Linux环境编程：从应用到内核 PDF 高清版

《UNIX环境高级编程》(简称APUE)几乎是Linux领域程序员人手必备的一本书。但在掌握和理解APUE的内容后，又该如何继续提高自己的技能， 如何更深入地理解Linux环境编程及其背后的工作机制呢？本书将从一个全新的角度带领读者重新进入Linux环境编程，从应用出发，深入内核源码，研究 Linux各接口的工作机制和原理，让读者不仅知其然，还知其所以然。作为Linux开发工程师，如果不仅掌握Linux的应用层开发，同时还熟悉 Linux的内核源码，那么其在Linux环境下设计开发任何产品都将游刃有余，稳定且高效。

本书是Linux技术专家高峰和李彬的合力之 作，是两个人多年开发经验的总结和分享，也是市场上唯一一本将Linux应用态与内核态相结合的技术图书，选择这种写作方式是为了向APUE的作者致敬。 本书涵盖了APUE中大部分章节的内容，并针对Linux环境，以作者多年经验，详细解析了Linux常用接口的使用方法和陷阱。为了让读者更清楚地理解 接口的工作原理，对于绝大部分接口，作者都会深入C库或内核源码进行全面分析。希望本书可以帮助读者打通Linux环境的应用和内核两条脉络，使两条线融 会贯通，进一步提高开发水平。

目录

• 第0章　基础知识1
• 0.1　一个Linux程序的诞生记1
• 0.2　程序的构成2
• 0.3　程序是如何“跑”的4
• 0.4　背景概念介绍5
• 0.4.1　系统调用5
• 0.4.2　C库函数6
• 0.4.3　线程安全7
• 0.4.4　原子性9
• 0.4.5　可重入函数9
• 0.4.6　阻塞与非阻塞11
• 0.4.7　同步与非同步11
• 第1章　文件I/O12
• 1.1　Linux中的文件12
• 1.1.1　文件、文件描述符和文件表12
• 1.1.2　内核文件表的实现13
• 1.2　打开文件14
• 1.2.1　open介绍14
• 1.2.2　更多选项15
• 1.2.3　open源码跟踪16
• 1.2.4　如何选择文件描述符17
• 1.2.5　文件描述符fd与文件管理结构file18
• 1.3　creat简介19
• 1.4　关闭文件19
• 1.4.1　close介绍19
• 1.4.2　close源码跟踪19
• 1.4.3　自定义files_operations21
• 1.4.4　遗忘close造成的问题22
• 1.4.5　如何查找文件资源泄漏25
• 1.5　文件偏移26
• 1.5.1　lseek简介26
• 1.5.2　小心lseek的返回值26
• 1.5.3　lseek源码分析27
• 1.6　读取文件29
• 1.6.1　read源码跟踪29
• 1.6.2　部分读取30
• 1.7　写入文件31
• 1.7.1　write源码跟踪31
• 1.7.2　追加写的实现33
• 1.8　文件的原子读写33
• 1.9　文件描述符的复制34
• 1.10　文件数据的同步38
• 1.11　文件的元数据41
• 1.11.1　获取文件的元数据41
• 1.11.2　内核如何维护文件的元数据42
• 1.11.3　权限位解析43
• 1.12　文件截断45
• 1.12.1　truncate与ftruncate的简单介绍45
• 1.12.2　文件截断的内核实现45
• 1.12.3　为什么需要文件截断48
• 第2章　标准I/O库50
• 2.1　stdin、stdout和stderr50
• 2.2　I/O缓存引出的趣题51
• 2.3　fopen和open标志位对比52
• 2.4　fdopen与fileno55
• 2.5　同时读写的痛苦56
• 2.6　ferror的返回值57
• 2.7　clearerr的用途57
• 2.8　小心fgetc和getc60
• 2.9　注意fread和fwrite的返回值60
• 2.10　创建临时文件61
• 第3章　进程环境66
• 3.1　main是C程序的开始吗66
• 3.2　“活雷锋”exit70
• 3.3　atexit介绍75
• 3.3.1　使用atexit75
• 3.3.2　atexit的局限性76
• 3.3.3　atexit的实现机制77
• 3.4　小心使用环境变量78
• 3.5　使用动态库80
• 3.5.1　动态库与静态库80
• 3.5.2　编译生成和使用动态库80
• 3.5.3　程序的“平滑无缝”升级82
• 3.6　避免内存问题84
• 3.6.1　尴尬的realloc84
• 3.6.2　如何防止内存越界85
• 3.6.3　如何定位内存问题86
• 3.7　“长跳转”longjmp90
• 3.7.1　setjmp与longjmp的使用90
• 3.7.2　“长跳转”的实现机制91
• 3.7.3　“长跳转”的陷阱93
• 第4章　进程控制：进程的一生96
• 4.1　进程ID96
• 4.2　进程的层次98
• 4.2.1　进程组99
• 4.2.2　会话102
• 4.3　进程的创建之fork()103
• 4.3.1　fork之后父子进程的内存关系104
• 4.3.2　fork之后父子进程与文件的关系107
• 4.3.3　文件描述符复制的内核实现110
• 4.4　进程的创建之vfork()115
• 4.5　daemon进程的创建117
• 4.6　进程的终止119
• 4.6.1　_exit函数119
• 4.6.2　exit函数120
• 4.6.3　return退出122
• 4.7　等待子进程122
• 4.7.1　僵尸进程122
• 4.7.2　等待子进程之wait()124
• 4.7.3　等待子进程之waitpid()126
• 4.7.4　等待子进程之等待状态值129
• 4.7.5　等待子进程之waitid()131
• 4.7.6　进程退出和等待的内核实现133
• 4.8　exec家族141
• 4.8.1　execve函数141
• 4.8.2　exec家族142
• 4.8.3　execve系统调用的内核实现144
• 4.8.4　exec与信号151
• 4.8.5　执行exec之后进程继承的属性152
• 4.9　system函数152
• 4.9.1　system函数接口153
• 4.9.2　system函数与信号156
• 4.10　总结157
• 第5章　进程控制：状态、调度和优先级158
• 5.1　进程的状态158
• 5.1.1　进程状态概述159
• 5.1.2　观察进程状态171
• 5.2　进程调度概述173
• 5.3　普通进程的优先级181
• 5.4　完全公平调度的实现186
• 5.4.1　时间片和虚拟运行时间186
• 5.4.2　周期性调度任务190
• 5.4.3　新进程的加入192
• 5.4.4　睡眠进程醒来198
• 5.4.5　唤醒抢占202
• 5.5　普通进程的组调度204
• 5.6　实时进程207
• 5.6.1　实时调度策略和优先级207
• 5.6.2　实时调度相关API211
• 5.6.3　限制实时进程运行时间213
• 5.7　CPU的亲和力214
• 第6章　信号219
• 6.1　信号的完整生命周期219
• 6.2　信号的产生220
• 6.2.1　硬件异常220
• 6.2.2　终端相关的信号221
• 6.2.3　软件事件相关的信号223
• 6.3　信号的默认处理函数224
• 6.4　信号的分类227
• 6.5　传统信号的特点228
• 6.5.1　信号的ONESHOT特性230
• 6.5.2　信号执行时屏蔽自身的特性232
• 6.5.3　信号中断系统调用的重启特性233
• 6.6　信号的可靠性236
• 6.6.1　信号的可靠性实验236
• 6.6.2　信号可靠性差异的根源240
• 6.7　信号的安装243
• 6.8　信号的发送246
• 6.8.1　kill、tkill和tgkill246
• 6.8.2　raise函数247
• 6.8.3　sigqueue函数247
• 6.9　信号与线程的关系253
• 6.9.1　线程之间共享信号处理函数254
• 6.9.2　线程有独立的阻塞信号掩码255
• 6.9.3　私有挂起信号和共享挂起信号257
• 6.9.4　致命信号下，进程组全体退出260
• 6.10　等待信号260
• 6.10.1　pause函数261
• 6.10.2　sigsuspend函数262
• 6.10.3　sigwait函数和sigwaitinfo函数263
• 6.11　通过文件描述符来获取信号265
• 6.12　信号递送的顺序267
• 6.13　异步信号安全272
• 6.14　总结275
• 第7章　理解Linux线程（1）276
• 7.1　线程与进程276
• 7.2　进程ID和线程ID281
• 7.3　pthread库接口介绍284
• 7.4　线程的创建和标识285
• 7.4.1　pthread_create函数285
• 7.4.2　线程ID及进程地址空间布局286
• 7.4.3　线程创建的默认属性291
• 7.5　线程的退出292
• 7.6　线程的连接与分离293
• 7.6.1　线程的连接293
• 7.6.2　为什么要连接退出的线程295
• 7.6.3　线程的分离299
• 7.7　互斥量300
• 7.7.1　为什么需要互斥量300
• 7.7.2　互斥量的接口304
• 7.7.3　临界区的大小305
• 7.7.4　互斥量的性能306
• 7.7.5　互斥锁的公平性310
• 7.7.6　互斥锁的类型311
• 7.7.7　死锁和活锁314
• 7.8　读写锁316
• 7.8.1　读写锁的接口317
• 7.8.2　读写锁的竞争策略318
• 7.8.3　读写锁总结323
• 7.9　性能杀手：伪共享323
• 7.10　条件等待328
• 7.10.1　条件变量的创建和销毁328
• 7.10.2　条件变量的使用329
• 第8章　理解Linux线程（2）333
• 8.1　线程取消333
• 8.1.1　函数取消接口333
• 8.1.2　线程清理函数335
• 8.2　线程局部存储339
• 8.2.1　使用NPTL库函数实现线程局部存储340
• 8.2.2　使用__thread关键字实现线程局部存储342
• 8.3　线程与信号343
• 8.3.1　设置线程的信号掩码344
• 8.3.2　向线程发送信号344
• 8.3.3　多线程程序对信号的处理345
• 8.4　多线程与fork()345
• 第9章　进程间通信：管道349
• 9.1　管道351
• 9.1.1　管道概述351
• 9.1.2　管道接口352
• 9.1.3　关闭未使用的管道文件描述符356
• 9.1.4　管道对应的内存区大小361
• 9.1.5　shell管道的实现361
• 9.1.6　与shell命令进行通信（popen）362
• 9.2　命名管道FIFO365
• 9.2.1　创建FIFO文件365
• 9.2.2　打开FIFO文件366
• 9.3　读写管道文件367
• 9.4　使用管道通信的示例372
• 第10章　进程间通信：System V IPC375
• 10.1　System V IPC概述375
• 10.1.1　标识符与IPC Key376
• 10.1.2　IPC的公共数据结构379
• 10.2　System V消息队列383
• 10.2.1　创建或打开一个消息队列383
• 10.2.2　发送消息385
• 10.2.3　接收消息388
• 10.2.4　控制消息队列390
• 10.3　System V信号量391
• 10.3.1　信号量概述391
• 10.3.2　创建或打开信号量393
• 10.3.3　操作信号量395
• 10.3.4　信号量撤销值399
• 10.3.5　控制信号量400
• 10.4　System V共享内存402
• 10.4.1　共享内存概述402
• 10.4.2　创建或打开共享内存403
• 10.4.3　使用共享内存405
• 10.4.4　分离共享内存407
• 10.4.5　控制共享内存408
• 第11章　进程间通信：POSIX IPC410
• 11.1　POSIX IPC概述411
• 11.1.1　IPC对象的名字411
• 11.1.2　创建或打开IPC对象413
• 11.1.3　关闭和删除IPC对象414
• 11.1.4　其他414
• 11.2　POSIX消息队列415
• 11.2.1　消息队列的创建、打开、关闭及删除415
• 11.2.2　消息队列的属性418
• 11.2.3　消息的发送和接收422
• 11.2.4　消息的通知423
• 11.2.5　I/O多路复用监控消息队列427
• 11.3　POSIX信号量428
• 11.3.1　创建、打开、关闭和删除有名信号量430
• 11.3.2　信号量的使用431
• 11.3.3　无名信号量的创建和销毁432
• 11.3.4　信号量与futex433
• 11.4　内存映射mmap436
• 11.4.1　内存映射概述436
• 11.4.2　内存映射的相关接口438
• 11.4.3　共享文件映射439
• 11.4.4　私有文件映射455
• 11.4.5　共享匿名映射455
• 11.4.6　私有匿名映射456
• 11.5　POSIX共享内存456
• 11.5.1　共享内存的创建、使用和删除457
• 11.5.2　共享内存与tmpfs458
• 第12章　网络通信：连接的建立462
• 12.1　socket文件描述符462
• 12.2　绑定IP地址463
• 12.2.1　bind的使用464
• 12.2.2　bind的源码分析465
• 12.3　客户端连接过程468
• 12.3.1　connect的使用468
• 12.3.2　connect的源码分析469
• 12.4　服务器端连接过程477
• 12.4.1　listen的使用477
• 12.4.2　listen的源码分析478
• 12.4.3　accept的使用480
• 12.4.4　accept的源码分析480
• 12.5　TCP三次握手的实现分析483
• 12.5.1　SYN包的发送483
• 12.5.2　接收SYN包，发送SYN ACK包485
• 12.5.3　接收SYN ACK数据包494
• 12.5.4　接收ACK数据包，完成三次握手499
• 第13章　网络通信：数据报文的发送505
• 13.1　发送相关接口505
• 13.2　数据包从用户空间到内核空间的流程506
• 13.3　UDP数据包的发送流程510
• 13.4　TCP数据包的发送流程517
• 13.5　IP数据包的发送流程527
• 13.5.1　ip_send_skb源码分析528
• 13.5.2　ip_queue_xmit源码分析531
• 13.6　底层模块数据包的发送流程532
• 第14章　网络通信：数据报文的接收536
• 14.1　系统调用接口536
• 14.2　数据包从内核空间到用户空间的流程537
• 14.3　UDP数据包的接收流程540
• 14.4　TCP数据包的接收流程544
• 14.5　TCP套接字的三个接收队列553
• 14.6　从网卡到套接字556
• 14.6.1　从硬中断到软中断556
• 14.6.2　软中断处理557
• 14.6.3　传递给协议栈流程559
• 14.6.4　IP协议处理流程564
• 14.6.5　大师的错误？原始套接字的接收568
• 14.6.6　注册传输层协议571
• 14.6.7　确定UDP套接字571
• 14.6.8　确定TCP套接字576
• 第15章　编写安全无错代码582
• 15.1　不要用memcmp比较结构体582
• 15.2　有符号数和无符号数的移位区别583
• 15.3　数组和指针584
• 15.4　再论数组首地址587
• 15.5　“神奇”的整数类型转换588
• 15.6　小心volatile的原子性误解589
• 15.7　有趣的问题：“x == x”何时为假？591
• 15.8　小心浮点陷阱593
• 15.8.1　浮点数的精度限制593
• 15.8.2　两个特殊的浮点值593
• 15.9　Intel移位指令陷阱595