• 到目前為止我們介紹的所有API都分可歸為兩類：
  • 庫(kù)函數(shù)(library function)：普通的函數(shù)，由一個(gè)不屬于我們程序的外部的庫(kù)編寫，這種外部的庫(kù)的一個(gè)典型例子是C庫(kù)。這種函數(shù)的參數(shù)傳遞是通過寄存器或者堆棧來實(shí)現(xiàn)的，執(zhí)行的時(shí)候直接跳轉(zhuǎn)到該函數(shù)代碼的開頭，也就是我們學(xué)過的典型的C語(yǔ)言函數(shù)調(diào)用的方式。這種庫(kù)函數(shù)的例子：getopt_long, mkstemp
  • 系統(tǒng)函數(shù)(system call)：由Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。這種函數(shù)的參數(shù)傳遞和調(diào)用都是由內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的，并且需要做一個(gè)額外的操作。（例如在操作系統(tǒng)上提到的，轉(zhuǎn)換進(jìn)程的狀態(tài)，由用戶態(tài)轉(zhuǎn)為內(nèi)核態(tài)）可是為什么我們?cè)趯?shí)際寫代碼的時(shí)候沒有任何的區(qū)別？因?yàn)镚NU C庫(kù)已經(jīng)為我們給這些系統(tǒng)函數(shù)外面包了一層，我們調(diào)用起來就和調(diào)用庫(kù)函數(shù)是一樣的。這種系統(tǒng)函數(shù)的例子：open, read
• See it before explore it，我們來看看系統(tǒng)函數(shù)是什么樣子，先睹為快：/usr/include/asm/unistd.h

8.1 使用strace (Using strace)

• Strace命令可以監(jiān)視另一個(gè)程序的執(zhí)行，并列出該程序所調(diào)用的所有system calls和所接收到的所有signal。
• strace輸出的每一行代表一個(gè)system call或者signal。對(duì)于system call來說，首先是該system call的名字，然后是其參數(shù)，最后是返回值。而signal的輸出則是signal symbol和一個(gè)signal字符串的形式。
• 接下來我們進(jìn)入主題，介紹幾個(gè)非常重要的系統(tǒng)函數(shù)：

8.2 access: 測(cè)試文件訪問權(quán)限

• 系統(tǒng)函數(shù)access測(cè)試當(dāng)前進(jìn)程是否有權(quán)限訪問一個(gè)文件。
• access的第一個(gè)參數(shù)是文件的路徑，第二個(gè)參數(shù)的值可以是:R_OK, W_OK, X_OK，分部對(duì)應(yīng)讀，寫和執(zhí)行。另一個(gè)可選的值是F_OK，這種情況下access只檢測(cè)該文件是否存在。
• access如果返回0則表示當(dāng)前進(jìn)程擁有指定的權(quán)限。返回-1則表示沒有權(quán)限，并且errno被設(shè)為EACCES（或者EROFS，如果我們對(duì)一個(gè)只讀文件要求可寫權(quán)限的話）

8.3 fcntl: 加鎖以及其他一些文件操作 (Locks and Other File Operatioins)

• 系統(tǒng)函數(shù)fcntl的第一個(gè)參數(shù)是文件描述符，第二個(gè)是要對(duì)文件執(zhí)行的操作。對(duì)某些操作來說，還有額外的參數(shù)。
• 對(duì)于加鎖操作來說，有兩種鎖，讀鎖和寫鎖。很顯然，讀鎖是可以并存的，即多個(gè)進(jìn)程可以在同一個(gè)文件上加上各自的讀鎖，寫鎖是排他的，同一時(shí)間只有一個(gè)進(jìn)程可以在一個(gè)文件上加寫鎖。
• 注意：一個(gè)文件被加鎖并不意味著他不能被別的進(jìn)程打開，讀或者寫。只有當(dāng)別的進(jìn)程試圖對(duì)該文件加鎖時(shí)，現(xiàn)有的鎖才會(huì)發(fā)生作用。
• 其實(shí)在加鎖/解鎖方面，另一個(gè)函數(shù)flock有著相同的效果。我們之所以選擇使用fcntl的原因是：它支持NFS文件系統(tǒng)！

8.4 fsync和fdatasync：flush磁盤緩沖區(qū) (fysnc and fdatasync: Flushing Disk Buffers)

• fsync的參數(shù)只有一個(gè)：需要flush的文件描述符。fdatasync的作用也是一樣。
• 他們的區(qū)別：fsync保證會(huì)更新文件的修改時(shí)間，而fdatasync不保證。所以理論上fdatasync是會(huì)比fsync更快一點(diǎn)的
• 但是……目前的linux版本里面這兩個(gè)是完全一樣的，所以大家隨便用吧。

8.5 getrlimit和setrlimit：資源限制 (getrlimit and setrlimit: Resource Limits)

• 這兩個(gè)系統(tǒng)函數(shù)是和resource limit相關(guān)的。你用過ulimit命令嗎？（反正我沒用過）
• 對(duì)于每個(gè)資源來說有兩個(gè)limit：一個(gè)是hard limit，一個(gè)是soft limit，其中后者永遠(yuǎn)不能超過前者，并且只有擁有superuser權(quán)限的進(jìn)程可以更改前者。
• getrlimit和setrlimit的參數(shù)相同：第一個(gè)參數(shù)是資源的類型，第二個(gè)參數(shù)是rlimit結(jié)構(gòu)的指針，這個(gè)結(jié)構(gòu)里面就只有兩個(gè)成員：hard limit和soft limit
• 幾個(gè)重要的資源類型
  • RLIMIT_CPU：程序執(zhí)行的最大CPU時(shí)間，單位是秒。超過之后程序中止，中止的信號(hào)是SIGXCPU
  • RLIMIT_DATA：程序執(zhí)行的最大內(nèi)存
  • RLIMIT_NPROC：程序孵出的最大子進(jìn)程數(shù)量
  • RLIMIT_NOFILE：程序打開的文件的最大數(shù)量

8.6 getrusage：進(jìn)程統(tǒng)計(jì)信息 (getrusage: Process Statistics)

• getrusage有兩個(gè)參數(shù)
  • 第一個(gè)參數(shù)是類型，如果是RUSAGE_SELF，則返回其自身的統(tǒng)計(jì)信息；如果是RUSAGE_CHILDREN，則返回其屬下的所有已結(jié)束的子進(jìn)程的統(tǒng)計(jì)信息。
  • 第二參數(shù)是rusage結(jié)構(gòu)的指針。這個(gè)結(jié)構(gòu)里面幾個(gè)比較重要的成員是：
• ru_utime，類型是timeval結(jié)構(gòu)，記錄user time；
• ru_stime，類型是timeval結(jié)構(gòu)，記錄system time；
• ru_maxrss，記錄最大內(nèi)存使用量

8.7 gettimeofday: Wall-Clock時(shí)間(gettimeofday: Wall-Clock Time)

• gettimeofday返回的是系統(tǒng)的wall-clock時(shí)間，這個(gè)wall-clock時(shí)間我還真的不知道怎么翻譯，它是一個(gè)timeval結(jié)構(gòu)，以秒為單位，里面只有兩個(gè)域，第一個(gè)域就是秒的整數(shù)部分，第二個(gè)域是毫秒。這個(gè)秒的計(jì)算方法是：從1970年1月1號(hào)的凌晨到現(xiàn)在。
• 很顯然，這么長(zhǎng)長(zhǎng)的秒非常難用。所以localtime這個(gè)函數(shù)負(fù)責(zé)把timeval結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為tm結(jié)構(gòu)，tm結(jié)構(gòu)就很簡(jiǎn)單了，有tm_year,tm_mon,tm_day,tm_hour等等域，一看就知道什么意思，不說了。
• 有了tm結(jié)構(gòu)之后，可以用strftime來獲得一個(gè)很好看的輸出。這個(gè)函數(shù)和printf差不多，不同的只是它里面的字符串%Y表示年，%m表示月，等等，具體去看man page吧。（不是我偷懶，要學(xué)linux就必須有看man page的習(xí)慣，我現(xiàn)在是越來越深刻的認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)了）

8.8 mlock家族：鎖定物理內(nèi)存（The mlock Family: Locking Physical Memory）

• 什么叫鎖定物理內(nèi)存？我們先來復(fù)習(xí)一下操作系統(tǒng)里面換頁(yè)的概念：頁(yè)是內(nèi)存分配的基礎(chǔ)，一個(gè)程序運(yùn)行的時(shí)候占據(jù)了物理內(nèi)存中的若干頁(yè)。當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)物理內(nèi)存不夠用的時(shí)候，他會(huì)根據(jù)一個(gè)調(diào)度算法（通常是找出最近最少使用的）找出最應(yīng)該換出的頁(yè)，把那個(gè)頁(yè)空閑出來分配給需要的進(jìn)程。所以這里鎖定物理內(nèi)存的意思就是：我死活就霸著我指定的這些頁(yè)不放，你操作系統(tǒng)要找空閑頁(yè)找別的進(jìn)程去，即時(shí)我很久沒有用他們，你也不準(zhǔn)把他們釋放出來給別人用！頗有點(diǎn)站著茅坑不拉屎的氣魄。
• 這樣做當(dāng)然是有缺點(diǎn)的，我們可以想象一下每個(gè)進(jìn)程都這么來一下我們的操作系統(tǒng)同學(xué)會(huì)有多么的郁悶與無奈。但這個(gè)方法確實(shí)也是相當(dāng)有用的：1，對(duì)于時(shí)間要求很高的程序，換頁(yè)耗時(shí)；2，對(duì)于安全性很高的程序，換頁(yè)勢(shì)必要把頁(yè)內(nèi)的東西寫出到某個(gè)swap文件，這個(gè)文件被侵入者偷看了怎么辦？
• 鎖定就是mlock，解鎖就是munlock，鎖定當(dāng)前進(jìn)程申請(qǐng)的（也可以包括未來申請(qǐng)的）所有內(nèi)存空間就是mlockall，釋放所有內(nèi)存空間就是munlockall（這個(gè)也可以用來釋放mlock所鎖住的空間）
• 鎖住很大的空間可能會(huì)導(dǎo)致你的操作系統(tǒng)忙死，導(dǎo)致頻繁的換頁(yè)操作（這個(gè)就是著名的thrashing現(xiàn)象了）。所以理所當(dāng)然的，只有superuser才可以調(diào)用mlock和malockall。
• 另外注意一個(gè)很猥瑣的現(xiàn)象：如果你的操作系統(tǒng)不幸是采用copy-on-write戰(zhàn)術(shù)的，你申請(qǐng)一塊內(nèi)存然后馬上mlock它就很可能導(dǎo)致不是你想要的結(jié)果。比較猥瑣的一個(gè)對(duì)付方法是：申請(qǐng)一塊內(nèi)存時(shí)候，給這個(gè)內(nèi)存的每個(gè)頁(yè)都寫上那么一點(diǎn)東西，一個(gè)bit足矣。例如下面：
  for (i = 0; i < alloc_size; i += page_size) memory[i] = 0;

8.9 mprotect: 設(shè)置內(nèi)存訪問權(quán)限（mprotect: Setting Memory Permissions）

• 還記得mmap函數(shù)吧？把一個(gè)文件做內(nèi)存映射，映射的時(shí)候可以指定訪問權(quán)限。mprotect可以修改這樣的內(nèi)存的訪問權(quán)限。
• 違反mprotect的設(shè)定訪問而訪問內(nèi)存會(huì)生成SIGSEGV signal，所以我們可以通過catch這個(gè)signal來監(jiān)控這塊內(nèi)存的被訪問情況
• 上文只提到了mmap之后的內(nèi)存可以用mprotect來管理，那么一般的內(nèi)存呢？例如malloc申請(qǐng)出來的，也可以這樣嗎？根據(jù)本人的試驗(yàn)，答案是：不可以。

8.10 nanosleep: 高精度休眠（nanosleep: High-Precision Sleeping）

• 不說了，一聽名字就夠拉風(fēng)了，也知道它是干什么的。注意參數(shù)是timespec結(jié)構(gòu)。但是！它遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有它的名字那么厲害。（我也想要它有納秒級(jí)別的響應(yīng)啊，但拜托你先看看你cpu的主頻）通常來說，它的最小精度是10毫秒。
• 另外一點(diǎn)，sleep會(huì)在收到中斷的時(shí)候被“打醒”，nanosleep也會(huì)，但它的第二個(gè)參數(shù)可以返回還有多少時(shí)間才會(huì)到它正常的蘇醒。

8.11 readlink: 讀取symbolic links（readline: Reading Symbolic Links）

• readlink：三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是symbolic link的路徑，第二個(gè)是存放link目標(biāo)的buffer，第三個(gè)是buffer的長(zhǎng)度。
• 正常情況下，readlink會(huì)返回target字符串的長(zhǎng)度。如果第一個(gè)參數(shù)不是symbolic link，返回-1。
• 注意：readlink返回的target字符串不是以’\0’結(jié)尾的，需要我們自己添上。

8.12 sendfile：快速數(shù)據(jù)傳輸（sendfile: Fast Data Transfers）

• 以前我們復(fù)制文件的時(shí)候怎么做？打開源文件，打開目標(biāo)文件，申請(qǐng)一塊內(nèi)存，從源文件讀，把該內(nèi)存寫滿，再把內(nèi)存的東西寫到目標(biāo)文件。如此反復(fù)，直到所有源文件的內(nèi)容都拷貝到目標(biāo)文件為止。
• 現(xiàn)在不需要這種低效的方法了！也不需要額外的這塊內(nèi)存，用sendfile你可以方便快捷的完成這種操作！（怎么感覺像促銷廣告？！）
• 需要注意的一點(diǎn)：sendfile參數(shù)中的文件描述符可以是磁盤文件，socket文件，或者其他設(shè)備。（不限于磁盤文件）

8.13 setitimer: 設(shè)置時(shí)間間隔（setitimer: Setting Interval Timers）

• 看標(biāo)題大概不明白這個(gè)是干什么的。那么，alarm知道嗎？setitimer就是alarm的強(qiáng)化版。
• 簡(jiǎn)單的說setitimer會(huì)設(shè)置時(shí)間間隔，在經(jīng)過指定的時(shí)間后，會(huì)發(fā)出一個(gè)signal。setitimer和alarm不同的是，它有三種類型（由第一個(gè)參數(shù)指定）：
  • ITIMER_REAL類型：當(dāng)經(jīng)過指定的時(shí)間后，發(fā)出SIGALRM的signal（和alarm相同）
  • ITIMER_VIRTUAL類型：當(dāng)程序執(zhí)行過指定的時(shí)間后（內(nèi)核或者其他進(jìn)程執(zhí)行的時(shí)間不計(jì)算在內(nèi)），發(fā)出SIGVTALRM的signal
  • ITIMER_PROF類型：當(dāng)程序已經(jīng)被該程序所導(dǎo)致的內(nèi)核代碼經(jīng)過指定的時(shí)間后，發(fā)出SIGPROF的signal。

8.14 sysinfo: 獲取系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)信息（sysinfo: Obtaining System Statistics）

• 很簡(jiǎn)單，直接調(diào)用這個(gè)函數(shù)。參數(shù)類型是struct sysinfo*。這個(gè)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息？看man page去

8.15 uname

• 這個(gè)也是拿來獲取系統(tǒng)信息的。不過是獲取諸如網(wǎng)絡(luò)名，域名，操作系統(tǒng)版本等等。參數(shù)類型是struct utsname*，還是那句話，查 man page