Linux 系统编程指南95

Linux 是一种基于 Unix 的操作系统，以其稳定性、可靠性和灵活性而闻名。理解 Linux 系统编程对于开发在 Linux 操作系统上运行的高性能、高效应用程序至关重要。

Linux 文件系统

Linux 文件系统是一个分层的目录结构，其中每个文件都由一个 inode 标识。inode 包含有关文件的信息，例如其大小、修改时间和所有权。文件系统使用 Ext4、XFS 和 Btrfs 等文件系统格式。

文件系统通过一组系统调用进行访问，例如 open、read、write 和 close。这些系统调用提供了一个标准的接口，以与文件系统交互并管理文件和目录。

进程管理

Linux 使用抢占式多任务处理技术管理进程。进程是正在执行的程序，并且具有与之关联的资源，例如内存和 CPU 时间。Linux 内核使用调度程序算法来公平地为可运行进程分配 CPU 时间。

进程可以通过 fork() 系统调用创建，该系统调用创建子进程，它是父进程的副本。exec() 系统调用允许子进程替换其可执行文件和内存映像，从而有效地启动一个新程序。

内存管理

Linux 使用虚拟内存管理技术来管理物理内存。虚拟内存将物理内存划分为称为页面的小块。当进程引用内存时，内核将页面从磁盘交换到物理内存中。

Linux 内核使用分页策略来确定交换哪些页面。页面置换算法旨在最小化页面故障的数量，页面故障是需要从磁盘加载页面时发生的。

设备 I/O

Linux 提供了一致的接口来访问设备，例如磁盘、键盘和网络设备。设备通过设备文件在 /dev 目录中表示。设备文件提供了一种机制，通过它可以读取和写入设备。

Linux 内核使用设备驱动程序来管理设备。设备驱动程序是特定的软件模块，允许内核与特定的硬件设备交互。设备驱动程序通常作为内核模块加载。

网络编程

Linux 支持广泛的网络协议和接口，包括 TCP/IP、UDP 和 Ethernet。Linux 内核提供了网络套接字，它提供了一种标准的接口来创建和管理网络连接。

网络套接字是与特定协议和地址关联的文件描述符。套接字 API 为发送和接收数据、管理连接以及处理网络错误提供了功能。

系统安全性

Linux 以其强大且可配置的安全功能而著称。Linux 使用用户和组权限来控制对文件和目录的访问。它还支持角色和功能，以进一步细化访问控制。

Linux 内核提供了一组安全模块，包括安全增强 Linux (SELinux) 和 AppArmor。这些模块允许系统管理员实施强制访问控制，限制进程和用户可以执行的操作。

故障排除和调试

系统编程不可避免地会出现问题。Linux 提供了一系列故障排除和调试工具来帮助识别和解决问题。

系统日志记录设施捕获系统事件和错误消息。gdb 是一个强大的调试器，它允许程序员单步执行代码、设置断点和检查变量。strace 和 ltrace 等工具提供有关系统调用和库函数的详细跟踪信息。

2024-12-10

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