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