Linux 复习题

《Linux System Programming》复习题

1.简述API及ABI。

答：API（Application Programming Interface）应用程序接口，API规定了软件模块之间在源代码层交互的接口。它通过提供一组标准接口（通常以函数的方式）进行抽象：一个程序片段（一般是较高层次的代码，但不见得一定是）可以调用另一个程序片段（通常位于较低层次）。

ABI（Application Binary Interface）应用程序二进制接口，ABI定义的是在特定的架构上两个或者多个软件模块之间的二进制接口。定义了一个应用如何和自己交互，如何和内核以及库进行交互。ABI主要关注的问题有调用约定、字节序、寄存器使用、系统调用、链接、库行为和二进制格式。在Linux系统中，每一个机器架构都有自己的ABI集合。

2.简述使用基于系统调用的文件处理函数读写文件的过程。

答：首先使用open函数打开需要调用的文件，open函数有两个参数，第一个是打开的文件路径，第二个是打开的模式，该模式可以为只读、只写等。open函数会返回打开文件的标记符fd。

利用fd可以对文件进行读写操作：

若进行读，则使用read函数，read函数有三个参数，分别是要读的文件的标记符fd，将内容读到何处对应的区域指针buf和读取的长度len。系统会直接将需要读取的内容存入到指定的缓冲区中。

若进行写，则使用write函数，write函数有三个参数，分别是要写的文件的标记符fd，将何处的内容写进文件对应的区域指针buf和写入的长度len。系统会直接将需要写入的内

容存入到指定的文件中。

最后需要利用close函数来关闭打开的文件。

3.简述常用基于系统调用的文件处理函数的使用方法，包括函数原型及参数意义。

答：

（1）打开文件：通过open()函数调用来打开一个文件并获得一个文件描述符。

函数原型：#include

#include

#include

int open (const char *name, int flags);

int open (const char *name, int flags, mode_t, mode);

参数：name：文件路径名。

flags：O_RDONL Y只读、O_WRONL Y 只写、O_RDWR读写

mode：除非创建了新文件，否则mode参数会被省略；而当O_CREA T给出时则需要，mode参数用于指定新文件的权限。

返回值：调用成功时返回一个文件描述符，错误时返回-1。

（2）创建文件：通过creat()函数调用来创建一个文件并获得一个文件描述符。

函数原型：#include

#include

#include

int creat (const char *name, mode_t mode);

参数：name：文件路径名。

mode：用于指定新文件的权限。

返回值：调用成功时返回一个文件描述符，错误时返回-1。

（3）读文件：通过read()函数调用来读取一个文件。

函数原型：#include

ssize_t read (int fd, void *buf, size_t len);

参数：fd：文件描述符。

buf：用于写入的缓冲区。

len：写入缓存区的字节数

返回值：调用成功时返回写入buf中的字节数，错误时返回-1，并置error。

若返回为0。则表示已经读取到文件的末尾。

（4）写文件：通过read()函数调用来读取一个文件。

函数原型：#include

ssize_t write (int fd, const void *buf, size_t count);

参数：fd：文件描述符。

buf：存储要写入的字符的缓冲区。

count：写入的字节数

返回值：调用成功时返回写入的字节数，并更新文件位置，错误时返回-1。

（5）同步输入输出：通过fsync()和fdatasync()控制读写的同步，或使用sync()对所有缓冲区进行同步。

（a）fsync()将fd对应文件的脏数据回写到磁盘上，该调用回写数据以及建立的时间戳和inode中的其他属性等元数据。

函数原型：#include

int fsync (int fd);

参数：fd：文件描述符。

返回值：调用成功时返回0，错误时返回-1，并设置error。

（b）fsync()将fd对应文件的脏数据回写到磁盘上，但该调用不保证元数据同步到磁盘上。

函数原型：#include

int fdatasync (int fd);

参数：fd：文件描述符。

返回值：调用成功时返回0，错误时返回-1，并设置error。

（c）sync()对所有缓冲区进行同步。

函数原型：#include

void sync (void);

参数：无。

返回值：无，总是成功返回。

（6）关闭文件：通过close关闭用fd打开的文件。

函数原型：#include

int close (int fd);

参数：fd：文件描述符。

buf：存储要写入的字符的缓冲区。

count：写入的字节数

返回值：调用成功时返回0，错误时返回-1，并设置error。

（7）文件定位：lseek()能够对给定文件描述符引用的文件位置设定指定值。

函数原型：#include

#include

off_t lseek (int fd, off_t pos, int origin);

参数：fd：文件描述符。

pos：定位到的文件位置。

origin：参考的文件位置，有SEEK_CUR(当前位置)、SEEK_END(文件末尾)、SEEK_SET(文件开头)

返回值：调用成功时返回新文件位置，错误时返回-1，并设置error。

4.简述使用C函数库带缓冲的文件处理函数读写文件的过程。

答：首先使用fopen函数打开需要调用的文件，fopen函数有两个参数，第一个是打开的文件路径，第二个是打开的模式，该模式可以为只读、只写等。fopen函数会返回打开文件的文件指针*FILE。

利用*FILE可以对文件进行读写操作：

若进行读，则使用fread函数，fread函数有四个参数，分别是缓冲区buf，buf的大小，每次读取的buf数，操作的文件指针。系统会将需要读入的内容先存入到系统的缓冲区中，然后按照一定的长度再分批读入指定的区域中。

若进行写，则使用fwrite函数，fwrite函数有四个参数，分别是缓冲区buf，buf的大小，每次写入的buf数，操作的文件指针。系统会将需要写入的内容先存入到系统的缓冲区中，然后按照一定的长度再分批写入文件中。

最后需要利用fclose函数来关闭打开的文件。

5.简述C函数库常用带缓冲的文件处理函数的使用方法，包括函数原型及参数意义。

答：

（1）打开文件：通过fopen()函数调用来打开一个文件并获得一个文件指针。

函数原型：#include

FILE* fopen(const char * path, const char * mode);

参数：path：文件路径名。

mode: 打开的模式：

r读取，定位在文件开头处；

r+读写，定位在文件开头处；

w写入，如果已存在就清空，如果未存在就创建，定位在文件开头处；

w+读写，如果已存在就清空，如果未存在就创建，定位在文件开头处；

a追加写入，如果未存在就创建，定位在文件末尾；

a+追加读写，如果未存在就创建，定位在文件末尾；

返回值：调用成功时返回一个文件指针，错误时返回NULL。

（2）通过文件描述符打开：将一个已打开的文件描述符fd转成一个流。

函数原型：#include

FILE * fdopen (int fd, const char *mode);

参数：fd：文件描述符。

mode：打开的模式：必须和原来fd对应的模式匹配。

返回值：调用成功时返回一个文件指针，错误时返回NULL。

（3）关闭文件：通过fclose()函数调用来关闭一个已经打开的文件。

函数原型：#include

int fclose (FILE *stream);

参数：stream：文件指针。

返回值：调用成功时返回0，错误时返回EOF。

（4）关闭所有流：通过fcloseall()关闭所有和当前进程相关的流，包括标准输入、标准输出、标准错误。

函数原型：#define _GNU_SOURCE

#include

int fcloseall (void);

参数：无。

返回值：调用始终返回0。

（5）读取数据：分为单个字节的读取、单行的读取、二进制数据读取。

（a）单字节的读取：从流中读取下一个字符并把该无符号字符强转为int返回。

函数原型：#include

int fgetc (FILE *stream);

参数：stream指向的流必须以可读模式打开。

返回值：调用成功时返回字符转换后的int，错误时返回EOF。

（b）把字符放回流中：把c转换成一个无符号字符并放回流中。

函数原型：#include

int ungetc (int c, FILE *stream);

参数：int为要放入的字符对应的int

stream指向的要放回的流。

返回值：调用成功时返回字符转换后的int，错误时返回EOF。

（c）按行读取：从流中读取一个字符串，函数从流中读取size-1个字节的数据，并把数据存入str。

函数原型：#include

int fgets (char *str, int size, FILE *stream);

参数：str用来存放字符串的字符指针

size存储的字符串的长度（最后加一个空字符）

stream指向要读取的文件。

返回值：调用成功时返回str，错误时返回NULL。

（d）读取二进制文件：从流中读取二进制数据。

函数原型：#include

size_t fread (void *buf, size_t size, size_t nr, FILE *stream);

参数：buf用来存放数据的缓冲区

size每个数据长度

nr 一次读取多少个数据

stream指向要读取的文件。

返回值：调用成功时返回读取的数据的个数，错误时返回NULL。

（6）写入数据：分为单个字符的写入、写入字符串、二进制数据读取。

（a）单个字符的写入：将c表示的字节（强制转换为了一个无符号字符）写入stream。

函数原型：#include

int fputc (int c, FILE *stream);

参数：stream指向的要写入的文件。

返回值：调用成功时返回字符转换后的int，错误时返回EOF。

（b）写入字符串：向流中写入一个字符串。

函数原型：#include

int fputs (const char *str, FILE *stream);

参数：str用来写入的字符串的字符指针

stream指向要读取的文件。

返回值：调用成功时返回一个非负整数，错误时返回EOF。

（c）写入二进制文件：向流中写入二进制数据。

函数原型：#include

size_t fwrite (void *buf, size_t size, size_t nr, FILE *stream);

参数：buf用来存放要写入的数据

size每个数据长度

nr 一次写入多少个数据

stream指向要写入的文件。

返回值：调用成功时返回写入的数据的个数，错误时返回小于要写入的数据的个数。（7）流定位：fseek()能够对给定文件指针引用的文件位置设定指定值。

fsetpos()相当于fseek的whence取SEEK_SET

rewind()将位置重置到文件开头

函数原型：#include

int fseek (FILE *stream, long offset, int whence);

int fsetpos (FILE *stream, fpos_t *pos);

void rewind (FILE *stream);

参数：stream指向要操作的文件。

offset：定位到的文件位置。

whence：参考的文件位置，有SEEK_CUR(当前位置)、SEEK_END(文件末尾)、SEEK_SET(文件开头)

pos：定位的位置（相对文件开头）。

返回值：调用成功时返回新文件位置，错误时返回-1，并设置error。

（8）获取当前流位置：ftell用于获取当前文件位置。

函数原型：#include

long ftell (FILE *stream);

参数：stream指向要操作的文件。

返回值：成功返回文件位置，错误返回-1

（9）清洗一个流：用来将用户缓冲区写入内核，并且保证所有的数据都通过write()写出。

函数原型：#include

int fflush (FILE *stream);

参数：stream指向要操作的文件。

返回值：成功返回0，错误返回EOF。

（10）错误测试：判断是否在流上设置了错误标志

函数原型：#include

int ferror (FILE *stream);

参数：stream指向要操作的文件。

返回值：成功返回非零值，错误返回0。

（11）文件结束测试：判断是否到达了文件末尾

函数原型：#include

int feof (FILE *stream);

参数：stream指向要操作的文件。

返回值：成功返回非零值，错误返回0。

6.简述fopen()函数各种打开模式的意义及适用场合。

答：函数原型：#include

FILE* fopen(const char * path, const char * mode);

参数：path：文件路径名。

mode：打开的模式：

r读取，定位在文件开头处；适用于对已存在文件从头开始只读

r+读写，定位在文件开头处；适用于对已存在文件从头开始读写

w写入，如果已存在就清空，如果未存在就创建，定位在文件开头处；适用于创建文件，并只写

w+读写，如果已存在就清空，如果未存在就创建，定位在文件开头处；适用于创建文件，又读又写

a追加写入，如果未存在就创建，定位在文件末尾；适用于对已存在文件从末尾开始写入

a+追加读写，如果未存在就创建，定位在文件末尾；适用于对已存在文件从末尾开始读写

返回值：调用成功时返回一个文件指针，错误时返回NULL。

7.简述fork()函数的功能及基本编程方法。

答：fork()函数用来创建一个和当前进程一样的进程。

函数原型#include

#include

pid_t fork (void);

fork创建的进程被称为子进程，原进程被称为父进程，子进程会继承父进程的所有资源，之后两个进程都会运行。

子进程会在fork函数执行后返回0，而父进程会返回一个大于0的数。

由于exec函数在执行后会调到所执行程序的入口，使得原先的进程无法继续执行，所以通常的做法是先使用fork函数创建一个子进程，在子进程中执行exec，例如：

pid_t pid;

pid = fork ();

if (pid == -1)

perror (”fork”);

/* the child ... */

if (!pid) {

const char *args[] = { ”windlass”, NULL };

int ret;

ret = execv (”/bin/windlass”, args);

if (ret == -1) {

perror (”execv”);

exit (EXIT_FAILURE);

}

}

8.简述exec系统函数的功能及基本编程方法。

答：exec系统函数的功能是用另一个新程序替换当前进程的正文、数据、堆和栈段，而不改变进程的ID使得去执行另一个程序。exec是一组函数，包括以下几个：#include

int execl (const char *path, const char *arg, ...);

int execlp (const char *file, const char *arg, ...);

int execle (const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);

int execv (const char *path, char *const argv[]);

int execvp (const char *file, char *const argv[]);

int execve (const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

对execl，系统会调用path所指的镜像载入内存，替换当前进程的镜像。arg是第一个参数，为了遵循unix的习俗，会将执行的程序名作为第一个参数，即argv[0]，这样新进程就可以通过检测argv[0]来得知二进制映像文件的名称。后面的...表示可变长度参数表，但要求一定要以NULL结尾。通常情况下exec系列函数是不会返回的，成功时会以调到新的程序的入口点作为结束。

其余函数，首先由l和v进行分类，带l的表明参数是以列表依次给出，带v的表示参数是以数组表示，但都要求最后是以NULL结尾。其次由p和e进行分类，带p的函数，第一个参数file可以直接给出文件名称，系统会在用户设置好的PA TH路径中进行查找，带e 的函数表示提供给新进程新的环境变量。

编程例子：int ret;

ret = execl (”/bin/vi”, ”vi”, ”/home/kidd/hooks.txt”, NULL);

if (ret == -1)

perror (”execl”);

9.简述daemon函数的功能及实现方法。

答：daemon函数原型如下：

#include

int daemon (int nochdir, int noclose);

参数：当nochdir为0时，daemon将更改进程的根目录为root(“/”)。

当noclose为0时，daemon将进程的STDIN, STDOUT, STDERR都重定向到/dev/null。

它的功能：调用daemon使得创建一个新进程成为一个守护进程。

它主要完成以下几个任务：

1. 调用fork函数创建一个新的进程，它会是未来的守护进程。

2. 在父进程中调用exit，保证父进程不再运行。

3. 调用setsid，使得守护进程有一个新的进程组和新的会话。保证它不会和控制终端相关联。

4. 用chdir将当前进程切换到根目录，这样做是因为在fork时，子进程会继承父进程所在的工作目录，而作为守护进程一般都需要在系统启动时启动，同时不希望一些随机目录处于打开状态。

5. 关闭所有的文件描述符，因为守护进程不需要继承任何打开的文件描述符。

6. 打开0，1，2号文件描述符（标准输入、标准输出和标准错误）。因为万一这个进程

读写标准输出和输入了。

10.简述硬链接与符号链接的原理及实现方法。

答：硬链接说白了是一个指针，指向文件索引节点，系统并不为它重新分配inode。硬链接的数量可以是多个，也就是多个文件名称可以指向同一个inode，这些链接不存在先后，共享同一个inode。但要求这些链接是在同一个文件系统下，因为不同的文件系统inode的结构可能会不同。

#include

int link (const char *oldpath, const char *newpath);被用来创建硬链接。

符号链接也称为软链接。它是一类特殊的文件，该特殊文件包含被符号链接指向的文件的路径，运行时，内核会用其中的指向文件的路径来替代符号链接本身的路径，使被链接的文件得到执行，这就使得软链接没有任何文件系统的限制，任何用户可以创建指向目录的符号链接。软链接不增加额外的目录项。

#include

int symlink (const char *oldpath, const char *newpath);被用来创建软链接。

11.简述struct stat结构体各字段的意义。

答：stat中存储了文件的信息

struct stat {

dev_t st_dev; /* ID of device containing file 描述文件位于什么设备节点上*/

ino_t st_ino; /* inode number 文件的inode编号*/

mode_t st_mode; /* permissions 文件的权限*/

nlink_t st_nlink; /* number of hard links 指向文件的硬链接数，每个文件至少一个硬链接*/

uid_t st_uid; /* user ID of owner 文件所有者的用户ID*/

gid_t st_gid; /* group ID of owner 文件所属组的ID*/

dev_t st_rdev; /* device ID (if special file) 如果文件是节点设备，用来描述该节点的信息*/

off_t st_size; /* total size in bytes 文件的字节数*/

blksize_t st_blksize; /* blocksize for filesystem I/O 进行有效文件I/O的首选块大小*/

blkcnt_t st_blocks; /* number of blocks allocated 分配给文件的块数目*/

time_t st_atime; /* last access time 最后文件访问时间*/

time_t st_mtime; /* last modification time 最后文件修改时间*/

time_t st_ctime; /* last status change time 文件元数据最后被修改的时间*/ };

12.简述文件的复制与移动。在Linux系统中文件的复制与移动是怎样实现的。

答：文件的复制是指在至少两个不同目录项下，保存文件的两个独立拷贝。

文件的移动是指在文件所在位置下重命名目录项的行为。

linux系统下没有用于文件复制的函数，完成文件复制主要有以下几个步骤：

1. 打开src

2. 打开dst，如果不存在就创建，如果存在就截断为0

3. 将src的数据块读入内存

4. 将该数据块写入dst

5. 继续操作，直到src中所有的内容都被写到dst中。

6. 关闭dst

7. 关闭src

linux系统下移动文件，可以调用

#include

int rename (const char *oldpath, const char *newpath);

但要求oldpath和newpath必须在同一文件系统。

13.Linux操作系统常用内存管理函数的功能及使用方法。

答：（1）获取动态内存：#include

void *malloc (size_t size);

成功调用时会得到一个size大小的内存区域，并返回一个指向这个区域首地址的指针。这块区域的内容是未定义的。每次调用时，c都会自动将类型转换成需要的类型。

（2）动态数组分配：#include

void *calloc (size_t nr, size_t size);

成功时会返回一个指针，指向一块可以存储下整个数组的内存，并且会全部初始化为0。

（3）调整已分配内存大小：#include

void *realloc (void *ptr, size_t size);

成功时将ptr指向的内存区域的大小调整为size，并返回一个指向新空间的指针。

如果size是0，那么效果就会调用free一样。

如果ptr是NULL，那么效果就会和malloc一样。

（4）动态内存的释放：#include

void free (void *ptr);

调用free会释放ptr所指向的内存空间。前提是使用了malloc、calloc或realloc对内存空间进行了申请。

14.简述信号的概念。举例说明常用信号的意义及处理动作。

答：信号时提供处理异步机制的软件中断。

信号有一个非常明确的生命周期。首先，产生信号；然后，内核存储信号直到可以发送它；最后，一旦有空闲，内核会适当的处理它。

内核处理信号的方式分为三种：

（1）忽略信号，不采取任何措施。但是SIGKILL和SIGSTOP不能被忽略。

（2）捕捉和处理信号，内核会暂停当前进程去处理先前注册过的函数，处理结束之后再跳回捕捉信号的中断点。

（3）进行默认操作，通常的默认操作都是终止该进程。

常用信号举例：

信号

说明默认操

作

SIGCHL

D 子进程终止。当进程终止或停止时，内核会给进程的父进程发送此信

号

忽略

SIGHUP

进程的控制终端关闭，常用于守护进程“过载”，用来指示守护进程重

载其配置文件。

终止

SIGKILL 不能被捕获的进程终止信号。用于无条件终止一个进程。终止

SIGSTO

P 挂起进程。用于无条件停止一个进程。

停止

15.简述常用信号函数signal()、pause()及kill()的函数原型及使用方法。

答：signal()函数原型：

#include

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal (int signo, sighandler_t handler);

参数：int signo：是信号的名称，它可以取除了SIGKILL和SIGSTOP外的任何一种信号，如SIGINT或SIGUSR1

sighandler_t handler：用来指定接收该信号并处理的函数，它可以取以下三种值：（1）一个无返回值的函数地址

（2）SIG_IGN，这个符号表示忽略该信号。

（3）SIG_DFL，这个符号表示恢复系统对信号的默认处理。

功能：signal()会依参数signo指定的信号编号来设置该信号的处理函数。当指定的信号到达时就会跳转到参数handler指定的函数执行。当一个信号的信号处理函数执行时，如果进程又接收到了该信号，该信号会自动被储存而不会中断信号处理函数的执行，直到信号处理函数执行完毕再重新调用相应的处理函数。但是如果在信号处理函数执行时进程收到了其它类型的信号，该函数的执行就会被中断。

pause()函数原型：

#include

int pause (void);

参数：无

功能：它可以使进程睡眠，直到进程接收到处理或终止进程的信号，必须是可以捕捉到的信号。

kill()函数原型：

#include

#include

int kill (pid_t pid, int signo);

参数：kill()可以用来送参数sig指定的信号给参数pid指定的进程。

pid有几种情况：

pid>0 将信号传给进程识别码为pid 的进程。

pid=0 将信号传给和目前进程相同进程组的所有进程

pid=-1 将信号广播传送给系统内所有的进程

pid<0 将信号传给进程组识别码为pid绝对值的所有进程

signo：信号的名称。

功能：将指定的命令signo，发送给pid指定的进程.

16.试用SIGALRM信号实现一个简单的睡眠函数。

答：暂时没想出来。