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第六章UNIX系统编程基础案例
一、1.UNIX系统编程概述
UNIX系统编程是计算机科学领域中一个重要的分支，它涉及到在UNIX操作系统中开发、编写和调试程序。UNIX系统以其强大的功能和高度的灵活性而闻名，为系统程序员提供了丰富的工具和接口。在UNIX系统编程中，开发者可以使用C语言作为主要的编程语言，因为C语言具有良好的可移植性和与硬件的紧密交互性。
(1)UNIX系统编程的核心是进程管理。在UNIX系统中，每个程序在运行时都对应一个进程。进程是系统进行资源分配和调度的基本单位。UNIX提供了丰富的系统调用，如`fork()`、`exec()`和`wait()`，用于创建、执行和管理进程。例如，使用`fork()`系统调用可以创建一个新的进程，该进程与父进程共享相同的内存空间。通过`exec()`系统调用，新创建的进程可以加载并执行一个新的程序。此外，`wait()`系统调用允许父进程等待子进程结束。
(2)文件和目录操作是UNIX系统编程的另一个重要方面。UNIX系统将所有的数据都视为文件，包括程序、文档、图像等。UNIX提供了大量的系统调用和库函数来操作文件和目录，如`open()`、`read()`、`write()`、`close()`以及`mkdir()`、`rmdir()`等。例如，`open()`系统调用用于打开一个文件，并返回一个文件描述符，该描述符用于后续的读写操作。通过`read()`和`write()`系统调用，可以读取和写入文件数据。UNIX文件系统的层次结构使得文件和目录的创建、删除和重命名变得非常灵活。
(3)UNIX标准I/O库函数是UNIX系统编程中常用的工具，它们提供了对标准输入输出（stdin、stdout、stderr）的统一接口。这些库函数包括`printf()`、`scanf()`、`getchar()`、`fputs()`等。标准I/O库函数不仅简化了输入输出操作，还提供了缓冲机制，提高了程序的性能。例如，`printf()`函数可以格式化输出数据到stdout，而`scanf()`函数可以从stdin读取数据。通过使用标准I/O库函数，开发者可以方便地实现数据的输入输出操作，同时避免了直接使用系统调用的复杂性。
二、2.UNIX进程管理
UNIX系统中的进程管理是操作系统核心功能之一，负责创建、调度和终止进程，并确保系统资源的高效利用。进程是操作系统能够进行资源分配和调度的独立单位，具有自己的地址空间、数据段、堆栈和程序计数器等。
(1)进程的创建在UNIX系统中主要通过`fork()`系统调用实现。`fork()`调用会创建一个与当前进程几乎完全相同的副本，这个副本称为子进程。在调用`fork()`后，父进程和子进程都会继续执行，但子进程会从`fork()`调用之后的代码行开始执行。例如，以下是一个简单的`fork()`示例：
```c
#includestdio.h
#includesys/types.h
#includeunistd.h
intmain(){
pid_tpid=fork();
if(pid==0){
//子进程
printf(这是子进程\n);
}else{
//父进程
printf(这是父进程，子进程ID：%d\n,pid);
}
return0;
}
```
在这个例子中，`fork()`调用会创建一个子进程，然后根据`fork()`返回的值进行不同的操作。如果返回值是0，说明当前进程是子进程；如果返回值是子进程的进程ID，则说明当前进程是父进程。
(2)进程的执行过程中，UNIX系统提供了多种方法来控制进程的行为。例如，`exec()`函数族允许进程加载一个新的可执行文件并替换当前进程的地址空间。`exec()`函数族包括`execv()`、`execvp()`、`execl()`、`execle()`、`execve()`等。以下是一个使用`execl()`的例子，它用于执行外部程序：
```c
#includestdio.h
#includestdlib.h
#includeunistd.h
intmain(){
execl(/bin/ls,ls,-l,(char*)NULL);
//如果execl执行成功，程序将不会到达这里
perror(execl执行失败);
exit(EXIT_FAILURE);
}
```
在上面的代码中，进程将执行`/bin/ls`程序，并带有参数`-l`。如果`execl()`调用失败，程序将打印错误信息并退出。
(3)进程通信是UNIX系统编程中另一个重要的概念。进程间通信（IPC）允许不同进程之间进行数据交换。UNIX提供了多种IPC机制，包括管道（pipe）、命名管道（F