[笔记] Linux 系统调用

《趣谈 Linux 操作系统》专栏第5讲笔记

进程管理

创建进程的系统调用是 fork。创建新的进程是通过老的进程（父进程，Parent Process）调用 fork 来实现的。新的进程也叫做子进程（Child Process）。

执行 fork 时，子进程将父进程的数据结构和程序代码都拷贝了一份。如何区分父子进程呢？通过 fork 调用的返回值来实现：如果当前进程是子进程，就返回 0；如果当前进程是父进程，就返回子进程的进程号。

如果是父进程，还接着做原来应该做的事情；如果是子进程，需要请求另一个系统调用 execve 来执行另一个程序。

父进程通过系统调用 waitpid ，将子进程的进程号作为参数传给它，就能知道子进程是否运行完成和运行的结果。

内存管理

每个进程都有自己的内存，互不干扰，有独立的进程内存空间。

进程的内存空间分为：

1. 代码段（Code Segment）：存放进程的程序代码。
2. 数据段（Data Segment）：存放进程运行过程中产生的数据。
   • 其中局部变量的部分，在当前函数执行的时候起作用，当进入另一个函数时，这个变量就释放了
   • 也有动态分配的，会较长时间保存，指明才销毁的，这部分称为堆（Heap）

进程的内存空间很大，对于 32 位操作系统是 4G，即2^32 Byte。

在堆里分配内存有两个常用的系统调用：

• brk：分配的内存数量比较小，和原来的堆的数据连在一起
• mmap：分配的内存数量比较大，会重新划分一块区域，不和之前的堆连在一起了

文件管理

文件操作中最重要的系统调用：

• open：打开已有的文件
• close：关闭文件
• create：创建文件
• lseek：打开文件后，使用 lseek 跳到文件的某个位置
• read：读文件
• write：写文件

简单理解 Linux 中一切皆文件的思想：

• 运行的程序是二进制文件
• 配置是文本文件
• 执行命令时在 terminal 的输出是 stdout 文件
• 管道也是文件
• Socket 是文件
• 设备是文件
• 文件夹也是文件
• 查看进程运行情况时，可以看 /proc 目录下的进程号文件
• …

每个文件都有一个文件描述符（File Descriptor，简称为 FD），是一个整数。

信号处理

每种信号都定义了默认动作，例如硬件故障，默认终止（SIGKILL）。

可以通过 sigaction 系统调用，注册一个信号处理函数。

进程间通信

• 消息队列：适用于数据量小的情况。注意，这个消息队列不是那些个中间件，而是在内核中的。
  • 通过 msgget 创建新队列
  • 通过 msgsnd 将消息发送到队列中
  • 通过 msgrcv 从队列中取消息
• 共享内存：适用于进程间需要交互的信息比较大的情况
  • 通过 shmget 创建共享内存块
  • 通过 shmat 将共享内存映射到进程的内存空间
  • 信号量 Semaphore 来解决多个进程间竞争共享内存中数据的问题

网络通信

• 不同机器的网络通信遵循同一套网络协议，即 TCP/IP 协议栈。
• 通过 Socket 提供网络服务
• Socket 也是一个文件，也有其文件描述符。可以通过读写函数进行通信。
• 通过 Socket 系统调用建立 Socket

Glibc

我们写程序时不会直接使用系统调用，而是通过一个 C 库 Glibc 来做到。

Glibc 对系统调用做了封装，为编写上层程序提供 API。

问题

• 有哪些信号呢？除了自己知道的 SIGKILL，SIGHUP 等。它们的含义和应用场景