Linux中的主要系统调用-编程知识

Linux 操作系统中就是创建进程。创建进程的系统调用叫fork。在 Linux 里，要创建一个新的进程，需要一个老的进程调用 fork 来实现，其中老的进程叫作父进程（Parent Process），新的进程叫作子进程（Child Process）。

当父进程调用 fork 创建进程的时候，子进程将各个子系统为父进程创建的数据结构也全部拷贝了一份，甚至连程序代码也是拷贝过来的。按理说，如果不进行特殊的处理，父进程和子进程都按相同的程序代码进行下去，这样就没有意义了。

对于 fork 系统调用的返回值，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。这样首先在返回值这里就有了一个区分，然后通过 if-else 语句判断，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，这个时候，子进程和父进程就彻底分道扬镳了，也就产生了一个分支（fork）了。

有个系统调用waitpid，父进程可以调用它，将子进程的进程号作为参数传给它，这样父进程就知道子进程运行完了没有，成功与否。

在操作系统中，每个进程都有自己的内存，互相之间不干扰，有独立的进程内存空间。

对于进程的内存空间来讲，放程序代码的这部分，我们称为代码段（Code Segment）。

对于进程的内存空间来讲，放进程运行中产生数据的这部分，我们称为数据段（Data Segment）。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）。

进程自己不用的部分就不用管，只有进程要去使用部分内存的时候，才会使用内存管理的系统调用来登记，说自己马上就要用了，希望分配一部分内存给它，但是这还不代表真的就对应到了物理内存。只有真的写入数据的时候，发现没有对应物理内存，才会触发一个中断，现分配物理内存。

当分配的内存数量比较小的时候，使用 brk，会和原来的堆的数据连在一起，这就像多分配两三个工位，在原来的区域旁边搬两把椅子就行了。当分配的内存数量比较大的时候，使用 mmap，会重新划分一块区域，也就是说，当办公空间需要太多的时候，索性来个一整块。

对于文件的操作，下面这六个系统调用是最重要的：

对于已经有的文件，可以使用open打开这个文件，close关闭这个文件；
对于没有的文件，可以使用creat创建文件；
打开文件以后，可以使用lseek跳到文件的某个位置；
可以对文件的内容进行读写，读的系统调用是read，写是write。

Linux 里有一个特点，那就是一切皆文件。

启动一个进程，需要一个程序文件，这是一个二进制文件。
启动的时候，要加载一些配置文件，例如 yml、properties 等，这是文本文件；启动之后会打印一些日志，如果写到硬盘上，也是文本文件。
但是如果我想把日志打印到交互控制台上，在命令行上唰唰地打印出来，这其实也是一个文件，是标准输出 stdout 文件。
这个进程的输出可以作为另一个进程的输入，这种方式称为管道，管道也是一个文件。
进程可以通过网络和其他进程进行通信，建立的 Socket，也是一个文件。
进程需要访问外部设备，设备也是一个文件。
文件都被存储在文件夹里面，其实文件夹也是一个文件。
进程运行起来，要想看到进程运行的情况，会在 /proc 下面有对应的进程号，还是一系列文件。

每个文件，Linux 都会分配一个文件描述符（File Descriptor），这是一个整数。有了这个文件描述符，我们就可以使用系统调用，查看或者干预进程运行的方方面面。

对于一些不严重的信号，可以忽略，该干啥干啥，但是像 SIGKILL（用于终止一个进程的信号）和 SIGSTOP（用于中止一个进程的信号）是不能忽略的，可以执行对于该信号的默认动作。每种信号都定义了默认的动作，例如硬件故障，默认终止；也可以提供信号处理函数，可以通过sigaction系统调用，注册一个信号处理函数。

Glibc 是 Linux 下使用的开源的标准 C 库，它是 GNU 发布的 libc 库。Glibc 为程序员提供丰富的 API，除了例如字符串处理、数学运算等用户态服务之外，最重要的是封装了操作系统提供的系统服务，即系统调用的封装。

每个特定的系统调用对应了至少一个 Glibc 封装的库函数，比如说，系统提供的打开文件系统调用 sys_open 对应的是 Glibc 中的 open 函数。

有时候，Glibc 一个单独的 API 可能调用多个系统调用，比如说，Glibc 提供的 printf 函数就会调用如 sys_open、sys_mmap、sys_write、sys_close 等等系统调用。

也有时候，多个 API 也可能只对应同一个系统调用，如 Glibc 下实现的 malloc、calloc、free 等函数用来分配和释放内存，都利用了内核的 sys_brk 的系统调用。