Linux. Programowanie systemowe. Wydanie II - Ebook - Robert Love - Nowoczesna platforma edukacyjna

Szczegóły ebooka

Zaloguj się, jeśli jesteś zainteresowany treścią pozycji.

Linux. Programowanie systemowe. Wydanie II

Ebook

Przewodnik po jądrze sytemu Linux!

Jądro systemu Linux to jeden z największych projektów rozwijanych przez ogromną społeczność. Setki wolontariuszy dniami i nocami rozwijają najważniejszy element tego systemu operacyjnego. I robią to naprawdę skutecznie! Każde kolejne wydanie Linuksa zawiera dziesiątki nowinek oraz ulepszeń - jest coraz szybsze, bezpieczniejsze i po prostu lepsze. Jednak początkujący programiści mogą mieć problemy z wykorzystaniem usług dostarczanych przez kernel. Masz obawy, że nie odnajdziesz się w gąszczu możliwości współczesnego jądra systemu Linux?

Ta książka rozwieje je w mig. Jest to wyjątkowa pozycja na rynku wydawniczym, zgłębiająca właśnie te tajemnice. W trakcie lektury nauczysz się tworzyć niskopoziomowe oprogramowanie, które będzie się komunikowało bezpośrednio z jądrem systemu. Operacje wejścia i wyjścia, strumienie, zdarzenia, procesy to tylko część elementów, które błyskawicznie opanujesz. Ponadto nauczysz się zarządzać katalogami i plikami oraz poznasz koncepcję sygnałów. Książka ta jest niezastąpionym źródłem informacji dla wszystkich programistów pracujących z jądrem Linuksa. Docenisz tę lekturę!

Poznaj:

metody zarządzania procesami
zastosowanie sygnałów
zaawansowane interfejsy wejścia i wyjścia
jądro systemu od podszewki

Poznaj jądro systemu od podszewki!

Robert Love - od wielu lat jest użytkownikiem i współtwórcą systemu Linux. Rozwija środowisko graficzne GNOME oraz jądro systemu. Pracuje jako projektant oprogramowania w firmie Google, był też członkiem zespołu projektującego system operacyjny Android. Jest autorem licznych książek poświęconych programowaniu w systemie Linux.

Linux: Programowanie Systemowe
Przedmowa
Wstęp
- Przyjęte założenia, dotyczące odbiorców książki
- Zawartość książki
- Wersje uwzględnione w tej książce
- Użyte konwencje
- Używanie przykładowych kodów
- Podziękowania
1. Wprowadzenie podstawowe pojęcia
- Programowanie systemowe
  - Dlaczego warto uczyć się programowania systemowego?
  - Kamienie węgielne programowania systemowego
  - Funkcje systemowe
    - Wywoływanie funkcji systemowych
  - Biblioteka języka C
  - Kompilator języka C
- API i ABI
  - API
  - ABI
- Standardy
  - Historia POSIX oraz SUS
  - Standardy języka C
  - Linux i standardy
  - Książka i standardy
- Pojęcia dotyczące programowania w Linuksie
  - Pliki i system plików
    - Pliki zwykłe
    - Katalogi i dowiązania
    - Dowiązania twarde
    - Dowiązania symboliczne
    - Pliki specjalne
    - Systemy plików i przestrzenie nazw
  - Procesy
    - Wątki
    - Hierarchia procesów
  - Użytkownicy i grupy
  - Uprawnienia
  - Sygnały
  - Komunikacja międzyprocesowa
  - Pliki nagłówkowe
  - Obsługa błędów
- Początek programowania systemowego
2. Plikowe operacje wejścia i wyjścia
- Otwieranie plików
  - Funkcja systemowa open()
    - Znaczniki w funkcji open()
  - Właściciele nowych plików
  - Uprawnienia nowych plików
  - Funkcja creat()
  - Wartości zwracane i kody błędów
- Czytanie z pliku przy użyciu funkcji read()
  - Wartości zwracane
  - Czytanie wszystkich bajtów
  - Odczyty nieblokujące
  - Inne wartości błędów
  - Ograniczenia rozmiaru dla funkcji read()
- Pisanie za pomocą funkcji write()
  - Zapisy częściowe
  - Tryb dopisywania
  - Zapisy nieblokujące
  - Inne kody błędów
  - Ograniczenia rozmiaru dla funkcji write()
  - Sposób działania funkcji write()
- Zsynchronizowane operacje wejścia i wyjścia
  - Funkcje fsync() i fdatasync()
    - Wartości zwracane i kody błędów
  - Funkcja sync()
  - Znacznik O_SYNC
  - Znaczniki O_DSYNC i O_RSYNC
- Bezpośrednie operacje wejścia i wyjścia
- Zamykanie plików
  - Kody błędów
- Szukanie za pomocą funkcji lseek()
  - Szukanie poza końcem pliku
  - Kody błędów
  - Ograniczenia
- Odczyty i zapisy pozycyjne
  - Kody błędów
- Obcinanie plików
- Zwielokrotnione operacje wejścia i wyjścia
  - Funkcja select()
    - Wartości powrotu oraz kody błędów
    - Przykład użycia funkcji select()
    - Przenośny sposób wstrzymania wykonania aplikacji za pomocą funkcji select()
    - Funkcja pselect()
  - Funkcja poll()
    - Wartości powrotu oraz kody błędów
    - Przykład użycia funkcji poll()
    - Funkcja ppoll()
  - Porównanie funkcji poll() i select()
- Organizacja wewnętrzna jądra
  - Wirtualny system plików
  - Bufor stron
  - Opóźniony zapis stron
- Zakończenie
3. Buforowane operacje wejścia i wyjścia
- Operacje wejścia i wyjścia buforowane w przestrzeni użytkownika
  - Rozmiar bloku
- Typowe operacje wejścia i wyjścia
  - Wskaźniki do plików
- Otwieranie plików
  - Tryby
- Otwieranie strumienia poprzez deskryptor pliku
- Zamykanie strumieni
  - Zamykanie wszystkich strumieni
- Czytanie ze strumienia
  - Czytanie pojedynczego znaku
    - Wycofywanie znaku
  - Czytanie całego wiersza
    - Czytanie dowolnych łańcuchów
  - Czytanie danych binarnych
- Pisanie do strumienia
  - Zapisywanie pojedynczego znaku
  - Zapisywanie łańcucha znaków
  - Zapisywanie danych binarnych
- Przykładowy program używający buforowanych operacji wejścia i wyjścia
- Szukanie w strumieniu
  - Otrzymywanie informacji o aktualnym położeniu w strumieniu
- Opróżnianie strumienia
- Błędy i koniec pliku
- Otrzymywanie skojarzonego deskryptora pliku
- Parametry buforowania
- Bezpieczeństwo wątków
  - Nieautomatyczne blokowanie plików
  - Nieblokowane operacje na strumieniu
- Krytyczna analiza biblioteki typowych operacji wejścia i wyjścia
- Zakończenie
4. Zaawansowane operacje plikowe wejścia i wyjścia
- Rozproszone operacje wejścia i wyjścia
  - Funkcje readv() i writev()
    - Wartości powrotne
    - Przykład użycia funkcji writev()
    - Przykład użycia funkcji readv()
    - Implementacja
- Odpytywanie zdarzeń
  - Tworzenie nowego egzemplarza interfejsu odpytywania zdarzeń
  - Sterowanie działaniem interfejsu odpytywania zdarzeń
  - Oczekiwanie na zdarzenie w interfejsie odpytywania zdarzeń
  - Zdarzenia przełączane zboczem a zdarzenia przełączane poziomem
- Odwzorowywanie plików w pamięci
  - Funkcja mmap()
    - Rozmiar strony
    - Wartości powrotne i kody błędów
    - Dodatkowe sygnały
  - Funkcja munmap()
  - Przykład odwzorowania w pamięci
  - Zalety używania funkcji mmap()
  - Wady używania funkcji mmap()
  - Zmiana rozmiaru odwzorowania
    - Wartości powrotne i kody błędów
  - Zmiana uprawnień odwzorowania
    - Wartości powrotne i kody błędów
  - Synchronizacja odwzorowanego pliku
    - Wartości powrotne i kody błędów
  - Dostarczanie porad dotyczących odwzorowania w pamięci
    - Wartości powrotne i kody błędów
- Porady dla standardowych operacji plikowych wejścia i wyjścia
  - Funkcja systemowa posix_fadvise()
    - Wartości powrotne i kody błędów
  - Funkcja systemowa readahead()
    - Wartości powrotne i kody błędów
  - Porada jest tania
- Operacje zsynchronizowane, synchroniczne i asynchroniczne
  - Asynchroniczne operacje wejścia i wyjścia
- Zarządcy operacji wejścia i wyjścia oraz wydajność operacji wejścia i wyjścia
  - Adresowanie dysku
  - Działanie zarządcy operacji wejścia i wyjścia
  - Wspomaganie odczytów
    - Zarządca z terminem nieprzekraczalnym
    - Zarządca przewidujący
    - Zarządca ze sprawiedliwym szeregowaniem
    - Zarządca niesortujący
  - Wybór i konfiguracja zarządcy operacji wejścia i wyjścia
  - Optymalizowanie wydajności operacji wejścia i wyjścia
    - Szeregowanie operacji wejścia i wyjścia w przestrzeni użytkownika
      - Sortowanie wg ścieżki
      - Sortowanie wg numeru i-węzła.
      - Sortowanie wg numeru fizycznego bloku
- Zakończenie
5. Zarządzanie procesami
- Programy, procesy i wątki
- Identyfikator procesu
  - Przydział identyfikatorów procesów
  - Hierarchia procesów
  - Typ pid_t
  - Otrzymywanie identyfikatora procesu oraz identyfikatora procesu rodzicielskiego
- Uruchamianie nowego procesu
  - Rodzina funkcji exec
    - Pozostałe elementy grupy funkcji exec
    - Kody błędów
  - Funkcja systemowa fork()
    - Kopiowanie podczas zapisu
    - Funkcja vfork()
- Zakończenie procesu
  - Inne sposoby na zakończenie procesu
  - Funkcja atexit()
  - Funkcja on_exit()
  - Sygnał SIGCHLD
- Oczekiwanie na zakończone procesy potomka
  - Oczekiwanie na określony proces
  - Jeszcze wszechstronniejsza funkcja oczekiwania
  - BSD wkracza do akcji: funkcje wait3() i wait4()
  - Uruchamianie i oczekiwanie na nowy proces
  - Procesy zombie
- Użytkownicy i grupy
  - Rzeczywiste, efektywne oraz zapisane identyfikatory użytkownika i grupy
  - Zmiana rzeczywistego lub zapisanego identyfikatora dla użytkownika lub grupy
  - Zmiana efektywnego identyfikatora dla użytkownika lub grupy
  - Zmiana identyfikatora dla użytkownika lub grupy w wersji BSD
  - Zmiana identyfikatora dla użytkownika lub grupy w wersji HP-UX
  - Zalecane modyfikacje identyfikatorów użytkownika i grupy
  - Wsparcie dla zapisanych identyfikatorów użytkownika
  - Otrzymywanie identyfikatorów użytkownika i grupy
- Grupy sesji i procesów
  - Funkcje systemowe do obsługi sesji
  - Funkcje systemowe do obsługi grup procesów
  - Przestarzałe funkcje do obsługi grupy procesów
- Demony
- Zakończenie
6. Zaawansowane zarządzanie procesami
- Szeregowanie procesów
  - Przedziały czasowe
  - Procesy związane z wejściem i wyjściem a procesy związane z procesorem
  - Szeregowanie z wywłaszczaniem
- Completely Fair Scheduler
- Udostępnianie czasu procesora
  - Prawidłowe sposoby użycia sched_yield()
- Priorytety procesu
  - nice()
  - getpriority() i setpriority()
  - Priorytety wejścia i wyjścia
- Wiązanie procesów do konkretnego procesora
  - sched_getaffinity() i sched_setaffinity()
- Systemy czasu rzeczywistego
  - Systemy ścisłego oraz zwykłego czasu rzeczywistego
  - Opóźnienie, rozsynchronizowanie oraz parametry graniczne
  - Obsługa czasu rzeczywistego przez system Linux
  - Linuksowe strategie szeregowania i ustalania priorytetów
    - Strategia FIFO (first in, first out)
    - Strategia cykliczna
    - Strategia zwykła
    - Strategia szeregowania wsadowego
    - Ustalanie strategii szeregowania dla systemu Linux
      - Kody błędów
  - Ustawianie parametrów szeregowania
    - Kody błędów
    - Określanie zakresu poprawnych priorytetów
  - sched_rr_get_interval()
    - Kody błędu
  - Środki ostrożności przy pracy z procesami czasu rzeczywistego
  - Determinizm
    - Wcześniejsze zapisywanie danych oraz blokowanie pamięci
    - Wiązanie do procesora a procesy czasu rzeczywistego
- Ograniczenia zasobów systemowych
  - Ograniczenia
    - Ograniczenia domyślne
  - Ustawianie i odczytywanie ograniczeń
    - Kody błędów
7. Wątkowość
- Binaria, procesy i wątki
- Wielowątkowość
  - Koszty wielowątkowości
  - Alternatywy dla wielowątkowości
- Modele wątkowości
  - Wątkowość na poziomie użytkownika
  - Wątkowość mieszana
  - Współprogramy i włókna
- Wzorce wątkowości
  - Wątkowość thread-per-connection
  - Wątkowość sterowana zdarzeniami
- Współbieżność, równoległość i wyścigi
  - Sytuacje wyścigów
    - Przykłady wyścigów ze świata rzeczywistego
- Synchronizacja
  - Muteksy
  - Zakleszczenia
    - Unikanie zakleszczeń
- Standard Pthreads
  - Implementacje wątkowości w Linuksie
  - Interfejs programistyczny dla standardu Pthreads
  - Konsolidowanie implementacji Pthreads
  - Tworzenie wątków
  - Identyfikatory wątków
    - Porównywanie identyfikatorów wątków
  - Kończenie wątków
    - Zakończenie samego siebie
    - Zakończenie innych wątków
  - Łączenie i odłączanie wątków
    - Łączenie wątków
    - Odłączanie wątków
  - Przykład wątkowości
  - Muteksy standardu Pthreads
    - Inicjalizowanie muteksów
    - Blokowanie muteksów
    - Odblokowywanie muteksów
    - Przykład użycia muteksu
- Dalsze zdobywanie wiedzy
8. Zarządzanie plikami i katalogami
- Pliki i ich metadane
  - Rodzina funkcji stat
  - Uprawnienia
  - Prawa własności
  - Atrybuty rozszerzone
    - Klucze i wartości
    - Przestrzenie nazw dla atrybutów rozszerzonych
  - Operacje dla atrybutów rozszerzonych
    - Odczytywanie atrybutu rozszerzonego
    - Ustawianie atrybutu rozszerzonego
    - Wyświetlanie atrybutów rozszerzonych dla pliku
    - Usuwanie atrybutu rozszerzonego
- Katalogi
  - Aktualny katalog roboczy
    - Odczytywanie aktualnego katalogu roboczego
    - Zmiana aktualnego katalogu roboczego
  - Tworzenie katalogów
  - Usuwanie katalogów
  - Odczytywanie zawartości katalogu
    - Czytanie ze strumienia katalogu
    - Zamykanie strumienia katalogu
    - Funkcje systemowe służące do odczytywania zawartości katalogu
- Dowiązania
  - Dowiązania twarde
  - Dowiązania symboliczne
  - Usuwanie elementów z systemu plików
- Kopiowanie i przenoszenie plików
  - Kopiowanie
  - Przenoszenie
- Węzły urządzeń
  - Specjalne węzły urządzeń
  - Generator liczb losowych
- Komunikacja poza kolejką
- Śledzenie zdarzeń związanych z plikami
  - Inicjalizacja interfejsu inotify
  - Elementy obserwowane
    - Dodawanie nowego elementu obserwowanego
    - Maska elementu obserwowanego
  - Zdarzenia interfejsu inotify
    - Odczytywanie zdarzeń inotify
    - Zaawansowane zdarzenia inotify
    - Łączenie zdarzeń przenoszenia
  - Zaawansowane opcje obserwowania
  - Usuwanie elementu obserwowanego z interfejsu inotify
  - Otrzymywanie rozmiaru kolejki zdarzeń
  - Usuwanie egzemplarza interfejsu inotify
9. Zarządzanie pamięcią
- Przestrzeń adresowa procesu
  - Strony i stronicowanie
    - Współdzielenie i kopiowanie podczas zapisu
  - Regiony pamięci
- Przydzielanie pamięci dynamicznej
  - Przydzielanie pamięci dla tablic
  - Zmiana wielkości obszaru przydzielonej pamięci
  - Zwalnianie pamięci dynamicznej
  - Wyrównanie
    - Przydzielanie pamięci wyrównanej
    - Inne zagadnienia związane z wyrównaniem
- Zarządzanie segmentem danych
- Anonimowe odwzorowania w pamięci
  - Tworzenie anonimowych odwzorowań w pamięci
  - Odwzorowanie pliku /dev/zero
- Zaawansowane operacje przydziału pamięci
  - Dokładne dostrajanie przy użyciu funkcji malloc_usable_size() oraz malloc_trim()
- Uruchamianie programów używających systemu przydzielania pamięci
  - Otrzymywanie danych statystycznych
- Przydziały pamięci wykorzystujące stos
  - Powielanie łańcuchów znakowych na stosie
  - Tablice o zmiennej długości
- Wybór mechanizmu przydzielania pamięci
- Operacje na pamięci
  - Ustawianie wartości bajtów
  - Porównywanie bajtów
  - Przenoszenie bajtów
  - Wyszukiwanie bajtów
  - Manipulowanie bajtami
- Blokowanie pamięci
  - Blokowanie fragmentu przestrzeni adresowej
  - Blokowanie całej przestrzeni adresowej
  - Odblokowywanie pamięci
  - Ograniczenia blokowania
  - Czy strona znajduje się w pamięci fizycznej?
- Przydział oportunistyczny
  - Przekroczenie zakresu zatwierdzenia oraz stan braku pamięci (OOM)
10. Sygnały
- Koncepcja sygnałów
  - Identyfikatory sygnałów
  - Sygnały wspierane przez system Linux
- Podstawowe zarządzanie sygnałami
  - Oczekiwanie na dowolny sygnał
  - Przykłady
  - Uruchomienie i dziedziczenie
  - Odwzorowanie numerów sygnałów na łańcuchy znakowe
- Wysyłanie sygnału
  - Uprawnienia
  - Przykłady
  - Wysyłanie sygnału do samego siebie
  - Wysyłanie sygnału do całej grupy procesów
- Współużywalność
  - Funkcje, dla których współużywalność jest zagwarantowana
- Zbiory sygnałów
  - Inne funkcje obsługujące zbiory sygnałów
- Blokowanie sygnałów
  - Odzyskiwanie oczekujących sygnałów
  - Oczekiwanie na zbiór sygnałów
- Zaawansowane zarządzanie sygnałami
  - Struktura siginfo_t
  - Wspaniały świat pola si_code
- Wysyłanie sygnału z wykorzystaniem pola użytkowego
  - Przykład wykorzystania pola użytkowego
- Ułomność systemu Unix?
11. Czas
- Struktury danych reprezentujące czas
  - Reprezentacja pierwotna
  - Następna wersja dokładność na poziomie mikrosekund
  - Kolejna, lepsza wersja dokładność na poziomie nanosekund
  - Wyłuskiwanie składników czasu
  - Typ danych dla czasu procesu
- Zegary POSIX
  - Rozdzielczość źródła czasu
- Pobieranie aktualnego czasu
  - Lepszy interfejs
  - Interfejs zaawansowany
  - Pobieranie czasu procesu
- Ustawianie aktualnego czasu
  - Precyzyjne ustawianie czasu
  - Zaawansowany interfejs ustawiania czasu
- Konwersje czasu
- Dostrajanie zegara systemowego
- Stan uśpienia i oczekiwania
  - Obsługa stanu uśpienia z dokładnością do mikrosekund
  - Obsługa stanu uśpienia z dokładnością do nanosekund
  - Zaawansowane zarządzanie stanem uśpienia
  - Przenośny sposób wprowadzania w stan uśpienia
  - Przepełnienia
  - Alternatywy stanu uśpienia
- Liczniki
  - Proste alarmy
  - Liczniki interwałowe
  - Liczniki zaawansowane
    - Tworzenie licznika
    - Inicjalizowanie licznika
    - Odczytywanie czasu wygaśnięcia licznika
    - Odczytywanie wartości przepełnienia licznika
    - Usuwanie licznika
A. Rozszerzenia kompilatora GCC dla języka C
- GNU C
- Funkcje wplatane (inline)
- Zapobieganie wplataniu funkcji
- Funkcje czyste (pure)
- Funkcje stałe
- Funkcje, które nie wracają do procedury wywołującej
- Funkcje przydzielające pamięć
- Wymuszanie sprawdzania wartości powrotnej dla procedur wywołujących
- Oznaczanie funkcji niezalecanych
- Oznaczanie funkcji używanych
- Oznaczanie funkcji lub parametrów nieużywanych
- Pakowanie struktury
- Zwiększanie wartości wyrównania dla zmiennej
- Umieszczanie zmiennych globalnych w rejestrach
- Optymalizacja gałęzi kodu
- Uzyskiwanie typu dla wyrażenia
- Uzyskiwanie wielkości wyrównania dla danego typu
- Pozycja elementu w strukturze
- Uzyskiwanie powrotnego adresu funkcji
- Zakresy funkcji case
- Arytmetyka wskaźników do funkcji oraz wskaźników void
- Więcej przenośności i elegancji za jednym razem
B. Bibliografia
- Programowanie w języku C
- Programowanie w Linuksie
- Jądro Linuksa
- Projektowanie systemu operacyjnego
C. O autorze
Indeks
Kolofon
Copyright

Tytuł: Linux. Programowanie systemowe. Wydanie II
Autor: Robert Love
Tytuł oryginału: Linux System Programming: Talking Directly to the Kernel and C Library, 2nd Edition
Tłumaczenie: Jacek Janusz
ISBN: 978-83-246-8288-1, 9788324682881
Data wydania: 2014-03-21
Format: Ebook
Identyfikator pozycji: linps2
Wydawca: Helion

wybór języka

Kategorie

Szczegóły ebooka

Przewodnik po jądrze sytemu Linux!

Poznaj jądro systemu od podszewki!