.<errno.h> 定义了错误号的宏
3.通过char* strerror(int errnum);可以返回errnum对应的字符串标识
4.通过void perror(const char* msg);打印提示信息msg：error message
七.用户标识
1.User ID：由root分配用于系统唯一标识一个用户的数字，我们不可以改变。系统使用UserID测试我们是否可以访问相关资源。
2.Group ID:由root分配用于系统唯一标识一个组的数字。
3.附加组ID(Supplementary Group IDs):一个用户可以属于其他 组，用附加组ID表示这些组。
获取UserID 和 Group ID的小程序：
<span style="font-size:18px;">#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("uid:%d,gid:%d",getuid(),getgid());
exit(0);
}</span>
八.信号
1.信号：用来通知进程某些条件发生的一种机制
2.对信号的处理方式：（1）忽略信号 （2）按照默认行为处理 （2）设置信号处理函数
3.增加了信号处理的简单shell：
<span style="font-size:18px;">/*************************************************************************
> File Name: shell.c
> Author: CodingPeasant
> Mail: 1612853779@qq.com
> Created Time: Tue 12 Aug 2014 07:12:58 AM PDT
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#define MAXLINE 100
//deal with intrupt signal
static void sig_int(int);
int main(int argc,char* argv[])
{
char buf[MAXLINE];
pid_t pid;
int status;
if(signal(SIGINT,sig_int) == SIG_ERR)
{
printf("signal error");
return -1;
}
printf("%%");
while(fgets(buf,MAXLINE,stdin)!= NULL)
{
if(buf[strlen(buf)-1] == '\n')
{
buf[strlen(buf)-1] = 0; /*replace \n to NULL*/
}
if((pid = fork()) < 0)
{
printf("fork error\n");
exit(-1);
}else if(pid == 0)//child process
{
execlp(buf,buf,(char*)0);//exec new progromme
printf("can not execute :%s",buf);
exit(127);
}
//parent
if((pid = waitpid(pid,&status,0)) < 0)
{
printf("waitpid error");
exit(-1);
}
printf("%%");
}
}
void sig_int(int signo)
{
//just print signo
printf("interrupt:%d\n",signo);
}
</span>
九.时间值
1.时间值分为：（1）日历时间，用time_t 结构表示，表示从1970 -1-1 00：00 到当前的秒数 （2）进程时间，用clock_t 结构标识，标识进程执行花了多少时钟
2.进程时间通常用三种值来衡量：（1）User CPU time ：执行用户指令花费的时钟数（2）Sytem CPU time ：执行系统指令花费的时钟数(3) clock time：进程执行花了多少时钟，受到其他进程的影响，通常指单一进程花费的时间
十.系统调用和库函数调用
1.进程执行分为用户态和内核态
2.系统调用和库函数调用区别：
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函数库调用 |
系统调用 |
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在所有的ANSI C编译器版本中，C库函数是相同的 |
各个操作系统的系统调用是不同的 |
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它调用函数库中的一段程序（或函数） |
它调用系统内核的服务 |
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与用户程序相联系 |
是操作系统的一个入口点 |
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在用户地址空间执行 |
在内核地址空间执行 |
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它的运行时间属于“用户时间” |
它的运行时间属于“系统”时间 |
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属于过程调用，调用开销较小 |
需要在用户空间和内核上下文环境间切换，开销较大 |
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在C函数库libc中有大约300个函数 |
在UNIX中大约有90个系统调用 |
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典型的C函数库调用：system fprintf malloc |
典型的系统调用：chdir fork write brk； |