🦄 refactor(C13, C14, C115): 更新了linux系统开发部分的结构
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lzy
594
C14-文件系统/C14-文件系统.md
Normal file
594
C14-文件系统/C14-文件系统.md
Normal file
@@ -0,0 +1,594 @@
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# 目录
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- [目录](#目录)
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- [文件系统](#文件系统)
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- [目录和文件](#目录和文件)
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- [系统数据文件和信息](#系统数据文件和信息)
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- [进程环境](#进程环境)
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- [`main`函数](#main函数)
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- [进程的终止](#进程的终止)
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- [命令行参数的分析](#命令行参数的分析)
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- [环境变量](#环境变量)
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- [C程序的存储空间布局](#c程序的存储空间布局)
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- [库](#库)
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- [函数之间正常的跳转](#函数之间正常的跳转)
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- [资源的获取及控制](#资源的获取及控制)
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# 文件系统
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类`ls`的实现，如`myls -l -a -i -n`
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`cmd --长格式 -短格式 非选项的传参`
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## 目录和文件
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1. 获取文件属性
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```c
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/**
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* 将文件的属性存储到buf中
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* stat : 通过文件路径获取属性，面对符号链接文件时，
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||||
* 获取的是指向的目标文件的属性
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||||
* fstat: 通过文件描述符获取属性
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||||
* lstat: 通过文件路径获取属性，面对符号链接文件时，
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*/
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int stat(const char *path, struct stat *buf);
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||||
int fstat(int fd, struct stat *buf);
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||||
int lstat(const char *path, struct stat *buf);
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struct stat {
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dev_t st_dev; /* ID of device containing file */
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ino_t st_ino; /* inode number */
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// 文件唯一标识，身份证号
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mode_t st_mode; /* protection */
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// st_mode: 文件权限+文件类型
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// 文件权限
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// 七种文件类型：dcb-lsp
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nlink_t st_nlink; /* number of hard links */
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uid_t st_uid; /* user ID of owner */
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gid_t st_gid; /* group ID of owner */
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dev_t st_rdev; /* device ID (if special file) */
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off_t st_size; /* total size, in bytes */
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||||
// 在linux下，与windows不同，size值仅仅是属性
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// 不能实际体现占用磁盘大小，详见 big.c
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blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */
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blkcnt_t st_blocks; /* number of 512B blocks allocated */
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||||
time_t st_atime; /* time of last access */
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||||
time_t st_mtime; /* time of last modification */
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||||
time_t st_ctime; /* time of last status change */
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};
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```
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2. 文件访问权限
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`st_mode`是一个16位的二进制数，文件类型，文件权限，特殊权限。
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3. `umask`
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作用：防止产生权限过松的文件。
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`0666 &~umask`
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||||
`umask`也是一个终端命令，可以查看和设置。
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`mode_t umask(mode_t mask);`
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4. 文件权限的更改/管理
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```c
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||||
/**
|
||||
* 更改文件权限
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||||
*/
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||||
int chmod(const char *path, mode_t mode);
|
||||
int fchmod(int fd, mode_t mode);
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```
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5. 粘住位
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t位，例如`/tmp`目录。
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6. 文件系统：`FAT`, `UFS`
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文件或数据的存储格式。
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1. `FAT`：静态存储的单链表
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```c
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struct node_st{
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||||
int next[N];
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||||
char data[N][SIZE];
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};
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```
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2. `UFS`：
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缺点：不善于处理大量的小文件，因为每个文件都有一个`inode`，占用空间。
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> 面试题：
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> 不用比较，比较两个uint32_t的大小
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> 使用位图
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7. 硬链接，符号链接
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- 硬链接
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`ln bigfile bigfile_link`
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与目录项是同义词
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相当于目录项又弄了一份，使用`ls -i`可以看到`inode`号相同。
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限制：不能给分区建立，不能给目录建立
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- 符号链接
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`ln -s bigfile_link bigfile_s`
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||||
优点：可以跨分区，可以给目录建立
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```c
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int link(const char *oldpath, const char *newpath);
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||||
|
||||
/**
|
||||
* 只有没有引用的数据才会真正删除
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||||
* 可以利用这一点创建匿名文件
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||||
*/
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||||
int unlink(const char *pathname);
|
||||
|
||||
int remove(const char *pathname);
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||||
|
||||
/**
|
||||
* 改变文件的路径或者名字
|
||||
*/
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||||
int rename(const char *oldpath, const char *newpath);
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||||
```
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||||
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||||
8. `utime`
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||||
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```c
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||||
/**
|
||||
* 更改文件最后读/写的时间
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||||
*/
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||||
int utime(const char *filename, const struct utimbuf *times);
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||||
|
||||
struct utimbuf {
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||||
time_t actime; /* access time */
|
||||
time_t modtime; /* modification time */
|
||||
};
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||||
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||||
struct time_t {
|
||||
long tv_sec; /* seconds */
|
||||
long tv_usec; /* microseconds */
|
||||
};
|
||||
```
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||||
9. 目录的创建和销毁
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||||
`mkdir, rmdir`
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||||
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||||
```c
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||||
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
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||||
|
||||
/**
|
||||
* 只有目录为空才能删除
|
||||
*/
|
||||
int rmdir(const char *pathname);
|
||||
```
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||||
10. 更改当前工作路径
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`cd, pwd`
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```c
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||||
/**
|
||||
* 改变当前工作路径
|
||||
* 可以突破假根目录
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||||
* 但是不能突破chroot
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||||
*/
|
||||
int chdir(const char *path);
|
||||
int fchdir(int fd);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 获取当前工作路径
|
||||
*/
|
||||
long getcwd(char *buf, unsigned long size);
|
||||
```
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||||
11. 分析目录/读取目录内容
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||||
```c
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||||
/**
|
||||
* 法一
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||||
* 解析模式/通配符
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||||
*
|
||||
* @prarm: pattern 匹配模式
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||||
* @prarm: flags 匹配标志
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||||
* @prarm: errfunc 错误回调函数
|
||||
* @prarm: pglob 匹配结果
|
||||
*
|
||||
* @return 匹配的文件数量
|
||||
*/
|
||||
int glob(const char *restrict pattern, int flags,
|
||||
int (*errfunc)(const char *epath, int eerrno),
|
||||
glob_t *restrict pglob);
|
||||
/**
|
||||
* 释放glob_t结构体
|
||||
*/
|
||||
void globfree(glob_t *pglob);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 与argc, argv类似
|
||||
*/
|
||||
typedef struct {
|
||||
size_t gl_pathc; /* Count of paths matched so far */
|
||||
char **gl_pathv; /* List of matched pathnames */
|
||||
size_t gl_offs; /* Slots to reserve in gl_pathv */
|
||||
} glob_t;
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 法二
|
||||
*/
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 打开一个目录
|
||||
* 返回一个指向DIR结构体的指针
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||||
* 是堆区，需要 closedir 释放
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*/
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||||
DIR *opendir(const char *name);
|
||||
DIR *fdopendir(int fd);
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||||
|
||||
/**
|
||||
* 关闭一个目录
|
||||
*/
|
||||
int closedir(DIR *dirp);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 读取一个目录
|
||||
*
|
||||
* 返回指针指向静态区
|
||||
*/
|
||||
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
|
||||
int readdir_r(DIR *restrict dirp,
|
||||
struct dirent *restrict entry,
|
||||
struct dirent **restrict result);
|
||||
|
||||
struct dirent {
|
||||
ino_t d_ino; /* inode number */
|
||||
off_t d_off; /* offset to the next dirent */
|
||||
unsigned short d_reclen; /* length of this record */
|
||||
unsigned char d_type; /* type of file; not supported
|
||||
by all file system types */
|
||||
char d_name[256]; /* filename */
|
||||
};
|
||||
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 重置一个目录
|
||||
*/
|
||||
void rewinddir(DIR *dirp);
|
||||
|
||||
void seekdir(DIR *dirp, long offset);
|
||||
|
||||
long telldir(DIR *dirp);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* du 命令
|
||||
* 以字节为单位，统计目录下所有文件的大小
|
||||
*
|
||||
*/
|
||||
|
||||
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||||
```
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||||
作业：用另一套函数实现`mydu`
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## 系统数据文件和信息
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||||
> 不同环境可能有区别，以具体查询为准，这里以Linux为例
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||||
1. `/etc/passwd`
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||||
|
||||
```c
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||||
/**
|
||||
* 通过用户名获取用户信息
|
||||
*/
|
||||
struct passwd *getpwuid(uid_t uid);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 通过用户ID获取用户信息
|
||||
*/
|
||||
struct passwd *getpwnam(const char *name);
|
||||
|
||||
struct passwd {
|
||||
char *pw_name; /* username */
|
||||
char *pw_passwd; /* user password */
|
||||
uid_t pw_uid; /* user ID */
|
||||
gid_t pw_gid; /* group ID */
|
||||
char *pw_gecos; /* user information */
|
||||
char *pw_dir; /* home directory */
|
||||
char *pw_shell; /* shell program */
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
2. `/etc/group`
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||||
|
||||
```c
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||||
/**
|
||||
* 通过组ID获取组信息
|
||||
*/
|
||||
struct group *getgrgid(gid_t gid);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 通过组名获取组信息
|
||||
*/
|
||||
struct group *getgrnam(const char *name);
|
||||
|
||||
struct group {
|
||||
char *gr_name; /* group name */
|
||||
char *gr_passwd; /* group password */
|
||||
gid_t gr_gid; /* group ID */
|
||||
char **gr_mem; /* group members */
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
3. `/etc/shadow`
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||||
`ll`显示**root**用户也不可读写，但是只有**root**用户才可读写
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||||
这样是提醒你，即便是**root**用户，也不要随便读写这个文件
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||||
> 密码
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||||
>
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||||
> hash - 混淆，不可逆
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||||
>
|
||||
> 如果原串一样，hash值也一样
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||||
>
|
||||
> 防备管理员监守自盗
|
||||
>
|
||||
> 加密 - 解密
|
||||
>
|
||||
> 加密为了安全，攻击成本大于收益
|
||||
>
|
||||
> 安全？穷举：口令随机校验（第一遍明明对了给你报错，让你连续两遍成功输入正确）
|
||||
>
|
||||
> 推荐书籍：《应用密码学》
|
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||||
```c
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||||
/**
|
||||
* 获得用户的密码信息
|
||||
*/
|
||||
struct *spwd getspnam(const char *name);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 加密密码
|
||||
*
|
||||
* @prarm: key 密码
|
||||
* @prarm: salt 盐 杂字串
|
||||
*
|
||||
* 默认 md5 加密方式
|
||||
*/
|
||||
char *crypt(const char *key, const char *salt);
|
||||
|
||||
struct spwd {
|
||||
char *sp_namp; /* login name */
|
||||
char *sp_pwdp; /* encrypted password */
|
||||
long sp_lstchg; /* last change */
|
||||
long sp_min; /* min days between changes */
|
||||
long sp_max; /* max days between changes */
|
||||
long sp_warn; /* warning days before password
|
||||
expires */
|
||||
long sp_inact; /* days before account inactive */
|
||||
long sp_expire; /* days since 1970-01-01 until account
|
||||
expires */
|
||||
unsigned long sp_flag; /* reserved */
|
||||
};
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 输入提示符
|
||||
*/
|
||||
char *getpass(const char *prompt);
|
||||
```
|
||||
|
||||
4. 时间戳
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||||
机器喜欢大整数 `time_t`
|
||||
人类喜欢字符串 `char *`
|
||||
程序员喜欢结构体 `struct tm`
|
||||
|
||||
```c
|
||||
/**
|
||||
* 从内核获取以秒为单位的一个时戳
|
||||
* 从 UTC 1970年1月1日0时0分0秒 到现在的秒数
|
||||
*/
|
||||
time_t time(time_t *t);
|
||||
|
||||
// eg: 两种用法
|
||||
time_t stamp;
|
||||
time(&stamp);
|
||||
stamp=time(NULL);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 将时间戳转换为结构体
|
||||
*/
|
||||
struct tm *gmtime(const time_t *timep);
|
||||
struct tm *localtime(const time_t *timep);
|
||||
|
||||
sturct tm {
|
||||
int tm_sec; /* seconds */
|
||||
int tm_min; /* minutes */
|
||||
int tm_hour; /* hours */
|
||||
int tm_mday; /* day of the month */
|
||||
int tm_mon; /* month */
|
||||
int tm_year; /* year */
|
||||
int tm_wday; /* day of the week */
|
||||
int tm_yday; /* day in the year */
|
||||
int tm_isdst; /* daylight saving time */
|
||||
/* daylight 夏令时调整 */
|
||||
};
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 将结构体转换为时间戳
|
||||
* ! 没有 const，可能更改 tm
|
||||
*/
|
||||
time_t mktime(struct tm *tm);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 格式化输出时间
|
||||
*/
|
||||
size_t strftime(char *s, size_t max, const char *format,
|
||||
const struct tm *tm);
|
||||
|
||||
// eg
|
||||
strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tm);
|
||||
```
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
## 进程环境
|
||||
|
||||
### `main`函数
|
||||
|
||||
```c
|
||||
int main(int argc, char *argv[]);
|
||||
```
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
### 进程的终止
|
||||
|
||||
1. 正常终止:
|
||||
|
||||
- 从`main`函数返回
|
||||
- 调用`exit`
|
||||
`void exit(int status);`
|
||||
status & 0377 有符号的char -128~127
|
||||
|
||||
- 调用`_exit`或者`_Exit`（系统调用）
|
||||
|
||||
> `exit`与`_exit _Exit`的区别
|
||||
> `_exit`不执行`atexit`注册的函数，不刷新`stdio`缓冲区
|
||||
> 这样可以防止错误扩散
|
||||
|
||||
- 最后一个线程从其启动例程返回
|
||||
- 最后一个线程调用了`pthread_exit`
|
||||
|
||||
2. 异常终止
|
||||
|
||||
- 调用`abort`
|
||||
- 接到一个信号并终止
|
||||
- 最后一个线程对其取消请求作出响应
|
||||
|
||||
|
||||
```c
|
||||
/**
|
||||
* 注册一个函数，当进程终止时调用
|
||||
*
|
||||
* 钩子函数：逆序执行
|
||||
* 可以进行资源释放
|
||||
*/
|
||||
int atexit(void (*function)(void));// 钩子函数
|
||||
```
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
### 命令行参数的分析
|
||||
|
||||
```c
|
||||
#include <unistd.h>
|
||||
|
||||
extern char *optarg; // 选项参数
|
||||
// optind: 下一个要处理的参数的索引
|
||||
extern int optind, opterr, optopt;
|
||||
|
||||
int getopt(int argc, char *const argv[], const char *optstring);
|
||||
|
||||
int getopt_long(int argc, char *const argv[], const char *optstring,
|
||||
const struct option *longopts, int *longindex);
|
||||
```
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
### 环境变量
|
||||
|
||||
**KEY = VALVE**
|
||||
可以通过`export`命令查看
|
||||
|
||||
```c
|
||||
char *getenv(const char *name);
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* change or add
|
||||
*
|
||||
* @prarm: overwrite 是否覆盖
|
||||
*
|
||||
* 覆盖时是释放原来的空间，重新分配
|
||||
*/
|
||||
int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);
|
||||
int unsetenv(const char *name);
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* 和getenv一样的作用，change or add
|
||||
* 用法不一样，且没有const修饰
|
||||
*/
|
||||
int putenv(char *string);
|
||||
```
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
### C程序的存储空间布局
|
||||
|
||||
`pmap`命令，查看进程空间布局
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
### 库
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||||
|
||||
- 动态库
|
||||
|
||||
- 静态库
|
||||
|
||||
- 手工装载库
|
||||
|
||||
```c
|
||||
void *dlopen(const char *filename, int flag);
|
||||
char *dlerror(void);
|
||||
int dlclose(void *handle);
|
||||
void *dlsym(void *handle, const char *symbol);
|
||||
// Link with -ldl
|
||||
```
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
### 函数之间正常的跳转
|
||||
|
||||
`goto`无法跨函数跳转。
|
||||
|
||||
```c
|
||||
/*
|
||||
* 设置跳转点
|
||||
*
|
||||
* @return 0 说明是在设置跳转点
|
||||
* @return 非0 说明是通过 longjmp 返回
|
||||
*/
|
||||
int setjmp(jmp_buf env);
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* 跳转到跳转点
|
||||
*
|
||||
* @prarm: env 跳转点
|
||||
* @prarm: val 传递给 setjmp 的值
|
||||
*/
|
||||
void longjmp(jmp_buf env, int val);
|
||||
```
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
### 资源的获取及控制
|
||||
|
||||
`ulimit -a`
|
||||
|
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```c
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// get/set resource limits
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int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlim);
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int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlim);
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// 普通用户不能设置超过硬限制
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// root 用户可以 升高/降低 硬限制
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struct rlimit {
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rlim_t rlim_cur; /* soft limit */
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rlim_t rlim_max; /* hard limit */
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};
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```
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