寫這篇筆記的時候我剛幫一個轉(zhuǎn)行的學(xué)弟理完進(jìn)程間通信的脈絡(luò)。他跟我說命令我能背一寫代碼就不知道程序在系統(tǒng)里是什么狀態(tài)。這話我太熟了。做面試官這幾年十個候選人里至少有四個卡在同一個地方——不是不會用Linux而是腦子里缺一張“程序在Linux里怎么活”的地圖。Linux應(yīng)用層開發(fā)本質(zhì)就是搞清楚這張地圖然后在這張地圖上寫代碼。這個系列筆記我不打算按命令分類講而是按開發(fā)者實(shí)際需要的知識體系來組織。第1篇先把地基打牢理一遍應(yīng)用層開發(fā)的全景從零搭好環(huán)境再把文件和進(jìn)程這兩條主線過一遍。適合準(zhǔn)備從“會操作Linux”走向“會開發(fā)Linux”的朋友也適合知識點(diǎn)散、想重新串體系的人。讀這篇之前假設(shè)你已經(jīng)能敲一些常用命令比如cd、ls、cat至少不陌生。如果連這些都沒怎么用過也沒關(guān)系第2章會帶你把開發(fā)環(huán)境一步一步搭起來。真正重要的不是你記住了多少命令而是建立“程序在系統(tǒng)里如何存在”的模型。命令只是模型的入口。1. 先搞清楚應(yīng)用層開發(fā)到底在開發(fā)什么1.1 用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)為什么這么分先說一個很多教程一筆帶過、但非常重要的問題為什么Linux要分用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)。簡單說內(nèi)核是系統(tǒng)里權(quán)限最高的代碼管理著CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)這些硬件資源直接在內(nèi)核態(tài)干活。而你寫的應(yīng)用層程序跑在用戶態(tài)權(quán)限受限。這兩個狀態(tài)之間不是物理隔離而是由CPU的特權(quán)級機(jī)制保證的內(nèi)核態(tài)能執(zhí)行特權(quán)指令用戶態(tài)不能想碰硬件和核心數(shù)據(jù)必須通過系統(tǒng)調(diào)用這個唯一的窗口。我習(xí)慣把這個結(jié)構(gòu)比作物業(yè)中心。內(nèi)核是物業(yè)住戶是你的程序系統(tǒng)調(diào)用就是物業(yè)的服務(wù)窗口。房子里的東西你隨便用但想換水表、改承重墻、動公共區(qū)域的管線必須找物業(yè)辦手續(xù)。對應(yīng)到代碼里open、read、write、fork、mmap這些名字全都是系統(tǒng)調(diào)用也就是“找物業(yè)辦事”的接口。為什么這么設(shè)計(jì)最直接的好處是安全和穩(wěn)定。用戶態(tài)程序?qū)憼€了最多自己段錯誤崩潰內(nèi)核還能繼續(xù)跑要是所有程序都能直接操作硬件一個野指針就可能把整個系統(tǒng)干翻。這也是應(yīng)用層開發(fā)和內(nèi)核開發(fā)最本質(zhì)的區(qū)別你不需要管中斷、頁表、調(diào)度器這些底層細(xì)節(jié)但你必須知道自己的每一次資源操作背后都會陷入內(nèi)核一次并且要學(xué)會處理系統(tǒng)調(diào)用返回的錯誤。判斷一個程序干了哪些系統(tǒng)調(diào)用有個特別實(shí)用的工具叫strace后面排查問題會經(jīng)常用到。你可以對著一個最簡單的ls命令跑strace -f ls能看到打開目錄、讀取文件信息、寫標(biāo)準(zhǔn)輸出的一串調(diào)用。第一次看到的時候會有一種“原來操作系統(tǒng)是這樣被調(diào)用”的通透感。1.2 應(yīng)用層選什么語言跟內(nèi)核層有什么區(qū)別應(yīng)用層開發(fā)的語言選擇非常寬C、C、Python、Go、Rust、Java都有各自的位置。我的建議是這個階段別糾結(jié)“哪個語言最強(qiáng)”而是把C當(dāng)作理解系統(tǒng)和面試的基底同時按方向選一門主用語言。C和glibc是一對你寫的fopen、printf底層經(jīng)過glibc封裝后最終還是會走系統(tǒng)調(diào)用。學(xué)C不是為了寫業(yè)務(wù)是為了理解“系統(tǒng)調(diào)用長什么樣”文件描述符是什么、read為什么返回0、errno是怎么回事。這些概念用Python寫也行但Python把細(xì)節(jié)藏得太深不利于你建立模型。Python適合快速原型和自動化腳本寫爬蟲、寫工具、做數(shù)據(jù)處理非常爽。Go是這幾年服務(wù)端開發(fā)的主流部署簡單、并發(fā)模型好用很多云原生組件都是Go寫的。嵌入式Linux項(xiàng)目則幾乎繞不開C還要加上交叉編譯工具鏈也就是在x86電腦上編譯出ARM板子能跑的程序。應(yīng)用層和內(nèi)核層的工作內(nèi)容差異也很明顯。寫內(nèi)核模塊、寫設(shè)備驅(qū)動屬于內(nèi)核態(tài)開發(fā)調(diào)試要用printk、kprobe這些工具一個空指針能把系統(tǒng)搞崩。寫應(yīng)用層程序崩潰就崩了系統(tǒng)不會掛但你要面對的是各種系統(tǒng)調(diào)用錯誤、并發(fā)問題、資源泄漏。這個對比經(jīng)常出現(xiàn)在“l(fā)inux面試題”里建議你自己總結(jié)一張對照表面試的時候比背概念管用。1.3 這個系列的學(xué)習(xí)地圖我打算按開發(fā)者的視角來組織整個系列而不是按“Linux命令手冊”來組織。命令是操作入口程序是邏輯系統(tǒng)調(diào)用是能力邊界。三者的關(guān)系理清了很多知識會自動串起來。后面的筆記大致規(guī)劃如下第1篇也就是本篇做三件事——搭環(huán)境、打通文件和進(jìn)程兩條主線。第2篇講I/O模型重點(diǎn)是把select、poll、epoll講透這是高并發(fā)服務(wù)的核心。第3篇把進(jìn)程間通信展開管道、信號、共享內(nèi)存、消息隊(duì)列、Socket、DBus都會過一遍。第4篇進(jìn)入多線程鎖、條件變量、線程池。再往后是網(wǎng)絡(luò)編程、性能調(diào)試。第1篇在整個系列里承擔(dān)的角色相當(dāng)于畫圖紙。文件是“一切皆文件”的基礎(chǔ)進(jìn)程是所有程序的載體這兩條主線不建立起來后面講I/O多路復(fù)用、講IPC你都會覺得像懸在空中。所以別急著往后跳先把這兩塊吃透。2. 從零搭一個能練手的Linux開發(fā)環(huán)境2.1 選發(fā)行版和鏡像別太上頭搜“l(fā)inux鏡像安裝”的時候你會發(fā)現(xiàn)發(fā)行版多到讓人選擇困難。我的建議是別在這上面花太多時間。入門階段選Debian系最穩(wěn)Ubuntu和Debian的軟件包最全社區(qū)文檔多遇到問題隨便一搜就有答案。如果你以后明確走運(yùn)維或服務(wù)器方向可以裝Rocky Linux或AlmaLinux它們和Red Hat系同源生產(chǎn)環(huán)境里的出場率更高。嵌入式方向則不用在PC上裝什么特別的發(fā)行版反而要熟悉交叉編譯工具鏈這個放到后面專門講。學(xué)習(xí)方法上推薦用虛擬機(jī)別一上來就折騰雙系統(tǒng)。虛擬機(jī)的優(yōu)勢是可以隨時做快照玩壞了恢復(fù)一下就行完全不用重裝。VirtualBox或者VMware Workstation Player都行裝一個Debian 12或Ubuntu LTS版本分配2個CPU、2GB內(nèi)存、20GB磁盤對于學(xué)習(xí)應(yīng)用層開發(fā)完全夠用。下載鏡像就去官網(wǎng)或者國內(nèi)高校鏡像站選ISO文件然后正常引導(dǎo)安裝整個過程和裝Windows差不多唯一要留意的是分區(qū)那一步選“整個磁盤”就行初學(xué)者沒必要手工分區(qū)。如果你電腦本身已經(jīng)裝了Linux或者你的目標(biāo)就是把Linux當(dāng)主力系統(tǒng)那更省事直接用就行。學(xué)習(xí)用的環(huán)境干凈可控最重要沒必要追求“用最新的滾動發(fā)行版”這種折騰感。2.2 換國內(nèi)源別把時間浪費(fèi)在apt update上新裝好的Debian第一件事就是換軟件源不然apt update慢到你懷疑人生。為什么慢因?yàn)槟J(rèn)的軟件源服務(wù)器在境外網(wǎng)絡(luò)鏈路長尤其是拉取軟件包列表時特別明顯。換成國內(nèi)高校鏡像站之后速度從幾分鐘降到幾秒體感極其明顯。Debian 12及之后的版本軟件源配置放在/etc/apt/sources.list.d/debian.sources文件里格式是deb822。用sed直接替換域名是個干凈利落的方式sudo sed -i s|deb.debian.org|mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn|g /etc/apt/sources.list.d/debian.sources sudo apt update如果你用的是Ubuntu對應(yīng)文件是/etc/apt/sources.list思路一樣把a(bǔ)rchive.ubuntu.com和security.ubuntu.com替換成鏡像站域名。Debian老版本也會有一個sources.list文件原理相同記得把安全更新源security.debian.org也一并替換掉。換完源順手裝幾個基礎(chǔ)工具這一步做完后面的開發(fā)才有底氣sudo apt install -y vim gcc g make gdb curl wget每次裝完系統(tǒng)我都先跑這一條。gcc是編譯C代碼的make是工程管理工具gdb是調(diào)試器curl和wget用來下載東西vim是編輯器。后面寫代碼、看日志、排問題都離不開它們。裝完可以用gcc --version確認(rèn)一下編譯器版本。2.3 建好用戶配好sudo這是開發(fā)者的基本盤用root賬號直接開發(fā)是新手最容易養(yǎng)成的壞習(xí)慣。root一擼到底權(quán)限問題全都被掩蓋了一旦你切換到普通用戶環(huán)境就各種Permission denied然后一臉懵。正確的做法是建一個普通用戶日常開發(fā)都用這個賬號需要提權(quán)時再通過sudo。新建用戶的命令組合如下sudo useradd -m -s /bin/bash dev sudo passwd dev sudo usermod -aG sudo dev解釋一下每一條的作用。第一條創(chuàng)建用戶dev-m參數(shù)自動創(chuàng)建家目錄/home/dev-s參數(shù)指定登錄shell為bash。第二條設(shè)置初始密碼。第三條把dev加進(jìn)sudo組這樣它才能用sudo執(zhí)行管理員命令。你可能會在別的教程里看到adduser命令那是Debian系的高層封裝會順帶創(chuàng)建家目錄、設(shè)置用戶信息適合交互式操作useradd則是底層命令參數(shù)更細(xì)。建完用戶后建議用su - dev切換到新賬號或者干脆注銷重新登錄。這里有個小坑直接敲su dev可能不會自動加載新用戶的環(huán)境變量PATH還是老樣子順手用su - dev或者sudo -i就干凈了。如果你建錯了用戶想刪除用userdel -r dev-r表示連同家目錄一起刪掉。這個命令同樣需要sudo。2.4 把編譯器和Python裝齊跑通第一個程序開發(fā)環(huán)境少不了一套能用的編譯鏈。第2.1節(jié)里已經(jīng)順手裝了gcc、make、gdb這里再補(bǔ)Python相關(guān)部分sudo apt install -y python3 python3-pip python3-venv裝完之后注意Debian系默認(rèn)只有python3命令沒有python這個命令。如果你習(xí)慣敲python可以在~/.bashrc里加一行alias pythonpython3然后source ~/.bashrc生效。這個坑很多人踩過提示“command not found”的時候先分清楚是沒裝還是命令名不對。然后寫第一個C程序驗(yàn)證整個鏈路。用vim或者nano新建一個hello.c#include stdio.h int main(void) { printf(Hello, Linux App Dev\n); return 0; }編譯并運(yùn)行g(shù)cc -o hello hello.c ./hello能打印出Hello, Linux App Dev說明編輯器、編譯器、執(zhí)行環(huán)境全部通了。這里順便解釋一下兩個參數(shù)-o指定輸出文件名如果不寫默認(rèn)生成a.outhello.c是源文件。gcc本質(zhì)上不是自己完成編譯而是調(diào)用cc1、as、ld這些子工具分別完成預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接四個階段后面講構(gòu)建原理時再展開。Python這邊也快速驗(yàn)一下寫個簡單的腳本文件python3 -c print(Hello from Python)到這里一套“編輯器編譯器解釋器調(diào)試器”的最小開發(fā)環(huán)境就齊了。后面每一篇的代碼都會基于這套環(huán)境來跑。建議你在這個環(huán)節(jié)給虛擬機(jī)做一個快照接下來折騰文件、進(jìn)程實(shí)驗(yàn)時萬一出了什么岔子回滾很方便。3. 文件與系統(tǒng)調(diào)用開發(fā)者的第一條主線3.1 “一切皆文件”到底怎么理解Linux里有句經(jīng)典的話叫“一切皆文件”很多教程都掛在嘴邊但真正理解它的人不多。普通文件是文件目錄也是文件設(shè)備是文件管道和Socket還是文件所有這些都能用open打開、read/write讀寫、close關(guān)閉這一套接口來操作。內(nèi)核把這些完全不同的東西統(tǒng)一抽象成“文件”你操作的時候不需要關(guān)心底層是磁盤、網(wǎng)卡還是內(nèi)存。具體的載體是文件描述符fd?？梢园阉斫獬梢粡埥钑Copen一個文件內(nèi)核給你分配一個非負(fù)整數(shù)比如3之后你所有對該文件的讀寫都拿著這個號去辦。內(nèi)核內(nèi)部維護(hù)了一張打開文件表記錄著這個fd指向哪個inode、當(dāng)前讀到哪里、是讀還是寫模式。用戶態(tài)程序永遠(yuǎn)看不到這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能持有fd這個“憑證”。三個特殊的fd要記住0是標(biāo)準(zhǔn)輸入1是標(biāo)準(zhǔn)輸出2是標(biāo)準(zhǔn)錯誤。所以printf最終是往fd 1寫fprintf(stderr, ...)是往fd 2寫。這個設(shè)計(jì)帶來的好處是shell的重定向本質(zhì)上就是替換fd指向的目標(biāo)ls out.txt就是把1號fd從終端設(shè)備改指向out.txt這個文件。學(xué)習(xí)的時候要區(qū)分兩套API。C標(biāo)準(zhǔn)庫的fopen、fread、fwrite、fclose是帶緩沖的用戶態(tài)封裝底層還是要調(diào)用open、read、write這些系統(tǒng)調(diào)用。為什么要加一層緩沖因?yàn)槊看蜗到y(tǒng)調(diào)用陷入內(nèi)核都有開銷頻繁小字節(jié)讀寫很不劃算glibc先把數(shù)據(jù)攢在用戶態(tài)緩沖區(qū)里攢夠了再一次flush到內(nèi)核性能提升非常明顯。這就是為什么讀文件用getchar()、用fgets()都不要跟read()混著寫——緩沖邏輯會互相干擾。3.2 open/read/write最小程序背后全是細(xì)節(jié)直接上一個最簡單的文件讀取程序。這段代碼是我每次帶新人都會讓ta從零敲一遍的別看短信息量很大#include stdio.h #include fcntl.h #include unistd.h #include errno.h #include string.h int main(int argc, char *argv[]) { if (argc 2) { fprintf(stderr, usage: %s file\n, argv[0]); return 1; } int fd open(argv[1], O_RDONLY); if (fd 0) { fprintf(stderr, open %s failed: %s\n, argv[1], strerror(errno)); return 1; } char buf[256]; ssize_t n; while ((n read(fd, buf, sizeof(buf) - 1)) 0) { buf[n] \0; printf(%s, buf); } if (n 0) { perror(read); } close(fd); return 0; }編譯運(yùn)行g(shù)cc -o dump dump.c ./dump /etc/passwd第一行open的調(diào)用第一參數(shù)是路徑第二參數(shù)O_RDONLY表示只讀打開。這里還有一個常見組合O_CREAT配合第三個參數(shù)mode指定創(chuàng)建文件時的權(quán)限比如open(a.txt, O_WRONLY | O_CREAT, 0644)。注意0644的權(quán)限會被umask影響最終文件的權(quán)限等于mode減去umask的屏蔽位這是新手經(jīng)常困惑的點(diǎn)。read的返回值是整篇代碼的靈魂一定要背下來返回正數(shù)表示實(shí)際讀到的字節(jié)數(shù)返回0表示讀到EOF文件末尾返回-1表示出錯具體錯誤類型看errno。這段代碼里用while循環(huán)反復(fù)read是標(biāo)準(zhǔn)讀法。還有個隱蔽的坑是EINTR當(dāng)進(jìn)程被信號打斷時read可能返回-1并且errno等于EINTR這時候不是出錯而是應(yīng)該重試。真正嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳a(chǎn)代碼會在循環(huán)里判斷EINTR繼續(xù)讀篇幅原因不展開但面試時能主動提這一點(diǎn)加分不少。編譯這段代碼命令行先用./dump一個不存在的文件觀察open失敗后strerror(errno)打印出來的信息。再把它重定向到文件./dump /etc/passwd out.txt對比終端輸出和文件內(nèi)容的差異。這套組合拳打下來你對系統(tǒng)調(diào)用錯誤處理、fd重定向的體會比背十遍“文件描述符是什么”都有用。3.3 目錄、鏈接和刪除背后的邏輯文件系統(tǒng)這塊面試高頻點(diǎn)集中在硬鏈接、軟鏈接和刪除的原理上。ls -l看到的文件信息第一列權(quán)限位、第三列鏈接計(jì)數(shù)很多人在這一層就停了。我建議你把鏈接計(jì)數(shù)和inode串起來理解。inode是文件系統(tǒng)里真正存儲元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體文件名通過目錄項(xiàng)指向inode。硬鏈接本質(zhì)上是給同一個inode新增一個目錄項(xiàng)所以硬鏈接文件的inode編號相同鏈接計(jì)數(shù)會增加。刪文件執(zhí)行的系統(tǒng)調(diào)用叫unlink它的語義不是“立即銷毀文件”而是減少鏈接計(jì)數(shù)只有當(dāng)鏈接計(jì)數(shù)降到0并且沒有進(jìn)程打開這個文件時inode才會被真正釋放。這也是為什么運(yùn)維環(huán)境中“刪了大文件但磁盤空間沒釋放”的常見原因文件被某個進(jìn)程打開了你只是刪掉了目錄項(xiàng)。軟鏈接則是創(chuàng)建了一個獨(dú)立文件內(nèi)容指向另一個路徑用ln -s創(chuàng)建。源文件刪除后軟鏈接會成為懸空鏈接指向一個不存在的文件硬鏈接則完全不受影響。體現(xiàn)在目錄上rmdir只能刪空目錄rm -rf能遞歸刪除目錄樹。很多人覺得“l(fā)inux刪除文件夾命令”就是rm -rf一個命令的事但實(shí)際開發(fā)里理解rmdir和rm的差別、理解unlink的引用計(jì)數(shù)語義遇到奇怪的“文件刪不掉”“空間沒釋放”問題時才知道往哪個方向查。查看文件元數(shù)據(jù)用stat命令比如stat example.txt能看到inode號、文件類型、權(quán)限、大小、時間戳。C語言里對應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用也叫stat通過struct stat結(jié)構(gòu)體拿信息。這一條線上來文件操作的系統(tǒng)調(diào)用基本就通了。4. 進(jìn)程應(yīng)用層開發(fā)的第二條主線4.1 進(jìn)程和你見過的ps/top終于對上了文件是靜態(tài)資源進(jìn)程是動態(tài)執(zhí)行體。一個進(jìn)程的概念包含代碼、數(shù)據(jù)、堆棧、打開的文件描述符、環(huán)境變量這些內(nèi)容內(nèi)核用進(jìn)程控制塊也就是task_struct結(jié)構(gòu)體來管理。理解進(jìn)程核心先記住三個身份標(biāo)識PID是進(jìn)程自己的編號PPID是父進(jìn)程編號PGID是進(jìn)程組編號。每次你敲ps -ef輸出的第一列PID和第三列PPID就是這層關(guān)系。查看進(jìn)程狀態(tài)的命令建議形成組合ps -ef適合一次性快照top適合動態(tài)監(jiān)控htop交互更好看但需要apt安裝。top里的%CPU和%MEM別只看數(shù)字多看看load average那一行的三個值代表1分鐘、5分鐘、15分鐘的平均負(fù)載。更內(nèi)核一點(diǎn)的信息在/proc目錄下每個進(jìn)程一個編號目錄/proc/self/cmdline、/proc/self/status這類文件是深入排查問題的入口。這里有一個很實(shí)際的面試考點(diǎn)如何修改進(jìn)程名稱。搜“l(fā)inux修改進(jìn)程名稱”能看到一堆方案主流有三種。第一種是在shell層用exec -a newname ./programLinux的execve會按argv[0]設(shè)置進(jìn)程名第二種是在程序里調(diào)用prctl(PR_SET_NAME, newname)這個能改的是/proc/self/comm里的名字ps里顯示的COMMAND列會變成newname第三種是直接修改argv[0]的內(nèi)存內(nèi)容老江湖的做法。理解這個知識點(diǎn)不是為了花哨而是排查問題時你能從進(jìn)程名快速定位這是哪個服務(wù)實(shí)例。4.2 fork一次兩個世界別被返回值繞暈進(jìn)程創(chuàng)建最經(jīng)典的系統(tǒng)調(diào)用是fork。fork的語義是“當(dāng)前進(jìn)程復(fù)制一份自己”復(fù)制出來的叫子進(jìn)程原來的叫父進(jìn)程。但這個“復(fù)制”不是把內(nèi)存全部拷貝一份——現(xiàn)代Linux用的是寫時復(fù)制技術(shù)父子進(jìn)程先共享同一份物理內(nèi)存只有在某個進(jìn)程真的要寫數(shù)據(jù)時才逐頁復(fù)制這樣fork的開銷非常小。寫了這段代碼跑一跑#include stdio.h #include unistd.h #include sys/wait.h int main(void) { printf(before fork, pid%d\n, getpid()); pid_t pid fork(); if (pid 0) { perror(fork); return 1; } if (pid 0) { printf(child: pid%d, ppid%d\n, getpid(), getppid()); } else { printf(parent: pid%d, child%d\n, getpid(), pid); wait(NULL); } return 0; }編譯運(yùn)行后你會看到“before fork”打印一次而fork之后的代碼執(zhí)行了兩份。fork返回值是理解的關(guān)鍵在子進(jìn)程中返回值是0在父進(jìn)程中返回值是子進(jìn)程的PID如果反過來父進(jìn)程拿不到自己父進(jìn)程的PID。所以代碼里的分支寫法pid 0走子進(jìn)程邏輯else走父進(jìn)程邏輯這是標(biāo)準(zhǔn)模式。講進(jìn)程就繞不開孤兒進(jìn)程和僵尸進(jìn)程。孤兒進(jìn)程是父進(jìn)程先退出了子進(jìn)程被init進(jìn)程收養(yǎng)僵尸進(jìn)程則是子進(jìn)程已經(jīng)退出但父進(jìn)程沒有調(diào)用wait/waitpid去回收它的退出狀態(tài)導(dǎo)致任務(wù)結(jié)構(gòu)體還在內(nèi)核里占著一個進(jìn)程表項(xiàng)ps命令里顯示為Z狀態(tài)。僵尸進(jìn)程無法被kill殺死只有父進(jìn)程退出、讓init接管后才會被回收。解決問題的方式只有一個父進(jìn)程務(wù)必wait。這也是上面代碼里wait(NULL)存在的原因——不只是等待更是回收避免產(chǎn)生僵尸。4.3 進(jìn)程間通信先建一張地圖別急著寫代碼進(jìn)程間通信的內(nèi)容非常多管道、信號、共享內(nèi)存、消息隊(duì)列、Socket、DBus每一個都夠?qū)懸徽?。?篇我的建議是不要急著調(diào)API先把這張地圖建立起來知道每種IPC適合什么場景后面展開的時候你才有體感。通信方式方向性適用場景是否依賴內(nèi)核對象管道(pipe)單向父子進(jìn)程之間、shell管道符是命名管道(FIFO)單向無親緣關(guān)系進(jìn)程之間是信號(signal)單向通知事件如CtrlC、kill是共享內(nèi)存雙向大數(shù)據(jù)量、高性能通信是需自己加鎖消息隊(duì)列雙向傳遞結(jié)構(gòu)化消息是Socket雙向跨機(jī)器通信、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是DBus雙向桌面應(yīng)用、系統(tǒng)服務(wù)間是我最?？吹叫率址傅腻e誤是想要高性能就盲選共享內(nèi)存結(jié)果被同步和并發(fā)問題折騰到崩潰。共享內(nèi)存確實(shí)最快因?yàn)樗〉袅藘?nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間的數(shù)據(jù)拷貝但這也意味著你必須在用戶態(tài)自己用信號量或者鎖來保護(hù)臨界區(qū)。相比之下管道和消息隊(duì)列雖然每次傳輸有拷貝開銷但內(nèi)核幫你把同步問題解決了簡單場景里反而是更穩(wěn)的選擇。DBus很多人沒聽說過但在桌面Linux里它無處不在桌面環(huán)境和系統(tǒng)服務(wù)之間的通信就是通過DBus。搜“l(fā)inux d bus通訊”會發(fā)現(xiàn)它有自己的消息協(xié)議、名字總線和對象模型和傳統(tǒng)IPC差異很大。這個知識點(diǎn)作為應(yīng)用層開發(fā)的加分項(xiàng)后面單開一篇講第1篇你知道它屬于IPC家族就夠了。5. 第1篇最容易踩的坑附排查速查表5.1 命令找不到、庫找不到、頭文件找不到環(huán)境搭好后第一個讓人抓狂的問題是“明明我裝了東西系統(tǒng)卻告訴我找不到”。這類問題九成出在PATH環(huán)境變量上。用which命令查命令的絕對路徑用echo $PATH看當(dāng)前PATH包含哪些目錄。比如你自己編譯的程序放在/opt/myapp/bin下卻直接敲myapp提示command not found那就需要export PATH$PATH:/opt/myapp/bin寫進(jìn)~/.bashrc才能每次登錄自動生效。編譯C程序時提示“fatal error: xxx.h: No such file or directory”這是頭文件找不到通常需要apt install相應(yīng)的-dev包。比如編譯依賴libssl的程序就要裝libssl-dev。如果你的自定義頭文件不在/usr/include里編譯時用-I參數(shù)指定路徑gcc -I./include main.c。鏈接階段報(bào)“cannot find -lxxx”是動態(tài)庫找不到用-L指定庫目錄或者用ldconfig -p先查系統(tǒng)里有沒有這個庫。弄明白這套機(jī)制以后搜“l(fā)inux常用命令大全”就不會死記硬背了which、whereis、locate、ldd、ldconfig是五個定位工具。前兩個查命令locate查文件可能要updatedb更新索引ldd查可執(zhí)行文件依賴的動態(tài)庫ldconfig管理動態(tài)庫緩存。排查鏈路清晰問題就解決了一半。5.2 編程常見報(bào)錯對照著查這一小節(jié)直接給一張速查表都是我實(shí)際帶人時見到的最高頻錯誤。現(xiàn)象/報(bào)錯常見原因處理思路Permission denied文件權(quán)限不夠、文件屬主不對ls -l查看權(quán)限chmod修改chown改屬主No such file or directory路徑寫錯、動態(tài)庫缺失、軟鏈接懸空先檢查路徑再用ldd查動態(tài)庫command not foundPATH未包含、命令未安裝、命令名不同echo $PATH確認(rèn)which定位注意python3不是pythonSegmentation fault空指針解引用、數(shù)組越界、棧溢出編譯加-g用gdb跑bt查看調(diào)用棧磁盤空間不足inode耗盡或block占滿df -h和df -i對照刪大文件或清無用inodeapt update很慢源服務(wù)器訪問慢換國內(nèi)鏡像源見第2.2節(jié)程序運(yùn)行后無輸出緩沖未刷新、stdout重定向printf主動fflush(stdout)或向stderr輸出段錯誤是新手最慌的。我的建議是遇到段錯誤不要重新編譯瞎試先檢查解引用指針前是否為NULL再看數(shù)組下標(biāo)有沒有越界最后用gdb。編譯時務(wù)必加-g參數(shù)保留調(diào)試信息然后gdb ./program運(yùn)行到崩潰后輸入bt能看到崩潰時完整的函數(shù)調(diào)用棧。這個流程走順了段錯誤對你來說就不是玄學(xué)而是邏輯問題。5.3 學(xué)完這章給自己做個自測對一個系列筆記來說第1篇的終點(diǎn)不是讀完而是能獨(dú)立回答幾個問題。我自己帶人時習(xí)慣把這幾個作為“篇末考核”你可以對照著自測第一能不能說清楚open和fopen的區(qū)別能說出fopen是用戶態(tài)緩沖封裝、open是系統(tǒng)調(diào)用并且講明白為什么文件I/O要加緩沖這一關(guān)就過了。第二能不能解釋僵尸進(jìn)程產(chǎn)生的原因和回收方法如果只知道“子進(jìn)程死了沒被收走”說不清wait/waitpid的作用建議把4.2節(jié)的代碼再敲一遍父進(jìn)程先注釋掉wait試試觀察ps里的Z狀態(tài)。第三能不能畫出用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的邊界并且說出三個常見的系統(tǒng)調(diào)用名字能說出open、read、write、fork、mmap里的任意三個并且知道系統(tǒng)調(diào)用是應(yīng)用訪問內(nèi)核資源的唯一入口就不算白學(xué)。面試?yán)镞€有一個非常經(jīng)典的組合題程序從命令行啟動到main函數(shù)執(zhí)行中間經(jīng)歷了什么。這個題在第1篇里可以講個大概shell解析命令通過execve系統(tǒng)調(diào)用加載程序內(nèi)核解析ELF文件格式加載代碼段和數(shù)據(jù)段動態(tài)鏈接器ld.so解析依賴的共享庫完成重定位最終跳轉(zhuǎn)到入口函數(shù)由C運(yùn)行時設(shè)置棧和參數(shù)再調(diào)用main。能把這串流程講下來說明你對“程序怎么活起來”已經(jīng)有一個結(jié)構(gòu)化認(rèn)識這是第1篇真正想要給你的東西。我個人在實(shí)際操作中最深的體會是這套流程看著多但每一步都有對應(yīng)的觀察工具。文件部分用strace看系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)程部分用ps和/proc看狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)和IPC后面還會用到ss、perf。工具不是用來背的是在你建立模型的過程中自然長出來的。第1篇先到這里建議你把文章里的每一個代碼片段都親手敲一遍改一改參數(shù)跑一跑再對照著看strace的輸出。只有自己動手觸發(fā)過Permission denied、段錯誤、僵尸進(jìn)程這些知識點(diǎn)才算真的長在身上。下一篇我會展開文件I/O的進(jìn)階版重點(diǎn)把緩沖、mmap和零拷貝講清楚到時候見。