For Understanding Unix/Linux Programming

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cp : 实现bash中的cp(copy)命令

命令用法：$cp srcfile targetfile 如果targetfile所指定的文件不存在，cp就创建这个文件；如果文件已经存在则覆盖，targetfile的内容与srcfile相同。

1. 程序流程：

  open sourcefile for reading
  open copyfile for writing
  +->read from source to buffer -- eof?-+
  |				                        |
  -- write from buffer to copyfile	    |
  					                    |
  	  close sourcefile <----------------+
 	  close copyfile

用户态的进程是不能访问内核空间的，否则就会出现segmentfault，因为没有访问权限，所以处于内核态的用户进程需要将数据拷贝到用户空间，这是系统调用开销大原因之一。

扯一句，在网络编程模型中，为什么epoll比select/poll效率高，其中一个原因就是epoll减少了fd集合的拷贝。(* 先挖两个坑，syscall和epoll相关知识将将用两篇博文来整理一下*)

另一个导致syscall开销大的的原因是：运行环境的切换。用户进程(cp)位于用户空间，内核位于系统空间，cp所要操作的文件是位于磁盘中的，而磁盘等设备只能被处于特权级(ring 0)的进程直接访问，即处于内核态的进程才可以访问。用户进程要想获得特权级，需要陷入内核态，可以通过系统调用来实现。具体到cp命令就通过调用read和write等syscall使得执行权从用户代码转换到内核代码，这种切换是需要时间的。 当运行内核代码时，cpu工作在特权级(ring 0)，此时，内核代码使用内核空间中的堆栈和内存环境(内核空间)，这些需要在内核代码执行前准备好，系统调用结束后(read返回时)，cpu又需要切换到用户模式。 有一个形象的例子来说明这种切换的开销：超人-普通人之间切换：换衣服开销

2. 利用缓存提升程序效率

a. 应用缓冲技术

先看这样一个生活场景：我们需要煎3个荷包蛋，每次取超市买一个鸡蛋，回家煎好后再去超市买一个。显然，这是很低效的做法，完全可以一次性买3个鸡蛋再煎荷包蛋。

cp命令也是做类似的事情：超市里的购物车对应于缓存，鸡蛋对应于源文件内容，荷包蛋对应于目标文件。cp要做的就是一次性尽可能多的将源文件中的内容拷贝到缓存文件中，再将缓存中文件拷贝到目标文件中，从而减少read和write调用的次数。

综上，应用缓存的主要思想是一次读入大量的数据放入缓冲区中，需要的时候从缓冲区中取得数据。

b. 内核缓冲技术

上述的应用缓冲技术是为了减少系统调用的次数，从而提高程序的效率。I/O调用比系统调用还要慢，能直接操作外设的只有内核态程序，所以可以利用内核缓冲技术来较少I/O调用的次数。

具体到cp程序：内核将磁盘上的数据块复制到内核缓冲区，当一个用户空间的进程需要从磁盘上读取数据时，是将内核缓冲区中的数据块复制到进程的缓冲区中的。

当进程所需的数据块不在内核缓冲区时，该数据块加入请求数据列表中，并挂起进程。一段时间后，内核把相应数据块从磁盘读到内核缓冲区，然后再把数据复制到进程缓冲区中，最后唤醒被挂起的进程。

所以，read是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区，write把数据从进程过程区写到内核缓冲区而并非直接写入到磁盘中，这么做的目的是减少I/O提高效率，但也会带来弊端，如,断电导致数据丢失。

在Linux系统中，为了加快数据的读取速度，默认的情况下，某些已经加载内存中的数据将不会直接被写回硬盘，而是先缓存在内存当中，如果一个数据被你重复的改写，那么由于他尚未被写入硬盘中，因此可以直接由内存当中读取出来，在速度上一定是快上相当多的！不过，如此一来也造成些许的困扰，那就是万一你的系统因为某些特殊情况造成不正常关机，由于数据尚未被写入硬盘当中，这个时候就需要sync这个命令来进行数据的写入动作,shutdown/reboot/halt等命令均已经在关机前自动执行了sync命令。

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ls : 实现bash中的ls(list files)命令

ls1.c

主要步骤:

DIR dir = opendir(const char *)
readdir(dir)
printf(dirent->d_name)
closedir(dir)

程序运行结果：

.
..
a.out
fileinfo.c
ls1.c
ls2.c
README.md

ls2.c

增加显示文件的属性，属性信息可以通过stat函数获得。

drwxr-xr-x   7      cy   staff     238Jan 18 15:54.
drwxr-xr-x   9      cy   staff     306Jan 18 15:48..
-rwxr-xr-x   1      cy   staff    9640Jan 18 15:54a.out
-rw-r--r--   1      cy   staff    3010Aug 30 00:34fileinfo.c
-rw-r--r--   1      cy   staff    1735Aug 30 10:08ls1.c
-rw-r--r--   1      cy   staff    3853Aug 30 10:45ls2.c
-rw-r--r--   1      cy   staff     313Jan 17 14:40README.md

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more : 实现bash中的more命令

read and print 24 lines then pause for a few special commands

+----> show 24 lines form inputs
| +--> print [more?] message
| |    Input Enter,SPACE,or q
| +--- if Enter, advance one line
+----- if SPACE
       if q --> exit