UNIX环境高级编程（2）：概述（2）

出错处理：

当UNIX函数出错时，常常返回一个负值，而且整型变量errno通常被设置为包含附加信息的一个值。头文件<errno.h>中定义了符号errno以及可以赋予它的各种常量，这些常量都以字符E开头。而且UNIX系统手册第2部分的intro(2)列出了所有这些出错常量（在Linux中，这些出错常量在errno（3）手册页中列出）。

在支持线程的环境中，多个线程共享进程地址空间，每个线程都有属于它自己的局部errno以避免一个线程干扰另一个线程。

关于errno应该知道两条规则：（1）如果没有出错，则其值不会被一个例程清除。因此，仅当函数的返回值指明出错时，才检验其值。（2）任一函数都不会将errno设置为0。

C标准定义了两个函数，用来帮助打印出错消息。

#include <string.h>

char *strerror(int errnum)

该函数将errnum（通常就是errno）映射为一个出错信息字符串，并返回指向此字符串的指针。

#include <stdio.h>

void perror(const char *msg)

该函数基于errno的当前值，在标准出错上产生一条出错消息，然后返回。它首先输出msg指向的字符串，然后是一个冒号，一个空格，接着才是errno值对应的出错信息，最后是一个换行符。

以下程序展示了这两个函数的用法:

/* * Copyright (C) [e-mail] */#include <string.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>intmain(int argc, char *argv[]){fprintf(stderr, "EACCES : %s\n", strerror(EACCES));errno = ENOENT;perror(argv[0]);exit(0);}

程序中，将程序名（argv[0]）作为参数传递给perror，这是一个标准的UNIX惯例。这样在程序作为管道线的一部分执行时，就能分清错误信息是由哪个程序产生的。

出错恢复：可将<errno.h>中定义的各种出错分为致命性的和非致命性的两类。对于致命性的错误，无法执行恢复动作，最多只能在用户屏幕上打印一条出错消息，或者将出错消息写入日志文件中，然后终止。但是对于非致命性的出错，有时可以较妥善地处理。这种非致命性的出错在本质上都是暂时的，例如资源短缺。对于与资源相关的非致命性出错，一般动作是延迟一些时间，然后再试。最后，取决于应用程序的开发者，他可以决定哪些错误是可恢复的。如果使用一种从错误中恢复的合理策略，由于避免了应用程序的异常终止，就能改善应用程序的健壮性。

用户标识：

口令文件（/etc/passwd）登录项中的用户ID是个数值，它向系统标识各个不同的用户。内核使用用户ID检验该用户是否具有执行某些操作的权限。

用户ID为0的用户为根用户（root）或超级用户，我们称root用户的特权为超级用户特权。如果一个进程具有超级用户特权，则大多数文件权限检查都不再进行。而且某些系统功能只限于向超级用户提供，超级用户对系统有自由支配权。

组ID：口令文件登录项中也包括用户的组ID，它是一个数值。组被用于将若干用户分到不同的项目组或部门中。这种机制允许同组的各个成员之间共享资源。组文件将组名映射为组ID，通常组文件为/etc/group.

下列程序打印用户ID和组ID：

/* * Copyright (C) [e-mail] */#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>intmain(void){printf("uid = %d, gid = %d\n", getuid(), getgid());exit(0);}

附加组ID：除了在口令文件中对一个登录名指定一个组ID外，大多上UNIX系统版本还允许一个用户属于另外的组。POSIX要求系统至少要支持8个附加组，实际上大多数系统至少支持16个附加组。

信号：

信号是通知进程已经发生某种情况的一种技术。进程如何处理信号有三种选择：

（1）忽略该信号。

（2）按系统默认方式处理。

（3）提供一个函数，信号发生时则调用该函数，这被称为捕捉该信号。

很多情况下会产生信号。在终端键盘上有两种产生信号的方法：中断键（CTRL+C）和退出键（CTRL+\），它们被用来中断当前运行的进程。另一种产生信号的方法是调用名为kill的函数。在一个进程中调用这个函数就可以向另一个进程发送一个信号。但是这样做也有一些限制：当向一个进程发送信号时，我们必须是该进程的所有者或超级用户。

上篇文章编写了一个简单的shell程序，当运行该程序时，按下CTRL+C键，则此进程终止。因为按下中断键会产生SIGINT信号，而我们的程序没有告诉系统内核对该信号如何处理，因此系统按默认方式处理：终止该进程。

接下来的程序对SIGINT信号进行了捕捉，该程序通过调用signal函数来指定当产生SIGINT信号时要调用的函数名。

/* * Copyright (C) [e-mail] */#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <signal.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#define MAX_LINE 128static void sig_int(int);intmain(void){char buf[MAX_LINE];pid_t pid;int status;if (signal(SIGINT, sig_int) == SIG_ERR) {printf("signal error\n");exit(1);}printf("%% ");while (fgets(buf, MAX_LINE, stdin) != NULL) {if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n') {buf[strlen(buf) - 1] = '\0';}if ( (pid = fork()) < 0) {printf("fork error\n");exit(2);} else if (pid == 0) {/* child process */execlp(buf, buf, (char *)0);printf("can't execute %s\n", buf);exit (3);}if (waitpid(pid, &status, 0) < 0) {printf("waitpid error\n");exit (4);}printf("%% ");}exit(0);}voidsig_int(int signo){printf("interrupt\n%% ");}

因为大多数重要的应用程序都将使用信号，后续文章还将进一步学习信号。

时间值：

长期以来，UNIX系统一直使用两种不同的时间值：

（1）日历时间，该值是自1970.1.1 00:00:00以来的国际标准时间（UTC）所经过的秒数累计值。系统的基本数据类型time_t用于保存这种时间值。

（2）进程时间：也被称为CPU时间，用以度量进程使用的中央处理机资源。进程时间以时钟滴答计算。历史上曾取每秒钟为50,60或100个滴答。系统基本数据类型clock_t用于保存这种时间。

用以度量一个进程的执行时间时，UNIX系统使用三个进程时间值：时钟时间，用户CPU时间，系统CPU时间。时钟时间又称为墙上时钟时间，它是进程运行的时间总量，其值与系统同时运行的进程数有关。用户CPU时间是执行用户指令所用的时间。系统CPU时间是为该进程执行内核程序所经历的时间。例如每当一个进程执行一个系统服务时（例如read或write调用），则在内核内执行该服务所花费的时间就计入该进程的系统CPU时间。用户CPU时间和系统CPU时间之和常常被称为CPU时间。

在UNIX中，要获取这三个时间值是很容易的，只要执行命令time，其参数是要度量其执行时间的命令。

系统调用和库函数：

所有操作系统都提供多种服务的入口点，程序由此向内核请求服务。各种版本的UNIX实现都提供定义明确，数量有限，可直接进入内核的入口点，这些入口点被称为系统调用。系统调用接口总是在《UNIX程序员手册》的第2部分中说明。

UNIX所使用的技术是为每个系统调用在标准C库中设置一个具有同样名字的函数。用户进程用标准C调用序列来调用这些函数。而这些函数又用系统所要求的技术调用相应的内核服务。

UNIX程序员手册的的第三部分定义了程序员可以使用的通用函数。虽然这些函数可能会调用一个或多个系统调用，但是它们并不是内核的入口点。例如printf函数会调用write系统调用以输出一个字符串，而atoi则并不要使用任何系统调用。

尽管系统调用和库函数都可以为应用程序提供服务，但是应当理解，必要时我们可以替换库函数，而通常却不能替换系统调用。应用程序可以调用系统调用或者库函数，而很多库函数则会调用系统调用。

系统调用和库函数之间的另一个区别是：系统调用通常提供一种最小接口，而库函数通常提供比较复杂的功能。