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Robbins , Steve Robbins （凯罗宾斯，史蒂夫罗宾斯）拥有麻省理工学院博士学位，就任于德州大学圣安东尼奥分校计算机学院。 目錄： Contents I Fundamentals 1 1 Technologys Impact on Programs 3 1.1 TerminologyofChange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 Time andSpeed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Multiprogramming and Time Sharing . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 Concurrency at the Applications Level . . . . . . . . . . . . . 9 1.5 Security and Fault Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.6 Buffer Overflows for Breaking and Entering . . . . . . . . . . 14 1.7 UNIXStandards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.8 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2 Programs, Processes and Threads 21 2.1 How a Program Becomes a Process . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2 Threads andThreadofExecution . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3 Layout of a Program Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4 LibraryFunctionCalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5 Function Return Values and Errors . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.6 ArgumentArrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.7 Thread-SafeFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.8 UseofStaticVariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.9 StructureofStaticObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.10 Process Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.11 Process Termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.12 Exercise： An env Utility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.13 Exercise： Message Logging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.14 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3 Processes in UNIX 59 3.1 Process Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.2 ProcessState . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.3 UNIX Process Creation and fork . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4 The wait Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.5 The exec Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.6 Background Processes and Daemons . . . . . . . . . . . . . . 84 3.7 Critical Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.8 Exercise： Process Chains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.9 Exercise： Process Fans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.10 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4 UNIX IO 91 4.1 DeviceTerminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.2 Reading and Writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.3 OpeningandClosingFiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.4 The select Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 4.5 The pollFunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 4.6 File Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4.7 Filters and Redirection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4.8 FileControl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.9 Exercise： Atomic Logging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.10 Exercise： A cat Utility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.11 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5 Files and Directories 145 5.1 UNIXFileSystemNavigation . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5.2 Directory Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.3 UNIX File System Implementation . . . . . . . . . . . . . . . 158 5.4 Hard Links and Symbolic Links . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.5 Exercise： The which Command . . . . . . . . . . . . . . . 173 5.6 Exercise： Biffing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 5.7 Exercise： News biff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5.8 Exercise： Traversing Directories . . . . . . . . . . . . . . . . 179 5.9 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6 UNIX Special Files 183 6.1 Pipes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 6.2 Pipelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 6.3 FIFOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 6.4 Pipes and the Client-Server Model . . . . . . . . . . . . . . . 196 6.5 TerminalControl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.6 AudioDevice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 6.7 Exercise：Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 6.8 Exercise： Barriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 6.9 Exercise： The stty Command . . . . . . . . . . . . . . . . 223 6.10 Exercise： Client-Server Revisited . . . . . . . . . . . . . . . . 223 6.11 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 7 Project： The Token Ring 225 7.1 RingTopology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 7.2 RingFormation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 7.3 RingExploration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 7.4 SimpleCommunication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 7.5 MutualExclusionwithTokens . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 7.6 MutualExclusionbyVoting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 7.7 Leader Election on an Anonymous Ring . . . . . . . . . . . . 239 7.8 TokenRingforCommunication . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 7.9 Pipelined Preprocessor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 7.10 Parallel Ring Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 7.11 FlexibleRing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 7.12 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 II Asynchronous Events 253 8 Signals 255 8.1 BasicSignalConcepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.2 GeneratingSignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.3 Manipulating Signal Masks and Signal Sets . . . . . . . . . . 261 8.4 Catching and Ignoring Signalssigaction . . . . . . . . . 267 8.5 Waiting for Signalspause, sigsuspend and sigwait 273 8.6 Handling Signals： Errors and Async-signal Safety . . . . . . . 283 8.7 Program Control with siglongjmp and sigsetjmp . . . 286 8.8 Programming with Asynchronous IO . . . . . . . . . . . . . 288 8.9 Exercise：DumpingStatistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 8.10 Exercise： Spooling a Slow Device . . . . . . . . . . . . . . . 299 8.11 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 9 Times and Timers 301 9.1 POSIXTimes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 9.2 SleepFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 9.3 POSIX：XSI IntervalTimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 9.4 Realtime Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 9.5 POSIX：TMRIntervalTimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 9.6 Timer Drift, Overruns and Absolute Time . . . . . . . . . . . 329 9.7 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 10 Project： Virtual Timers 341 10.1 ProjectOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 10.2 SimpleTimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 10.3 Setting One of Five Single Timers . . . . . . . . . . . . . . . 347 10.4 Using Multiple Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 10.5 A Robust Implementation of Multiple Timers . . . . . . . . . 363 10.6 POSIX：TMRTimer Implementation . . . . . . . . . . . . . . 367 10.7 mycron, a Small Cron Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 10.8 AdditionalReading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 11 Project： Cracking Shells 369 11.1 BuildingaSimpleShell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 11.2 Redirection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 內容試閱： 前言 本书是1995年由Prentice Hall出版社出版的Practical UNIX Programming： A Guide to Communication, Concurrency and Multithreading一书的第二版。为了更好地传达本书的内容，我们将书名修改为UNIX Systems Programming： Communication, Concurrency and Threads。与上一版相比，第二版不仅改变了书名，还对很多内容进行了修改。 互联网已经成为计算和社会领域的一个主导方面。私人信息已经联网，软件经常会受到不停的攻击。因此，编写正确的代码显得尤为重要。在这一版中，我们尝试尽量生成能够正确处理错误和特殊情况的代码。我们已经意识到，声称处理了所有的错误、但在给出的代码中却省略错误处理是没有效果的。不幸的是，错误处理会让代码变得更复杂，所以我们努力让代码变得更加清晰。 本书对第一版的另一个重要改进是采用了单一的UNIX规范，我们将其称为POSIX。我们再也不需要决定使用哪个厂商的库函数了现在有正式的版本了。我们已经尽了最大努力来遵循这个标准。 练习和项目让本书变得与众不同。实际上，本书由美国国家科学基金会（National Science Foundation Grant）项目手册的一部分发展而来。在完成这个项目的初期开发后，我们逐渐认识到：完成这个项目所需要的资料分散在不同的地方通常可以在提供了大量细节、但几乎没有概念陈述的参考书中找到。因此，本书逐渐成为一本基于最新UNIX标准的完整参考书。 本书分为4个部分，每个部分都包含主题章节和项目章节。主题章节以循序渐进的方式涵盖了指定的内容，并以试试看和看看会发生什么的形式包含了很多示例和小练习。最后都以一个或者多个练习小节结束。本书还为进程管理、并发和通信的基本概念提供了很多编程练习。这些编程练习与传统科学课程中的实验作用相同，只有通过实践才能真正理解书中的概念。这些练习由易到难，很多练习只需要不到100行代码就能实现。 下表对本书的结构进行了总结21个章节被分为4个部分。其中的15个主题章节与8个项目章节相互独立。第一次通读本书时可以跳过项目章节。 部分主题章节项目章节 第一部分：基础知识第1章 技术对程序的影响 第2章 程序 第3章UNIX中的进程 第4章UNIX IO 第5章 文件和目录 第6章 UNIX特殊文件 第7章 令牌环 第二部分：异步事件第8章 信号 第9章 时间和定时器 第10章 虚拟定时器 第11章 破解命令解释程序 第三部分：并发第12章POSIX线程 第13章 进程同步 第14章 信号量 第15章 POSIX IPC 第16章 生产者消费者 第17章 虚拟机 第四部分：通信第18章 面向连接的通信 第20章 无连接通信 第19章 WWW重定向 第21章 互联网广播 第22章 服务器性能 项目章节通过开发一个规模较大的应用程序来整合几个主题章节的资料。这些项目包含两个层面：除了说明编程思想，还引导读者理解与应用程序相关的高级主题。这些项目都是分阶段设计的，大多数完整的实现都只需要几百行代码。由于不需要编写大量代码，因此读者可以将注意力集中在概念的理解，而不是代码调试上。为了简化编程，我们提供了可用于网络通信和输出日志记录的库。对专业的程序员来说，主题章节结尾部分的练习提供了对概念的基本介绍。通常，使用本书的教师可以从中挑选几个练习和一个项目章节让学生在一学期的课程中实现。每个项目都有多种变化，因此这些项目可以在多个学期反复使用。 读者可以用不同的方式阅读本书。第一部分的主题章节是阅读本书其他部分的基础。阅读完第一部分的主题章节后，读者可以以任何顺序阅读第二部分~第四部分的内容。但后继章节结尾部分关于交互的讨论除外（例如，线程如何与信号交互）。 本书读者应该是优秀的C程序员，但不一定是UNIX C的程序员。读者应该熟悉C语言编程和基本的数据结构。对于刚刚接触UNIX的读者来说，附录A中给出了程序开发的必备知识。 本书包含标准函数的概要。概要右下角列出了指定函数的相关标准。 本书的内容是有限的。欢迎读者给我们提出意见和建议，读者可以给我们写电子邮件authors@usp.cs.utsa.edu。虽然我们已经尽最大努力保证本书没有错误。但如果你是第一个向我们指出某个错误的人，我们会在本书的配套网站上对你表示诚挚的感谢。http：usp.cs.utsa.eduusp上提供了本书的相关信息，从这个Web站点可以下载本书中的所有代码。 致谢 非常感谢Mike Speciner和Bob Lynch通读了本书的全部手稿，并提出了很多有用的建议。我们尤其要对Mary Lou Nohr细心睿智的编辑工作表示感谢。还要感谢Neal Wagner和Radia Perlman给予我们的鼓励和建议。 从1988年至今（2003年），我们为本科生和研究生开设了操作系统课程，本书中的很多材料都曾经作为这些教学课程的一部分内容。学习这些课程的学生们经历了书稿发展的不同阶段，并对不断出现的项目进行了现场测试。他们在编程中的bug、注释、抱怨和建议让本书变得更好，并让我们对如何将这些主题联系起来有了深刻的认识。发现了早期书稿中错误的学生有Joseph Bell、Carlos Cadenas、Igor Grinshpan、Jason Jendrusch和James Manion。我们要感谢美国国家科学基金会通过NSFILI授权的USE-0950497在我们组建实验室时所提供的支持，这样我们才有机会开展最初的课程，而本书正是根据这些课程编写的。NSF（DUE-975093、DUE-9752165和DUE-0088769）还为那些用于探讨和分析操作系统概念的工具提供了支持。 我们还要感谢Prentice Hall出版社的编辑Greg Doench，感谢他在整个过程中为我们提供指导。还要感谢出版编辑William Mara让本书得以出版。感谢LATEX2的制作者为我们提供了可以免费使用的排版软件。 我们还要感谢我们的家人，感谢他们给予我们无限的爱和支持，尤其要感谢我们的孩子Nicole和Thomas对这个艰巨的工程所展现出的热情和理解。 关于网站 登录http：usp.cs.utsa.eduusp 可对本书资源进行免费下载。该网站内容还包括相关模 拟器、测试工具、课程材料准备以及勘误列表。 致谢 非常感谢Mike Speciner和Bob Lynch通读了本书的全部手稿，并提出了很多有用的建议。我们尤其要对Mary Lou Nohr细心睿智的编辑工作表示感谢。还要感谢Neal Wagner和Radia Perlman给予我们的鼓励和建议。 从1988年至今（2003年），我们为本科生和研究生开设了操作系统课程，本书中的很多材料都曾经作为这些教学课程的一部分内容。学习这些课程的学生们经历了书稿发展的不同阶段，并对不断出现的项目进行了现场测试。他们在编程中的bug、注释、抱怨和建议让本书变得更好，并让我们对如何将这些主题联系起来有了深刻的认识。发现了早期书稿中错误的学生有Joseph Bell、Carlos Cadenas、Igor Grinshpan、Jason Jendrusch和James Manion。我们要感谢美国国家科学基金会通过NSFILI授权的USE-0950497在我们组建实验室时所提供的支持，这样我们才有机会开展最初的课程，而本书正是根据这些课程编写的。NSF（DUE-975093、DUE-9752165和DUE-0088769）还为那些用于探讨和分析操作系统概念的工具提供了支持。 我们还要感谢Prentice Hall出版社的编辑Greg Doench，感谢他在整个过程中为我们提供指导。还要感谢出版编辑William Mara让本书得以出版。感谢LATEX2的制作者为我们提供了可以免费使用的排版软件。 我们还要感谢我们的家人，感谢他们给予我们无限的爱和支持，尤其要感谢我们的孩子Nicole和Thomas对这个艰巨的工程所展现出的热情和理解。

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