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【Linux系统】系统编程

一、Linux 系统编程

Linux 的系统编程(Linux System Programming)是指直接与操作系统内核提供的 系统调用(System Calls)低级接口(Low-level Interfaces)交互的编程方式。它是介于应用程序开发和内核开发之间的一种编程层次,用来编写高性能、可靠并能直接控制系统资源的程序。

1. Linux 系统编程的核心概念

  1. 系统调用(System Call)

    • 系统调用是用户空间程序与内核空间通信的主要接口。
    • 常见的系统调用包括:
      • 文件操作:open(), read(), write(), close()
      • 进程控制:fork(), exec(), wait(), exit()
      • 内存管理:mmap(), brk()
      • 进程通信:pipe(), socket(), shmget()
    • 它们为程序提供了访问内核资源的手段。
  2. 用户空间与内核空间

    • 用户空间(User Space):应用程序运行的普通内存区域,不能直接访问硬件。
    • 内核空间(Kernel Space):操作系统核心的执行区域,负责管理硬件和资源。
    • 系统调用是两者之间受控的“桥梁”。

    用户空间不能直接操作硬件资源,必须通过“系统调用”进入内核空间,请求内核来完成操作。

  3. 文件描述符(File Descriptor, FD)

    • 在 Linux 中,几乎所有资源都被抽象为“文件”,包括普通文件、设备、管道、socket。
    • 每打开一个资源,内核就分配一个整数型“文件描述符”。

2. Linux 系统调用常见分类

类别典型接口使用场景
文件与目录open(), read(), write(), lseek(), stat()文件读写、权限管理
进程管理fork(), exec(), waitpid()创建、执行其他程序
信号处理signal(), sigaction()异步事件通知(如 Ctrl+C)
多线程编程pthread_create(), pthread_mutex_lock()并发执行、多核利用
进程间通信 (IPC)管道、命名管道、共享内存、消息队列、信号量数据交换、协同工作
网络编程socket(), bind(), connect(), send(), recv()TCP/UDP 通信
内存映射mmap(), munmap()高效文件访问或共享内存
时间与定时gettimeofday(), clock_gettime()计时与延时控制

3. 系统编程与应用编程的区别

对比点系统编程应用编程
层级接近内核(使用系统调用)基于库或框架
接口POSIX 标准、C 接口高级语言接口(Python、Qt 等)
目标性能、控制力、资源管理开发效率、易用性
示例Shell、终端、守护进程图形界面程序、网页应用
http://www.dtcms.com/a/486491.html

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