软件开发技术探析:从程序到进程

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"这篇文档是关于软件开发技术的综述,涵盖了从可执行文件到进程的转换、软件开发环境、程序效率以及软件开发人员的特质和职业品质。文档还讨论了当前的软件运行和开发平台,包括单机、网络环境的发展趋势,Web应用的构成,以及硬件和通信技术的进步。此外,提到了软件开发人员的性格类型,以ISTJ型为主,并强调了软件开发中的不同角色,如架构师、艺术家、工匠和测试者。" 详细说明: 在软件开发过程中,首先,我们需要了解从程序到可执行文件的转换。编程语言编写的源代码通过编译器转化为机器语言,形成可执行文件。这个过程包括编译、链接等步骤,使得程序能够在特定的硬件平台上运行。可执行文件包含了程序的指令和数据,是软件的实体形式。 然后,从可执行文件到进程的转变发生在操作系统层面。当用户或系统启动一个程序时,操作系统为其分配内存空间,加载可执行文件的内容到内存中,并创建一个进程结构,管理程序的执行。进程中还包括程序计数器、栈、全局变量等组件,以及多个线程用于并发执行。 软件开发环境涉及软件的粒度,可以是单机应用程序、网络应用,或者是跨网络和跨平台的开发。跨平台开发允许软件在不同的操作系统上运行,如Windows、Linux或macOS。这通常通过使用跨平台编程语言(如Java、Python)或特定的开发工具(如Qt、Electron)来实现。 在当前的软件运行环境中,单机和网络硬件的组成越来越复杂,多CPU和虚拟化技术的运用使得服务器能够更高效地处理任务。网络实现了资源共享,如文件、内存和CPU,这依赖于网络协议和操作系统提供的支持。Web应用由浏览器和服务器共同构建,浏览器负责展示用户界面,而服务器处理请求并返回数据。操作系统和中间件为两者提供底层支持。 软件开发方法强调运行效率和维护的便利性,如采用模块化、面向对象的设计原则,以及利用框架和库实现代码重用和解耦。系统软件开发注重性能优化,而应用软件开发除了效率外,还要考虑用户体验和易用性。 在职业品质方面,软件开发人员需要具备多种技能和特质。ISTJ型人格(内向、实感、思考、判断)在该领域较为常见,这种类型的开发者通常严谨、有条理,善于分析问题。软件开发工作在不同阶段要求不同的角色,例如在设计阶段需要有架构思维,在用户界面设计时需要创新和艺术感,编码时需精细操作,而在测试阶段则需严谨和耐心。 硬件和通信技术的快速发展,如多CPU、虚拟化、高性能I/O、嵌入式系统、移动设备以及无线网络,为软件开发提供了更广阔的空间和更高的性能需求,推动着软件行业的持续进步。
2010-01-27 上传
前言 引言 本书说明Unix系统的程序设计界面—系统调用界面和标准C提供的很多函数。这些对编写在Unix系统中运行的程序是非常有帮助的。 与大多数操作系统一样,Unix对程序运行提供了大量的服务—打开文件、读文件、启动一道新程序、分配存储区以及获得当前时间等。这些被称之为系统调用界面(system call interface)。另外,标准C库提供了大量C程序广泛使用的函数(格式化输入变量的值、比较两个字符串等)。 系统调用和库函数系统上由Unix程序员手册中的第2,3部分说明。本书不是这些内容的重复。该手册没有给出实例,也不说明这些界面和函数设计的合理性,而这些则正是本书所要弥补的。 Unix标准 在八十年代出现的大量Unix版本的基础上,八十年代后期开始制定了几个国际标准,包括:C程序设计语言的ANSI标准、IEEE POSIX标准族(还在继续制定)、X/open可移植性指南。 本书也说明这些标准,但是并不只是说明这些标准本身,而是着重说明它们与广泛受到重视的一些实现之间的关系,这些实现主要是系统V版本4,以及将发布的4.4BSD。这样也就提供了一种对现实世界的说明,而这正是标准本身及描述符的文献所缺少的。 本书的组织   本书分成6个部分: 1. 对Unix程序设计概念和术语的概要描述(第一章),以及对各种Unix标准化工作和Unix实现的讨论(第二章)。 2. 不带缓存的I/O(第三章)、文件和目录(第四章、标准I/O库(第五章)以及系统数据文件(第六章)。 3. 进程—Unix进程的环境(第七章)、进程控制(第八章)、进程之间的关系(第九章)以及信号(第十章)。 4. 终端I/O(第十一章)、高级I/O(第十二章)以及精灵进程(第十三章) 5. IPC——进程间通信(第十四、十五章)。 6. 实例—一个数据库的函数库(第十六章)、与Postscrip打印机的通信(第十七章)、调制解调器拨号程序(第十八章)以及使用伪终端(第十九章)。 如果对C语言较熟悉并具有某些应用Unix的经验,那么对阅读本书是非常有益的,但是并不要求读者具有Unix的程序设计经验。本书面向的主要读者是:熟悉Unix的程序员,熟悉某个其它操作系统的程序员,他们希望了解大多数Unix系统提供的各种服务的详细情况。 本书中的实例 本书包含大量实例—大约10000行源代码。所有实例都用ANSL C语言编写。在阅读本书时,你应当有一本你所使用的UNIX系统的Unix程序员手册,关于实施的细节等有时需参考该手册。 对于几乎每一个函数和系统调用,本书都用一个小的完整的程序进行演示。这可以让我们清楚地了解它们的用法,包括参数、返回值等。有些小程序还不是以说明库函数和系统调用的复杂功能和应用技巧,所以本书中也包含了一些较大的实例(第十六、十七、十八和十九章)。 所有实例的源代码文件都可经Internet用匿名ftp取到,其主机站点是ftjp.uu.net,文件名是published/books/stevens.advprog.tar.Z。在你的机器上可对这些源代码进行修改并运行它们。 用于测试实例的系统 不幸的是所有操作系统都在不断变更,Unix也不例外。下图示出了系统V和4.XBSD的最近进展情况。 4.XBSD是由加州大学贝克莱分校计算机系统研究组开发的。该研究组也发布BSD NET1和BSD NET2版,它们包含了4.XBSD系统公众可用源代码。SVRX是AT& T的系统V的简称。XPG3是X/Open可移植性指南的第三次发行本的简称。ANSI C是C程序设计语言的ANSI标准。POSIX.1是Unix类系统界面的IEEE和ISD标准。2.2和2.3节将对这些标准和版本之间的差别作更多说明。 在本书中,用4.3+BSD表示BSD NET2和4.4BSD之间的Unix系统。 在本书写作时,4.4BSD尚未发行,所以不能称一个系统为4.4BSD。尽管为此, 需要一个简单的名字以引用此种系统,在全书中我们用4.3+BSD。 本书中的大多数实例曾在4种Unix系统上运行过,它们是: 1. U.H公司(UHC)的Unix System V/386 Release4.0 Version 2.0。该系统在Intel 80386处理机上运行。 2. 加州大学贝克莱分校计算机科学系(Computer Science Division)计算机系统研究组的4.3+BSD,该系统在一台HP工作站上运行。 3. 贝克莱软件设计公司的BSD/386(是BSD Net2的导出版),该系统在一台Intel 80386处理机系统上运行。该系统几乎与我们称之为4.3+BSD的相同。 4. Sun Microsystems的Sun OS4.1.1和4.1.2(该系统与贝克莱系统有很深的渊源团系,但也包含了很多系统V的特征),这些系统在SPARC工作站SLC上运行。 本书提供了与测试有关的许多时间信息,也说明了用于测试的系统实际系统。 目录 译者序 前言 第1章 UNIX基础知识 1.1 引言 1.2 登录 1.2.1 登录名 1.2.2 shell 1.3 文件和目录 1.3.1文件系统 1.3.2 文件名 1.3.3路径名 1.3.4工作目录 1.3.5起始目录 1.4输入和输出 1.4.1文件描述符 1.4.2标准输入、标准输出和标准出错 1.4.3不用缓存的I/O 1.4.4标准I/O 1.5程序和进程 1.5.1程序 1.5.2进程和进程ID 1.5.3进程控制 1.6 ANSI C 1.6.1 函数原型 1.6.2类属指针 1.6.3原始系统数据类型 1.7 出错处理 1.8 用户标识 1.8.1 用户ID 1.8.2 组ID 1.8.3 添加组ID 1.9 信号 1.10 UNIX时间值 1.11 系统调用和库函数 1.12 小结 习题 第2章 UNIX标准化及实现 2.1 引言 2.2 UNIX标准化 2.2.1 ANSI C 2.2.2 IEEE POSIX 2.2.3 X/Open XPG3 2.2.4 FIPS 2.3 UNIX实现 2.3.1 SVR4 2.3.2 4.3+BSD 2.4 标准和实现的关系 2.5 限制 2.5.1 ANSI C限制 2.5.2 POSIX限制 2.5.3 XPG3限制 2.5.4 sysconf、pathconf和 fpathconf函数 2.5.5 FIPS 151-1要求 2.5.6 限制总结 2.5.7 未确定的运行时间限制 2.6 功能测试宏 2.7 基本系统数据类型 2.8 标准之间的冲突 2.9 小结 习题 第3章 文件I/O 3.1 引言 3.2 文件描述符 3.3 open函数 3.4 creat函数 3.5 close函数 3.6 lseek函数 3.7 read函数 3.8 write函数 3.9 I/O的效率 3.10 文件共享 3.11 原子操作 3.11.1 添加至一个文件 3.11.2 创建一个文件 3.12 dup和dup2函数 3.13 fcntl函数 3.14 ioctl函数 3.15 /dev/fd 3.16 小结 习题 第4章 文件和目录 4.1 引言 4.2 stat,fstat和lstat函数 4.3 文件类型 4.4 设置-用户-ID和设置-组-ID 4.5 文件存取许可权 4.6 新文件和目录的所有权 4.7 access函数 4.8 umask函数 4.9 chmod 和fchomod函数 4.10 粘住位 4.11 chown, fchown和 lchown函数 4.12 文件长度 4.13 文件截短 4.14 文件系统 4.15 link, unlink, remove和 rename 函数 4.16 符号连接 4.17 symlink 和readlink函数 4.18 文件的时间 4.19 utime函数 4.20 mkdir和 rmdir函数 4.21 读目录 4.22 chdir, fchdir和 getcwd函数 4.23 特殊设备文件 4.24 sync和 fsync函数 4.25 文件存取许可权位小结 4.26 小结 习题 第5章 标准I/O库 5.1 引言 5.2 流和FILE对象 5.3 标准输入、标准输出和标准出错 5.4 缓存 5.5 打开流 5.6 读和写流 5.7 每次一行I/O 5.8 标准I/O的效率 5.9 二进制I/O 5.10 定位流 5.11 格式化I/O 5.12 实现细节 5.13 临时文件 5.14 标准I/O的替代软件 5.15 小结 习题 第6章 系统数据文件和信息 6.1 引言 6.2 口令文件 6.3 阴影口令 6.4 组文件 6.5 添加组ID 6.6 其他数据文件 6.7 登录会计 6.8 系统标识 6.9 时间和日期例程 6.10 小结 习题 第7章 UNIX进程的环境 7.1 引言 7.2 main 函数 7.3 进程终止 7.3.1 exit和_exit函数 7.3.2 atexit函数 7.4 命令行参数 7.5 环境表 7.6 C程序的存储空间布局 7.7 共享库 7.8 存储器分配 7.9 环境变量 7.10 setjmp 和longjmp函数 7.10.1 自动, 寄存器和易失变量 7.10.2 自动变量的潜在问题 7.11 getrlimit 和setrlimit函数 7.12 小结 习题 第8章 进程控制 8.1 引言 8.2 进程标识 8.3 fork函数 8.4 vfork 函数 8.5 exit函数 8.6 wait和waitpid函数 8.7 wait3和 wait4函数 8.8 竞态条件 8.9 exec函数 8.10 更改用户ID 和组ID 8.10.1 setreuid 和setregid函数 8.10.2 seteuid和 setegid函数 8.10.3 组ID 8.11 解释器文件 8.12 system函数 8.13 进程会计 8.14 用户标识 8.15 进程时间 8.16 小结 习题 第9章 进程关系 9.1 引言 9.2 终端登录 9.2.1 4.3+BSD终端登录 9.2.2 SVR4终端登录 9.3 网络登录 9.3.1 4.3+BSD网络登录 9.3.2 SVR4网络登录 9.4 进程组 9.5 对话期 9.6 终端控制 9.7 tcgetpgrp 和tcsetpgrp函数 9.8 作业控制 9.9 shell执行程序 9.10 孤儿进程组 9.11 4.3+BSD实现 9.12 小结 习题 第10章 信号 10.1 引言 10.2 信号的概念 10.3 signal函数 10.3.1 程序起动 10.3.2 进程创建 10.4 不可靠的信号 10.5 中断的系统调用 10.6 可再入函数 10.7 SIGCLD语义 10.8 可靠信号术语和语义 10.9 kill 和raise函数 10.10 alarm和 pause函数 10.11 信号集 10.12 sigprocmask 函数 10.13 sigpending函数 10.14 sigaction函数 10.15 sigsetjmp 和siglongjmp函数 10.16 sigsuspend函数 10.17 abort函数 10.18 system 函数 10.19 sleep函数 10.20 作业控制信号 10.21 其他特征 10.21.1 信号名字 10.21.2 SVR4信号处理程序的附加参数 10.21.3 4.3+BSD信号处理程序的附加参数 10.22 小结 习题 第11章 终端I/O 11.1 引言 11.2 综述 11.3 特殊输入字符 11.4 获得和设置终端属性 11.5 终端选择标志 11.6 stty命令 11.7 波特率函数 11.8 行控制函数 11.9 终端标识 11.10 规范方式 11.11 非规范方式 11.12 终端的窗口大小 11.13 termcap, terminfo和 curses 11.14 小结 习题 第12章 高级I/O 12.1 引言 12.2 非阻塞I/O 12.3 记录锁 12.3.1 历史 12.3.2 fcntl记录锁 12.3.3 锁的隐含继承和释放 12.3.4 4.3+BSD的实现 12.3.5 建议性锁和强制性锁 12.4 流 12.4.1 流消息 12.4.2 putmsg和 putpmsg函数 12.4.3 流ioct1操作 12.4.4 write至流设备 12.4.5 写方式 12.4.6 getmsg和 getpmsg函数 12.4.7 读方式 12.5 I/O多路转接 12.5.1 select函数 12.5.2 poll函数 12.6 异步I/O 12.6.1 SVR4 12.6.2 4.3+BSD 12.7 readv和writev函数 12.8 readn和 writen函数 12.9 存储映射I/O 12.10 小结 习题 第13章 精灵进程 13.1 引言 13.2 精灵进程的特征 13.3 编程规则 13.4 出错记录 13.4.1 SVR4流log驱动程序 13.4.2 4.3+BSD syslog设施 13.5 客户机-服务器模型 13.6 小结 习题 第14章 进程间通信 14.1 引言 14.2 管道 14.3 popen和 pclose函数 14.4 协同进程 14.5 FIFO 14.6 系统V IPC 14.6.1 标识符和关键字 14.6.2 许可权结构 14.6.3 结构限制 14.6.4 优点和缺点 14.7 消息队列 14.8 信号量 14.9 共享存储 14.10 客户机-服务器属性 14.11 小结 习题 第15章 高级进程间通信 15.1 引言 15.2 流管道 15.3 传送文件描述符 15.3.1 SVR4 15.3.2 4.3BSD 15.3.3 4.3+BSD 15.4 open服务器第1版 15.5 客户机-服务器连接函数 15.5.1 SVR4 15.5.2 4.3+BSD 15.6 open服务器第2版 15.7 小结 习题 第16章 数据库函数库 16.1 引言 16.2 历史 16.3 函数库 16.4 实现概述 16.5 集中式或非集中式 16.6 并发 16.6.1 粗锁 16.6.2 细锁 16.7 源码 16.8 性能 16.8.1 单进程的结果 16.8.2 多进程的结果 16.9 小结 习题 第17章 与PostScript打印机通信 17.1 引言 17.2 PostScript通信机制 17.3 假脱机打印 17.4 源码 17.5 小结 习题 第18章 调制解调器拨号器 18.1 引言 18.2 历史 18.3 程序设计 18.4 数据文件 18.5 服务器设计 18.6 服务器源码 18.7 客户机设计 18.7.1 终端行规程 18.7.2 一个进程还是两个进程 18.8 客户机源码 18.9 小结 习题 第19章 伪终端 19.1 引言 19.2 概述 19.2.1 网络登录服务器 19.2.2 script程序 19.2.3 expect程序 19.2.4 运行协同程序 19.2.5 观看长时间运行程序的输出 19.3 打开伪终端设备 19.3.1 SVR4 19.3.2 4.3+BSD 19.4 pty_fork函数 19.5 pty程序 19.6 使用pty程序 19.6.1 utmp文件 19.6.2 作业控制交互 19.6.3 检查长时间运行程序的输出 19.6.4 script程序 19.6.5 运行协同进程 19.6.6 用交互模式驱动交互式程序 19.7 其他特性 19.7.1 打包模式 19.7.2 远程模式 19.7.3 窗口大小变化 19.7.4 信号发生 19.8 小结 习题 附录A 函数原型 附录B 其他源代码 附录C 习题答案 参考书目