距离上一次利用高并发技术实现360度行车记录仪功能已经过去挺久了。着手写一系列关于系统编程和网络编程内容进行总结回顾。
       温故而知新，希望大家给出指点建议。

Linux系统编程

1. [Linux系统编程]文件IO（一）

2. [Linux系统编程]进程（二）

3. [Linux系统编程]信号（三）

4. [Linux系统编程]守护进程/线程(四)

5. [Linux系统编程]线程同步（五）

6. [Linux系统编程]进程通信-消息队列(六)

7. [Linux系统编程]进程通信-共享内存（七）

8. [Linux系统编程]makefile项目管理（八）

9. [Linux系统编程]gdb调试（九）

Linux网络编程

1. [Linux网络编程]Socket套接字

2. [Linux网络编程]高并发-Select模型

3. [Linux网络编程]高并发-Epoll模型

4. [Linux网络编程]线程池的封装（结构体方式）

5. [Linux网络编程]环形共享内存的设计

6. [Linux网络编程]线程池的封装（类的方式）

7. [Linux网络编程]sqlite3的介绍和使用+实例

8. [Linux网络编程]图片的发送和接收

9. [Linux网络编程]Nginx入门学习

10. [Linux网络编程]多路IO复用【Epoll Select】问题补充
    等待完成部分

11. 数据加密 心态包的处理

12. …

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00. 目录

01. 系统调用概述

系统调用顾名思义，说的是操作系统提供给用户程序调用的一组“特殊”接口。用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的服务，比如用户可以通过文件系统相关的调用请求系统打开文件、关闭文件或读写文件，可以通过时钟相关的系统调用获得系统时间或设置定时器等。

从逻辑上来说，系统调用可被看成是一个内核与用户空间程序交互的接口——它好比一个中间人，把用户进程的请求传达给内核，待内核把请求处理完毕后再将处理结果送回给用户空间。

系统服务之所以需要通过系统调用来提供给用户空间的根本原因是为了对系统进行“保护”，因为我们知道 Linux 的运行空间分为内核空间与用户空间，它们各自运行在不同的级别中，逻辑上相互隔离。所以用户进程在通常情况下不允许访问内核数据，也无法使用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间函数。比如我们熟悉的“hello world”程序（执行时）就是标准的用户空间进程，它使用的打印函数 printf 就属于用户空间函数，打印的字符“hello word”字符串也属于用户空间数据。

但是很多情况下，用户进程需要获得系统服务（调用系统程序），这时就必须利用系统提供给用户的“特殊接口”——系统调用了，它的特殊性主要在于规定了用户进程进入内核的具体位置；换句话说，用户访问内核的路径是事先规定好的，只能从规定位置进入内核，而不准许肆意跳入内核。有了这样的陷入内核的统一访问路径限制才能保证内核安全无误。我们可以形象地描述这种机制：作为一个游客，你可以买票要求进入野生动物园，但你必须老老实实地坐在观光车上，按照规定的路线观光游览。当然，不准下车，因为那样太危险，不是让你丢掉小命，就是让你吓坏了野生动物。

02. 系统调用实现

系统调用是属于操作系统内核的一部分的，必须以某种方式提供给进程让它们去调用。CPU 可以在不同的特权级别下运行，而相应的操作系统也有不同的运行级别，用户态和内核态。运行在内核态的进程可以毫无限制的访问各种资源，而在用户态下的用户进程的各种操作都有着限制，比如不能随意的访问内存、不能开闭中断以及切换运行的特权级别。显然，属于内核的系统调用一定是运行在内核态下，但是如何切换到内核态呢？

答案是软件中断。软件中断和我们常说的中断（硬件中断）不同之处在于，它是通过软件指令触发而并非外设引发的中断，也就是说，又是编程人员开发出的一种异常（该异常为正常的异常）。操作系统一般是通过软件中断从用户态切换到内核态。

中断有两个重要的属性，中断号和中断处理程序。中断号用来标识不同的中断，不同的中断具有不同的中断处理程序。在操作系统内核中维护着一个中断向量表（Interrupt Vector Table），这个数组存储了所有中断处理程序的地址，而中断号就是相应中断在中断向量表中的偏移量。更多详细说明请看《系统调用的实现原理》。

03. 系统调用和库函数的区别

Linux 下对文件操作有两种方式：系统调用（system call）和库函数调用（Library functions）。

库函数由两类函数组成:

1) 不需要调用系统调用

不需要切换到内核空间即可完成函数全部功能，并且将结果反馈给应用程序，如strcpy、bzero 等字符串操作函数。

2）需要调用系统调用

需要切换到内核空间，这类函数通过封装系统调用去实现相应功能，如 printf、fread等。

系统调用是需要时间的，程序中频繁的使用系统调用会降低程序的运行效率。当运行内核代码时，CPU工作在内核态，在系统调用发生前需要保存用户态的栈和内存环境，然后转入内核态工作。系统调用结束后，又要切换回用户态。这种环境的切换会消耗掉许多时间。

库函数访问文件的时候根据需要，设置不同类型的缓冲区，从而减少了直接调用 IO 系统调用的次数，提高了访问效率。缓冲区详情请看《浅谈标准I/O缓冲区》。

这个过程类似于快递员给某个区域（内核空间）送快递一样，快递员有两种方式送：

1. 来一件快递就马上送到目的地，来一件送一件，这样导致来回走比较频繁（系统调用）

2. 等快递攒着差不多后（缓冲区），才一次性送到目的地（库函数调用）

04. 附录

参考:【Linux】一步一步学Linux系统编程教程汇总

第三章 系统编程概念

1、系统调用的概念：
用户通过系统调用来进入到linux内核中，可以利用应用程序编程接口（API）的形式来访问系统提供的服务。其中包括创建新的进程、执行I/O、为进程间通信创建管道等。

2、用户态进行系统调用情况：
用户通过调用glibc库中的外壳函数来发起系统调用。
外壳函数会将系统调用所需参数传入到特定的寄存器內；系统调用进入内核的方式都是一样的。
内核为了区分要调用哪一个系统操作，所以使得外壳函数将需要使用的系统调用编号也要存放到相应的cpu寄存器中（%eax）。
系统调用完毕会返回给外壳函数一个值来表明调用结果，然后外壳函数利用返回值来设置全局变量errno。然后，外壳函数会返回调用程序，并返回一个整型值来表明系统调用是否成功。
在linux上，系统调用的惯例是调用成功返回非负值。发生错误时，将相对应的errno常量取反再返回。外壳函数会对其再次取反，并将结果拷贝到errno中，同时以-1作为外壳函数的返回值返回，向调用程序表明有错误发生。
系统调用的开销小，但系统在用户态与核心态之间的切换耗时较长，不如直接使用库函数。

3、库函数：
库函数有的可以不使用任何系统调用，而有的则建立在系统调用之上。例如，库函数fopen()就利用系统调用open()来执行打开文件的实际操作。标准c语言函数库：glibc。在ubuntu上可以使用 ldd –version 来查看自己的glibc版本号。

4、处理错误：
几乎每个系统调用和库函数都会返回某类状态值，用来表明调用是否成功。要了解调用是否成功，必须要对状态值进行检查。如果调用失败，必须作出响应，至少要将错误信息显示出来，警示有错误发生。不然少敲几行代码的代价就是浪费大量的程序调试时间。
每个系统调用的手册页记录有调用可能的返回值，并指出了哪些值表示错误。通常，返回值为-1表示出错。因此，需要对系统调用的返回值进行检查。：

fd=open(pathname,flags,mode);  /*系统调用去打开一个文件*/
if(fd==-1){
    /*判断系统调用的返回值，返回-1则发现系统调用出错
    如果发现系统调用失败，则进行解决错误方案*/
}
...
if(close(fd)==-1)
{
    /*判断系统调用的返回值，返回-1则发现系统调用出错
    如果发现系统调用失败，则进行解决错误方案*/
}

系统调用失败时，会将全局整型变量errno设置为一个正值，用来表示具体的错误。
程序应包含相应的头文件，该文件提供了对errno的声明，以及一组针对各种错误编号而定义的常量。所有这些错误的符号名都以字母E开头。
利用errno诊断系统调用错误的一个简单示例：

#include <errno.h>  //要调用errno，就必须要包含该头文件
cnt=read(fd,buf,numbytes);
if(cnt==-1){
    if(errno=EINTR)
        fprint(stderr,"read was interrupted by a signal\n");
    }else{
        /*一些其他的错误发生了*/
    }

如果调用系统调用和库函数成功，errno绝对不会被重置为0。
在进行错误检查是，必须坚持首先检查函数的返回值是否表明调用出错，然后再检查errno确定错误原因。而一些特殊的系统调用（会在调用成功时，仍然返回-1），在判断这类系统调用是否发生错误时，应在调用前将errno置为0，并在调用后对其进行检查。
系统调用失败后，常见的做法之一就是根据errno值打印错误消息。提供的库函数perror()和strerror()就是为了打印错误消息。
函数perror()会打印出其msg参数所指向的字符串，紧跟一条与当前errno值相对应的消息。

#include <stdio.h>
void perror(const char * msg);

函数strerror()会针对其errnum参数中所给定的错误号，返回响应的错误字符串。

#include<string.h>
char *strerror(int errnum);
returns pointer to error string corresponding to errnum

两个函数的调用示例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>


int main ()
{
   FILE *fp;

   /* 首先重命名文件 */
   rename("file.txt", "newfile.txt");

   /* 现在让我们尝试打开相同的文件 */
   fp = fopen("file.txt", "r");
   if( fp == NULL ) {
       /*用来输出错误的编号*/
       printf("errno is: %d\n",errno); 
        /*输出错误编号相对应的信息*/
        printf("errno is: %s\n",strerror(errno));
       strerror(errno);
       /*输出字符串，并返回相应错误的信息*/
      perror("Error: ");
      return(-1);
   }
   fclose(fp);

   return(0);
}

以上代码调用显示的结果为
运行结果1：

运行结果2：

截取其他示例：

由于strerror()所返回的字符串可以是静态分配的，这意味着后续对strerror()的调用可能会覆盖该字符串。
如果无法识别errnum所含的错误编号，则strerror()会返回“Unkonwn error nnn”形式的字符串。在这种情况下，strerror()也有可能返回NULL。
处理来自库函数的错误时：
不同的库函数在调用发生错误时，返回的数据类型和值也可能不一样。从处理方式来看，可分为一下几类：
1）某些库函数返回错误信息的方式与系统哦你调用完全相同，——发生错误返回-1，并伴以errno来表示具体的错误。例如remove()函数。对于此类的函数的处理方式与系统调用完全相同。
2）某些库函数在出错时会返回-1之外的其他值，但仍会设置errno来表明具体的出错情况。例如，fopen()在出错时会返回一个NULL指针，但还会根据出错的具体底层系统调用来设置errno。那么就还可以使用perror()和strerror()来诊断此类错误。
3）有些函数发生错误时不会使用errno。那么确定错误存在与否和它的起因的方法就要随函数来具体设定。