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2024-04-28 13:10:56 +08:00
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+++ b/C13-Linux系统编程/C13-Linux系统编程学习笔记.md
@@ -0,0 +1,327 @@
+# I/O操作
+
+输入输出是一切实现的基础。
+
+标准IO：`stdio`
+
+系统调用IO（文件IO）：`sysio`
+
+优先使用标准IO，兼容性更好，还有合并系统调用的优势。
+
+## 标准IO
+
+```c
+/* stdio */
+/* FILE类型贯穿始终 */
+
+FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
+/**
+ * fopen 返回指针的储存位置？ 1.栈  2.静态区  3.堆
+ * 正确答案：3.堆。
+ * 因为如果是栈，就是函数内部局部变量，无法返回地址。
+ * 如果是静态区，无法确定需要多少个这个变量。
+ * 
+ * 只有 r 和 r+ 一定要求文件存在
+ * 另外几种不存在会创建
+ * 
+ * 创建文件的权限
+ * 0666 & ~umask
+ * 
+ * 对于普通用户
+ * umask 得到 022
+ * 
+*/
+int fclose(FILE *fp);
+
+int fputc(FILE *stream);
+int fgetc(int c, FILE *stream);
+
+char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
+/**
+ * 两种正常返回的情况：
+ * 1. 读了 size-1 个字节，最后一个字节留给 '\0'
+ * 2. 读到了 '\n'
+ * 
+ * eg. 加入用fgets(buf, 5, stream) 来读 abcd
+ * 是会读两次的
+ * 第一次：abcd'\0'
+ * 第二次：'\n''\0'
+*/
+int fputs(const char *restrict s, FILE *restrict stream);
+
+/**
+ * 这一对函数常用但是无法验证边界
+ * 尽量一次只读单字节，更安全
+ * 
+ * 返回值：成功读/写的对象的数量
+*/
+size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nemmb, FILE *stream);
+size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
+
+
+int printf(const char *restrict format, ...);
+/**
+ * 常用于 fprintf(stderr,...)
+*/
+int fprintf(FILE *restrict stream, const char *restrict format, ...);
+
+// TODO:
+int dprintf(int fd, const char *restrict format, ...);
+
+/**
+ * 将格式化内容输出到一个字符串
+ * 
+ * 和 atoi() 正好相反
+ * 
+*/
+int sprintf(char *restrict str, const char *restrict format, ...);
+
+/**
+ * 比sprintf多了size参数，更安全
+*/
+int snprintf(char   str[restrict.size],
+             size_t size,
+             const char *restrict format,
+             ...)
+
+// !!! 慎用%s
+int scanf(const char *restrict format, ...);
+int fscanf(FILE *restrict stream,
+                  const char *restrict format, ...);
+
+
+/**
+ * 移动文件当前位置指针
+ * 
+ * 可用于生成空洞文件，下载器原理
+ * 
+ * @prarm: offset 移动多远
+ * @prarm: whence 移动方向
+ *         SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END
+ * 
+ * @return  成功0，失败-1
+*/
+int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
+
+/**
+ * 反映当前文件指针所在位置
+ * 
+ * 这个long的负值部分无法使用。
+ * 所以文件无法超过2G。
+ * 
+*/
+long ftell(FILE *stream);
+
+/**
+ * 解决上面long的问题。
+ * 
+ * 最好编译时加上
+ * #define _FILE_OFFSET_BITS 64
+ * 可以写入makefile
+ * 
+ * 但是这俩函数是方言，前面那个long的一对支持C89，C99
+ * 
+*/
+int fseeko(FILE *stream, off_t offset, int whence);
+off_t ftello(FILE *stream);
+
+/**
+ * 将文件指针置于文件首 
+ * equivalent to:
+ * fseek(stream, 0L, SEEK_SET);
+*/
+void rewind(FILE *stream);
+
+/**
+ *  缓冲区的作用：
+ *     大多数情况下是好事，合并系统调用
+ * 
+ * 行缓冲： 换行时候刷新，满了的时候刷新，强制刷新（标准输出是这样的，因为是终端设备）
+ * 
+ * 全缓冲： 满了的时候刷新，强制刷新（默认，只要不是终端设备）
+ * 
+ * 无缓冲： 如stderr，需要立即输出的内容
+*/
+fflush();
+
+/**
+ * @prarm: mode
+ *         _IONBF
+ *         _IOLBF
+ *         _IOFBF
+*/
+int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);
+
+/**
+ * 为了读取一行
+ * 
+ * 使用办法：
+ *   #define _GNU_SOURCE  这个不想写到代码里面的话可以写到makefile
+ *   eg. CFLAGS+=-D_FILE_OFFSET_BITS=64 -D_GNU_SOURCE
+ *   #include <stdio.h>
+ * 
+ * !!! 里面有 malloc 动作，未释放
+ * !!! 是方言，可以自己封装一个mygetline和mygetline_free
+ * 
+*/
+ssize_t getline(char **lineptr, size_t *n, FILE *stream);
+
+/**
+ * 临时文件
+ *       1. 如何不冲突的创建
+ *       2. 及时销毁
+ * 
+ * tmpnam: 创建临时文件名字
+ *         有并发危险，因为产生名字和创建文件是两步
+ * 
+ * tmpfile: 创建临时文件
+ *          是匿名文件，ls -a 都看不到
+ *          避免冲突
+*/
+char *tmpnam(char *s);
+FILE *tmpfile(void);
+
+```
+
+
+## 文件IO/系统调用IO
+
+文件描述符（`fd`）是在文件IO中贯穿始终的类型。
+
+### 文件描述符的概念
+是一个整型数，是一个指针数组的下标。
+优先使用当前可用范围内最小的。
+
+### 文件IO操作相关函数：
+- open
+- close
+- read
+- write
+- lsee
+
+```c
+
+/**
+ * r  -> O_RDONLY
+ * r+ -> O_RDWR
+ * w  -> O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC
+ * w+ -> O_RDWR   | O_TRUNC | O_CREAT
+ * 
+ * 如果有creat就必须用三参数的形式
+ * C语言没有重载，这是变参函数
+ * 
+ * @prarm: pathname 文件路径
+ * @prarm: flags    文件打开方式
+ * @prarm: mode     文件权限
+ * 
+*/
+int open(const char *pathname, int flags);
+int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
+
+int close(int fd);
+
+/**
+ *  read from a file descriptor
+ * 
+ * @return 读取的字节数，失败返回-1
+*/
+ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
+
+/**
+ *  write to a file descriptor
+ * 
+ * @return 写入的字节数，失败返回-1
+*/
+ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
+
+/**
+ *  移动文件指针
+ * 
+ * @prarm: offset 移动多远
+ * @prarm: whence 移动方向
+ *         SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END
+ * 
+ * @return  成功0，失败-1
+*/
+off_t lseek(int fd, offt offset, int whence);
+
+```
+
+
+### 文件IO与标准IO的区别
+区别：响应速度&吞吐量
+文件IO需要频繁进入内核，标准IO通过缓冲区合并系统调用。
+响应速度快就文件IO，吞吐量大就标准IO。
+> [!warning]
+> 二者不可混用
+
+转换方法：`fileno`, `fdopen`
+
+### IO的效率问题
+习题：将`mycpy.c`程序进行更改，将`BUFSIZE`的值放大，观察进程消耗的时间，注意性能出现拐点的值以及程序何时段错误。
+
+### 文件共享
+多个任务共同操作一个文件或者协同完成任务
+
+面试题：写程序删除一个文件的第10行
+补充函数：
+```c
+// 截断文件到某长度
+int truncate(const char *path, off_t length);
+int ftruncate(int fd, off_t length);
+```
+
+```c
+// 最简单思路，将11行开始的内容到第10行开始处覆盖写
+while()
+{
+    lseek 11 + read +lseek 10 + write
+}
+
+// 优化思路，两个文件描述符，一个读一个写
+1 -> open r  -> fd1 -> lseek 11
+2 -> open r+ -> fd2 -> lseek 10
+
+while()
+{
+    1->fd1-> read
+    2->fd2-> write
+}
+
+// 两个进程, 设计进程间通信
+process1 -> open -> r
+process2 -> open -> r+
+
+p1->read -> p2->write
+
+```
+
+### 原子操作
+指不可分割的操作
+作用：解决竞争和冲突
+如`tmpnam`函数，产生文件名和创建文件是两步，会有并发问题。
+
+
+### 程序中的重定向：`dup`, `dup2`
+```c
+int dup(int oldfd);
+int dup2(int oldfd, int newfd);
+```
+
+### 同步
+同步内核层面的buffer和cache
+```c
+void sync(void);
+int fsync(int fd);
+int fdatasync(int fd); // 只刷新数据，不刷新亚数据
+
+// 文件描述符所有的操作几乎都来源于该函数
+int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */);
+
+// 设备相关的内容
+int ioctl(int fd, unsigned long request, ... /* arg */);
+
+```
+
+### /dev/fd/目录
+**虚目录**：显示当前进程的文件描述符信息
--- a/C13-Linux系统编程/C13-Linux系统编程项目实战.md
+++ b/C13-Linux系统编程/C13-Linux系统编程项目实战.md
@@ -0,0 +1,52 @@
+# 项目前瞻
+
+基于IPV4的流媒体广播系统。
+
+
+
+## 项目需求
+
+需要基于客户机和服务器模型的网络音频广播/点播系统。
+
+用于语音教室和公共广播。
+
+分为服务器和客户机，服务器在PC上运行，客户机在PC机或者嵌入式设备。
+
+服务器可以向局域网内以多播的方式给所有客户机发送数据，客户机自己选择接收数据。
+
+
+
+## 简要框图
+
+<img src="https://s2.loli.net/2024/04/25/kpolhzmgBEcSYxM.png"/>
+
+
+
+
+
+## 参考书目
+
+1. UNIX环境高级编程（第一版经典，第二版有错误）
+2. UNIX网络编程
+3. TCP/IP详解（卷一）
+4. 深入理解计算机系统
+
+
+
+## 知识网络
+
+- I/O操作（参考书目1：3，5章，14章非阻塞IO）
+- 文件系统（参考书目1：4，6，7章）
+- 并发（信号10章，多线程10，11章）
+- IPC（进程间通信，8章进程基础，13章守护进程）
+- 进程间通信（15，16章）
+
+
+
+
+
+## 注意事项
+
+1. 弃用root用户
+2. 重构
+3. 课堂重点：项目，课堂代码，面试题，实验性题目，推荐书籍的课后题
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/Makefile
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/Makefile
@@ -0,0 +1 @@
+CFLAGS+=-D_FILE_OFFSET_BITS=64 -D_GNU_SOURCE
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/atoi.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/atoi.c
@@ -0,0 +1,28 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    char buf[1024];
+    int  year = 2014, month = 5, day = 13;
+
+    printf("%d-%d-%d\n", year, month, day);
+
+    sprintf(buf, "%d-%d-%d", year, month, day);
+    puts(buf);
+
+#if 0
+    char str[] = "123456";
+
+    printf("%d\n", atoi(str));
+    /**
+     * 输出 123456
+     * 
+     * 如果str是123a456
+     * 输出123
+     * 
+     */
+#endif
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/fflush.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/fflush.c
@@ -0,0 +1,20 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    int i;
+
+    // 这里不加\n的话，什么都不输出
+    // 要么加\n，要么fflush
+    printf("Before while()");
+    fflush(stdout);
+
+    while (1)
+        ;
+
+    printf("After while()");
+    fflush(NULL);
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/fgetc.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/fgetc.c
@@ -0,0 +1,32 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    FILE *fp;
+    int   count;
+
+    if (argc < 2)
+    {
+        fprintf(stderr, "Usage...\n");
+        exit(1);
+    }
+
+    fp = fopen(argv[1], "r");
+    if (NULL == fp)
+    {
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    while (EOF != fgetc(fp))
+    {
+        count++;
+    }
+
+    printf("count = %d", count);
+
+    fclose(fp);
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/flen.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/flen.c
@@ -0,0 +1,28 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    FILE *fp;
+
+    if (argc < 2)
+    {
+        fprintf(stderr, "Usage...\n");
+        exit(1);
+    }
+
+    fp = fopen(argv[1], "r");
+    if (NULL == fp)
+    {
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    fseek(fp, 0, SEEK_END);
+
+    printf("%d\n", ftell(fp));
+
+    fclose(fp);
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/fopen.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/fopen.c
@@ -0,0 +1,31 @@
+#include <errno.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+
+int main()
+{
+    FILE *fp;
+
+    fp = fopen("tmp", "r");
+    if (NULL == fp)
+    {
+        // fprintf(stderr, "fopen() failed!   errno = %d\n", errno);
+        // out: fopen() failed!   errno = 2
+        /* errno:定义路径 /usr/include/asm-generic/errno-base.h */
+
+        // perror("fopen()");
+        // out: fopen(): No such file or directory
+
+        fprintf(stderr, "fopen(): %s\n", strerror(errno));
+        // out: fopen(): No such file or directory
+
+        exit(1);
+    }
+
+    puts("OK!");
+
+    fclose(fp);
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/getline.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/getline.c
@@ -0,0 +1,40 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    FILE  *fp;
+    char  *linebuf;
+    size_t linesize;
+
+    if (argc < 2)
+    {
+        fprintf(stderr, "Usage...\n");
+        exit(1);
+    }
+
+    fp = fopen(argv[1], "r");
+    if (NULL == fp)
+    {
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    // !!!
+    linebuf  = NULL;
+    linesize = 0;
+
+    while (1)
+    {
+        if (getline(&linebuf, &linesize, fp) < 0)
+            break;
+        printf("%d\n", strlen(linebuf));
+        printf("%d\n", linesize);
+        // 此时输出linesize值不对，是因为没有初始化
+        // 修改后发现，linesize初始值就是120，是后面不够再增加
+    }
+
+    fclose(fp);
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/maxfopen.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/maxfopen.c
@@ -0,0 +1,32 @@
+#include <errno.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+
+int main()
+{
+    FILE *fp    = NULL;
+    int   count = 0;
+
+
+    while (1)
+    {
+
+        fp = fopen("tmp", "w");
+        if (NULL == fp)
+        {
+            perror("fopen()");
+            break;
+        }
+
+        count++;
+    }
+
+    printf("count = %d\n", count);
+    // out: 4089
+    /* 可以通过下面这个命令限制 */
+    /* ulimit -n */
+    /* 4096 */
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/mycpy.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/mycpy.c
@@ -0,0 +1,51 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+/**
+ * @brief
+ * @details
+ *          usage: ./mycpy <src> <dst>
+ *
+ * @return  int
+ */
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    FILE *fps, *fpd;
+    int   ch;
+
+    if (argc < 3)
+    {
+        fprintf(stderr, "Usage:%s <src> <dst>\n", argv[0]);
+        exit(1);
+    }
+
+    fopen(argv[1], "r");
+    if (NULL == fps)
+    {
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    fopen(argv[2], "w");
+    if (NULL == fpd)
+    {
+        // !!!
+        fclose(fps);
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    while (1)
+    {
+        ch = fgetc(fps);
+        if (EOF == ch)
+            break;
+        fputc(ch, fpd);
+    }
+
+    fclose(fpd);
+    fclose(fps);
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/mycpy_fgets.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/mycpy_fgets.c
@@ -0,0 +1,48 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+#define BUFSIZE 1024
+
+/**
+ * @brief
+ * @details
+ *          usage: ./mycpy <src> <dst>
+ *
+ * @return  int
+ */
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    FILE *fps, *fpd;
+    char  buf[BUFSIZE];
+
+    if (argc < 3)
+    {
+        fprintf(stderr, "Usage:%s <src> <dst>\n", argv[0]);
+        exit(1);
+    }
+
+    fopen(argv[1], "r");
+    if (NULL == fps)
+    {
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    fopen(argv[2], "w");
+    if (NULL == fpd)
+    {
+        // !!!
+        fclose(fps);
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    while (NULL != fgets(buf, BUFSIZE, fps))
+        fputs(buf, fpd);
+
+    fclose(fpd);
+    fclose(fps);
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/stdio/mycpy_fread.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/stdio/mycpy_fread.c
@@ -0,0 +1,50 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+#define BUFSIZE 1024
+
+/**
+ * @brief
+ * @details
+ *          usage: ./mycpy <src> <dst>
+ *
+ * @return  int
+ */
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    FILE *fps, *fpd;
+    char  buf[BUFSIZE];
+    int   n;
+
+    if (argc < 3)
+    {
+        fprintf(stderr, "Usage:%s <src> <dst>\n", argv[0]);
+        exit(1);
+    }
+
+    fopen(argv[1], "r");
+    if (NULL == fps)
+    {
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    fopen(argv[2], "w");
+    if (NULL == fpd)
+    {
+        // !!!
+        fclose(fps);
+        perror("fopen()");
+        exit(1);
+    }
+
+    /* 用n接收读到的个数，因为不知道能不能正好读到BUFSIZE */
+    while ((n = fread(buf, 1, BUFSIZE, fps)) > 0)
+        fread(buf, 1, n, fpd);
+
+    fclose(fpd);
+    fclose(fps);
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/sys/ab.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/sys/ab.c
@@ -0,0 +1,27 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    putchar('a');
+    write(1, "b", 1);
+
+    putchar('a');
+    write(1, "b", 1);
+
+    putchar('a');
+    write(1, "b", 1);
+
+    /**
+     * 这里标准IO与文件IO混用
+     * 实际输出：
+     * bbbaaa
+     *
+     * 命令 strace
+     * 可以跟踪系统调用
+     *
+     */
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/sys/dup.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/sys/dup.c
@@ -0,0 +1,51 @@
+#include <fcntl.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+
+#define FNAME "/tmp/out"
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    int fd;
+
+    /***
+     * bug:
+     * 1. 假如默认没有1，这里有bug。
+     * 2. 假如这个非原子操作的操作的过程，有可能被别的进程影响。
+     */
+    fd = open(FNAME, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0600);
+    if (fd < 0)
+    {
+        perror("open");
+        exit(1);
+    }
+
+    // close(1);
+    // dup(fd);
+    dup2(fd, 1);
+    // 使用 dup2 原子操作
+    // 且dup2如果两个参数相等，不会做任何事
+
+    // !!!
+    if (1 != fd)
+        close(fd);
+
+#if 0
+    close(1);
+
+    fd = open(FNAME, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0600);
+    if (fd < 0)
+    {
+        perror("open");
+        exit(1);
+    }
+#endif
+
+    /********************************************************************/
+    puts("hello!");
+
+    // TODO: 将sdtout回到终端
+
+    exit(0);
+}
--- a/C13-Linux系统编程/io/sys/mycpy.c
+++ b/C13-Linux系统编程/io/sys/mycpy.c
@@ -0,0 +1,71 @@
+#include <fcntl.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+
+#define BUFSIZE 1024
+/**
+ * 可以用 time 命令找到 BUFSIZE 最佳值
+ *
+ * time ./mycpy /etc/services /tmp/out
+ */
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    int  sfd, dfd;
+    char buf[BUFSIZE];
+    int  len, ret, pos;
+
+    if (argc < 3)
+    {
+        fprintf(stderr, "Usage: %s <src> <dst>\n", argv[0]);
+        exit(1);
+    }
+
+    sfd = open(argv[1], O_RDONLY);
+    if (sfd < 0)
+    {
+        perror("open");
+        exit(1);
+    }
+
+    dfd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0600);
+    if (dfd < 0)
+    {
+        // !!!
+        close(sfd);
+        perror("open");
+        exit(1);
+    }
+
+    while (1)
+    {
+        len = read(sfd, buf, BUFSIZE);
+        if (len < 0)
+        {
+            perror("read");
+            break;
+        }
+        if (len == 0)
+            break;
+
+        pos = 0;
+        while (len > 0)
+        {
+            /* 可能没写完被别的中断打断 */
+            ret = write(dfd, buf + pos, len);
+            if (ret < 0)
+            {
+                perror("write");
+                exit(1);
+            }
+            pos += ret;
+            len -= ret;
+        }
+    }
+
+    close(dfd);
+    close(sfd);
+
+    exit(0);
+}
				`@@ -0,0 +1 @@`
				`CFLAGS+=-D_FILE_OFFSET_BITS=64 -D_GNU_SOURCE`