UNIX环境高级编程（第3版）

20多年来，严谨的C程序员都是依靠一本书来深入了解驱动UNIX和Linux内核的编程接口的实用知识的，这本书就是W. Richard Stevens所著的《UNIX高级环境编程》。现在，Stevens的同事Steve Rago彻底更新了这本经典著作。新的第3版支持当今领先的系统平台，反映了技术进展和实践，并且符合新的Single UNIX Specification第4版（SUSv4）。
Rago保留了使本书前版成为经典之作的精髓和方法。他在Stevens原著的基础上，从基础的文件、目录和进程讲起，并给诸如信号处理和终端I/O之类的先进技术保留较大的篇幅。他还深入讨论了线程和多线程编程、使用套接字接口驱动进程间通信（IPC）等方面的内容。
这一版涵盖了70多个新版POSIX.1标准的新增接口，包括POSIX异步I/O、旋转锁、屏障（barrier）和POSIX信号量。此外，这一版删除了许多过时的接口，保留了一些广泛使用的接口。书中几乎所有实例都已经在目前主流的4个平台上测试过，包括Solaris 10、Mac OS X 10.6.8（Darwin 10.8.0）、FressBSD 8.0、Ubuntu 12.04（基于Linux 3.2内核）。
与前两版一样，读者仍可以通过实例学习，这些实例包括了1万多行可下载的ISO C源代码，书中通过简明但完整的程序阐述了400多个系统调用和函数，清楚地说明它们的用法、参数和返回值。为了使读者能融会贯通，书中还提供了几个贯穿整章的案例，每个案例都根据现在的技术环境进行了全面更新。
《UNIX环境高级编程（第3版）》帮助了几代程序员写出强大、高性能、可靠的代码。第3版根据当今主流系统进行更新，更具实用价值。

《UNIX环境高级编程（第3版）》是被誉为UNIX编程“圣经”的Advanced Programming in the UNIX Environment一书的第3版。在本书第2版出版后的8年中，UNIX行业发生了巨大的变化，特别是影响UNIX编程接口的有关标准变化很大。本书在保持前一版风格的基础上，根据新的标准对内容进行了修订和增补，反映了新的技术发展。书中除了介绍UNIX文件和目录、标准I/O库、系统数据文件和信息、进程环境、进程控制、进程关系、信号、线程、线程控制、守护进程、各种I/O、进程间通信、网络IPC、伪终端等方面的内容，还在此基础上介绍了众多应用实例，包括如何创建数据库函数库以及如何与网络打印机通信等。此外，还在附录中给出了函数原型和部分习题的答案。
《UNIX环境高级编程（第3版）》概念清晰，阐述精辟，对于所有层次UNIX/Linux程序员都是一本不可或缺的参考书。

W. Richard Stevens，国际知名的UNIX和网络专家，备受赞誉的技术作家。生前著有多部经典的传世之作，包括《UNIX网络编程》（两卷本）、《TCP/IP详解》（三卷本）和本书第1版。

Stephen A. Rago，UNIX程序员，目前任NEC美国实验室存储系统集团研究员。之前是贝尔实验室的UNIX系统V版本4的开发人员之一。著有《UNIX系统V网络编程》，并曾担任本书第1版的技术审校和第2版的共同作者。

戚正伟，博士，上海交通大学软件学院副教授，微软亚洲研究院（2008）和美国CMU大学（2011-2012）访问学者。研究方向为系统软件和程序分析，著有《New Blue Pill深入理解硬件虚拟机》和《嵌入式GIS开发及应用》等书。

张亚英，博士，同济大学电子与信息工程学院计算机系副教授，研究方向为分布与移动计算、嵌入式系统以及系统软件等。

尤晋元，上海交通大学计算机科学及工程系教授、博士生导师。在科研方面，主要从事操作系统和分布对象计算技术方面的研究。在教学方面，长期承担操作系统及分布计算等课程的教学工作。主编和翻译了多本操作系统教材和参考书，包括《UNIX操作系统教程》、《UNIX高级编程技术》、《UNIX环境高级编程》和《操作系统：设计与实现》等。

★本书第1版连同Stevens所著的系列网络技术书籍，被公认为匠心独具的名著，成为极其畅销的作品……总之，这是一本弥足珍贵的经典著作的更新版。
——Dennis Ritchie，图灵奖得主，UNIX操作系统和C语言之父

★对任何一个严谨的、专业的UNIX系统程序员而言，本书都是不可或缺的参考书。Rago更新和扩展了Stevens的经典著作，并保持了原书的风貌。书中利用清晰的实例演示了API的使用过程，还提到了许多在不同UNIX系统实现上编程时需要注意的陷阱，并指出如何使用相关的标准（如POSIX 1003.1 2004版和Single UNIX Specification第3版）来避免这些错误。
——Andrew Josey， The Open Group标准部门主管，POSIX 1003.1标准工作组主席

★UNIX编程经典之一。
——Eric S. Raymond，《UNIX编程艺术》作者

★Stephen Rago的更新版本对于使用众多UNIX及相关操作系统环境的广大专业用户来说是一个迟来的喜讯。这一版不仅删除了过时的接口，吸纳了较新的开发接口，还根据UNIX及类UNIX操作系统环境的几种主流实现发布的新版本全面更新了所有主题、实例和应用的背景。难能可贵的是，这一版本还保持了经典的第1版的风格和品位。
——Mukesh Kacker，Pronto Networks公司联合创始人和前任CTO

★本书对于任何在UNIX系统上编写程序的开发人员来说都是非常重要的参考书。当我想要了解或者重新回顾各种系统接口时，这本书是求助工具。Stephen Rago成功地修订了本书，使其与新的操作系统（如GNU/Linux和苹果的OS X）相容，并保持了第1版易读和实用的特质。它将永远摆放在我桌上随手可及的位置。
——Benjamin Kuperman博士，斯沃斯莫尔学院

★这是每一位严谨的UNIX C程序员必备的书籍。它深入、全面、清晰的解释是无可匹敌的。
——UniForum Monthly

★从W. Richard Stevens的这本书中可以找到更多易于理解的、详尽的UNIX系统内部细节。这本书包含了大量实际的例子，对系统编程工作非常有益。
——RS/Magazine

第1章 UNIX基础知识
1.1 引言
1.2 UNIX体系结构
1.3 登录
1.4 文件和目录
1.5 输入和输出
1.6 程序和进程
1.7 出错处理
1.8 用户标识
1.9 信号
1.10 时间值
1.11 系统调用和库函数
1.12 小结
习题
第2章 UNIX标准及实现
2.1 引言
2.2 UNIX标准化
2.2.1 ISO C
2.2.2 IEEE POSIX
2.2.3 Single UNIX Specification
2.2.4 FIPS
2.3 UNIX系统实现
2.3.1 SVR4
2.3.2 4.4BSD
2.3.3 FreeBSD
2.3.4 Linux
2.3.5 Mac OS X
2.3.6 Solaris
2.3.7 其他UNIX系统
2.4 标准和实现的关系
2.5 限制
2.5.1 ISO C限制
2.5.2 POSIX限制
2.5.3 XSI限制
2.5.4 函数sysconf、pathconf和fpathconf
2.5.5 不确定的运行时限制
2.6 选项
2.7 功能测试宏
2.8 基本系统数据类型
2.9 标准之间的冲突
2.10 小结
习题
第3章 文件I/O
3.1 引言
3.2 文件描述符
3.3 函数open和openat
3.4 函数creat
3.5 函数close
3.6 函数lseek
3.7 函数read
3.8 函数write
3.9 I/O的效率
3.10 文件共享
3.11 原子操作
3.12 函数dup和dup2
3.13 函数sync、fsync和fdatasync
3.14 函数fcntl
3.15 函数ioctl
3.16 /dev/fd
3.17 小结
习题
第4章 文件和目录
4.1 引言
4.2 函数stat、fstat、fstatat和lstat
4.3 文件类型
4.4 设置用户ID和设置组ID
4.5 文件访问权限
4.6 新文件和目录的所有权
4.7 函数access和faccessat
4.8 函数umask
4.9 函数chmod、fchmod和fchmodat
4.10 粘着位
4.11 函数chown、fchown、fchownat和lchown
4.12 文件长度
4.13 文件截断
4.14 文件系统
4.15 函数link、linkat、unlink、unlinkat和remove
4.16 函数rename和renameat
4.17 符号链接
4.18 创建和读取符号链接
4.19 文件的时间
4.20 函数futimens、utimensat和utimes
4.21 函数mkdir、mkdirat和rmdir
4.22 读目录
4.23 函数chdir、fchdir和getcwd
4.24 设备特殊文件
4.25 文件访问权限位小结
4.26 小结
习题
第5章 标准I/O库
5.1 引言
5.2 流和FILE对象
5.3 标准输入、标准输出和标准错误
5.4 缓冲
5.5 打开流
5.6 读和写流
5.7 每次一行I/O
5.8 标准I/O的效率
5.9 二进制I/O
5.10 定位流
5.11 格式化I/O
5.12 实现细节
5.13 临时文件
5.14 内存流
5.15 标准I/O的替代软件
5.16 小结
习题
第6章 系统数据文件和信息
6.1 引言
6.2 口令文件
6.3 阴影口令
6.4 组文件
6.5 附属组ID
6.6 实现区别
6.7 其他数据文件
6.8 登录账户记录
6.9 系统标识
6.10 时间和日期例程
6.11 小结
习题
第7章 进程环境
7.1 引言
7.2 main函数
7.3 进程终止
7.4 命令行参数
7.5 环境表
7.6 C程序的存储空间布局
7.7 共享库
7.8 存储空间分配
7.9 环境变量
7.10 函数setjmp和longjmp
7.11 函数getrlimit和setrlimit
7.12 小结
习题
第8章 进程控制
8.1 引言
8.2 进程标识
8.3 函数fork
8.4 函数vfork
8.5 函数exit
8.6 函数wait和waitpid
8.7 函数waitid
8.8 函数wait3和wait4
8.9 竞争条件
8.10 函数exec
8.11 更改用户ID和更改组ID
8.12 解释器文件
8.13 函数system
8.14 进程会计
8.15 用户标识
8.16 进程调度
8.17 进程时间
8.18 小结
习题
第9章 进程关系
9.1 引言
9.2 终端登录
9.3 网络登录
9.4 进程组
9.5 会话
9.6 控制终端
9.7 函数tcgetpgrp、tcsetpgrp和tcgetsid
9.8 作业控制
9.9 shell执行程序
9.10 孤儿进程组
9.11 FreeBSD实现
9.12 小结
习题
第10章 信号
10.1 引言
10.2 信号概念
10.3 函数signal
10.4 不可靠的信号
10.5 中断的系统调用
10.6 可重入函数
10.7 SIGCLD语义
10.8 可靠信号术语和语义
10.9 函数kill和raise
10.10 函数alarm和pause
10.11 信号集
10.12 函数sigprocmask
10.13 函数sigpending
10.14 函数sigaction
10.15 函数sigsetjmp和siglongjmp
10.16 函数sigsuspend
10.17 函数abort
10.18 函数system
10.19 函数sleep、nanosleep和clock_nanosleep
10.20 函数sigqueue
10.21 作业控制信号
10.22 信号名和编号
10.23 小结
习题
第11章 线程
11.1 引言
11.2 线程概念
11.3 线程标识
11.4 线程创建
11.5 线程终止
11.6 线程同步
11.6.1 互斥量
11.6.2 避免死锁
11.6.3 函数pthread_mutex_timedlock
11.6.4 读写锁
11.6.5 带有超时的读写锁
11.6.6 条件变量
11.6.7 自旋锁
11.6.8 屏障
11.7 小结
习题
第12章 线程控制
12.1 引言
12.2 线程限制
12.3 线程属性
12.4 同步属性
12.4.1 互斥量属性
12.4.2 读写锁属性
12.4.3 条件变量属性
12.4.4 屏障属性
12.5 重入
12.6 线程特定数据
12.7 取消选项
12.8 线程和信号
12.9 线程和fork
12.10 线程和I/O
12.11 小结
习题
第13章 守护进程
13.1 引言
13.2 守护进程的特征
13.3 编程规则
13.4 出错记录
13.5 单实例守护进程
13.6 守护进程的惯例
13.7 客户进程-服务器进程模型
13.8 小结
习题
第14章 高级I/O
14.1 引言
14.2 非阻塞I/O
14.3 记录锁
14.4 I/O多路转接
14.4.1 函数select和pselect
14.4.2 函数poll
14.5 异步I/O
14.5.1 System V异步I/O
14.5.2 BSD异步I/O
14.5.3 POSIX异步I/O
14.6 函数readv和writev
14.7 函数readn和writen
14.8 存储映射I/O
14.9 小结

由于1003.1标准说明了一个接口（interface）而不是一种实现（implementation），所以并不区分系统调用和库函数。所有在标准中的例程都被称为函数。
标准是不断演进的，1003.1标准也不例外。该标准的1988版，即IEEE标准1003.1-1988经修改后递交给IS0，它没有增加新的接口或功能，但修订了文本。最终的文档作为IEEE标准1003.1-1990正式出版[IEEE 1990]，这也就是国际标准ISO／IEC 9945-1：1990。该标准通常称为POSIX.1，本书将使用此术语来表示不同版本的标准。
IEEE 1003.1工作组此后继续对这一标准做了更多修改。1996年，该标准的修订版发布，它包括了1003.1.1990、1003.1b-1993实时扩展标准以及被称为pthreads的多线程编程接口（POSIX线程），这就是国际标准IS0／IEC 9945-1：1996。1999年出版了IEEE标准1003.1d-1999，其中增加了更多实时接口。一年后，出版了IEEE标准l003.1j-2000和1003.1q-2000，前者包含了更多实时接口，后者增加了标准在事件跟踪方面的扩展。
2001年的1003.1版本与以前各版本有较大的差别，它组合了多个1003.1的修正、1003.2标准以及Single UNIX Specificaiton（SUS）第2版的若干部分（对于SUS，后面将进行更多说明），这形成了IEEE标准1003.1-2001，它包括下列几个标准。
ISO／IEC 9945-1（IEEE标准l003.1-1996），包括
IEEE标准1003.1-1990
IEEE标准1003.1b-1993（实时扩展）
IEEE标准1003.1c-1995（pthreads）
IEEE标准1003.1i-1995（实时技术勘误表）
IEEE P1003.1a草案（系统接口修正）
IEEE标准1003.1d-1999（高级实时扩展）
IEEE标准1003.1j-2000（更多高级实时扩展）
IEEE标准1003.1q-2000（跟踪）
部分IEEE标准1003.1g-2000（协议无关接口）
ISO／IEC 9945-2（IEEE标准1003.2-1993）
IEEE P1003.2b草案（shell及实用程序的修正）
IEEE标准1003.2d.1994（批处理扩展）。
……

引言
从我第一次修订《UNIX环境高级编程》一书以来已经快有8年了，期间发生了很多的变化。
· 在出版第2版之前，Open Group完成了2004版的Single UNIX Specification，它涵盖了两套勘误表的修改。2008年，Open Group完成了新版的Single UNIX Specification，它更新了基本定义，添加了新的接口，并且去除了弃用的接口。这套规范被称为2008年版的POSIX.1，其中包含第7版的基本规范，并在2009年发行。2010年，它与更新后的curses接口捆绑，一起作为Single UNIX Specification第4版（SUSv4）进行再版。
· 运行在Intel处理器上的Mac OS X操作系统的10.5、10.6和10.8版，被Open Group认证为UNIX系统。
· 苹果公司停止了PowerPC平台上Mac OS X的开发。在10.6发行版（Snow Leopard）之后只针对x86平台发布了新的操作系统版本。
· Solaris操作系统以开源的形式发布，试图与FreeBSD、Linux和Mac OS X遵循的开源模式在声望上一争高下。在2010年，Oracle收购了Sun Microsystems之后，OpenSolaris的开发被终止。作为替代，Solaris社区组建了Illumos项目来继续基于OpenSolaris的开源开发。
· 2011年，C语言标准被更新，但是因为系统并未能跟上其变化，本书中依然参照1999版。
最重要的是，在第2版中使用的平台已经过时了。本书这一版中涉及以下平台。
（1）FreeBSD 8.0，前身是加州大学伯克利分校计算机系统研究组发布的4.4BSD系统，运行在32位Intel Pentium处理器上。
（2）Linux 3.2.0（Ubuntu 12.04发布版），这是一个免费的类UNIX操作系统，运行在64位的Intel Core i5 处理器上。
（3）Apple Mac OS X 10.6.8版（Darwin 10.8.0），运行在64位Intel Core2 Duo处理器上（Darwin基于FreeBSD和Mach）。我选择从PowerPC平台转向Intel平台，是因为最新版的Mac OS X不再支持PowerPC平台。这次选择带来的缺点是涉及的处理器倾斜向了Intel，而当讨论到异构性问题时，涉及的处理器如果能在字节序和整数大小等方面有不同的性质将是很有好处的。
（4）Solaris 10，Sun Microsystems（现在的Oracle）的System V Release 4的派生系统，运行在64位UltraSPARC IIi处理器上。
与第2版的不同
最大的变化之一是POSIX.1-2008中的Single UNIX Specification弃用了一些STREAMS相关接口。这是准备在该标准的未来版本中去掉全部这些接口过程的第一步。因此，我已经不情愿地在这一版中删除了STREAMS的内容。这是一个不幸的变化，因为STREAMS接口为socket接口提供了一个很好的对照，并且在很多方面更为灵活。不可否认，当谈论到STREAMS时我并非绝对公正，但是毫无疑问的是，在现有系统中它的分量已经减轻。
· Linux基础系统中未包含STREAMS，虽然添加该功能的包（LiS和OpenSS7）是可用的。
· 虽然Solaris 10中包含了STREAMS，但是Solaris 11的socket实现并没有构建在STREAMS之上。
· Mac OS X不包含STREAMS支持。
· FreeBSD不包含STREAMS支持（也从未包含过）。
随着STREAMS相关内容的去除，新的主题变得有机会替代它，例如POSIX异步I/O。
在本书第2版中，Linux版本是基于2.4版的。在这次的版本中，我们已经更新到了3.2版。两个版本的最大不同之一是线程系统。在Linux 2.4和Linux 2.6之间，线程的实现变为Native POSIX Thread Library（NPTL）。NPTL使得Linux线程的行为与其他系统的线程更加相似。
总的来说，这次的版本涵盖了超过70个新的接口，包括处理异步I/O、自旋锁、屏障和POSIX信号量等等接口。除了一些普遍使用的接口被保留，大多数弃用的接口均被删除。
致谢
许多读者为第2版寄来了评论和错误报告。我很感谢他们提高了第2版的准确性。下面提及的各位是最早提出建议或者指出错误的：Seth Arnold、Luke Bakken、Rick Ballard、Johannes Bittner、David Bronder、Vlad Buslov、Peter Butler、Yuching Chen、Mike Cheng、Jim Collins、Bob Cousins、Will Dennis、Thomas Dickey、Lo·c Domaigné、Igor Fuksman、Alex Gezerlis、M. Scott Gordon、Timothy Goya、Tony Graham、Michael Hobgood、Michael Kerrisk、Youngho Kwon、Richard Li、Xueke Liu、Yun Long、Dan McGregor、Dylan McNamee、Greg Miller、Simon Morgan、Harry Newton、Jim Oldfield、Scott Parish、Zvezdan Petkovic、David Reiss、Konstantinos Sakoutis、David Smoot、David Somers、Andriy Tkachuk、Nathan Weeks、Florian Weimer、Qingyang Xu和 Michael Zalokar。
技术审校者也提高了内容的准确性，感谢Steve Albert、Bogdan Barbu和Robert Day。特别感谢Geoff Clare和Andrew Josey为Single UNIX Specification的升华和第2章的准确性提供了帮助。另外，感谢Ken Thompson对历史问题做出了解答。
我得再一次说，与Addison-Wesley的工作人员的合作非常愉快。感谢Kim Boedigheimer、Romny French、John Fuller、Jessica Goldstein、Julie Nahil和Debra Williams-Cauley，此外，感谢Jill Hobbs在这段时间提供了她的专业审稿能力。
最后，感谢我的家人对我在这次再版上花费了如此多时间给予的理解。
和以前一样，我非常欢迎读者发来邮件，发表评论，提出建议，订正错误。