Linux网络编程入门：从模型到实践

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"《Linux网络编程》是一本深入讲解Linux网络编程的高清PDF书籍，主要针对Linux操作系统下的网络功能进行详细探讨。该书共分为多个章节，从Linux的起源和发展，到其在计算机系统中的核心地位，再到具体的UNIX/Linux模型、进程管理和通信机制。首先，第一章概述了网络的历史，介绍了OSI模型、Internet体系模型以及客户/服务器模型。它还讲述了Linux的发展历程，包括Linux的诞生背景（如GNU计划和Linux内核的结合），以及其独特的特点，如开放源码、硬件适应性和丰富的软件生态系统。章节中还讨论了选择Linux的原因，强调了其在业界的广泛应用。第二章深入剖析UNIX/Linux的基本结构，包括输入输出系统和进程管理。文件系统和标准输入/输出库是基础，进程则是操作系统的核心组成部分，这一章详细介绍了进程的建立、运行、控制以及其属性，如PID、组ID、环境变量等。进程控制是后续章节的重点，通过实例展示了如何创建、运行和控制进程，包括进程的终止、同步、守护进程的使用，以及进程间的通信方式。例如，信号机制被作为进程间通信的一种手段，书中详细讲解了信号的发送、处理、复位和系统调用的应用。此外，还有对管道（包括普通管道和有名管道）的创建和使用的示例，这些都是实现进程间通信的重要工具。《Linux网络编程》不仅涵盖了Linux网络编程的基础知识，还深入剖析了关键的系统编程技巧和实践应用，适合对Linux网络开发感兴趣的读者学习，无论是初学者还是进阶开发者都能从中获益匪浅。"

- 10 - Linux 网络编程

成了产品。在同一时期有三个小组将 UNIX 移植到不同的机器上。Steve Johnson 和 Dennis

Ritchie 将 UNIX 移植到一台 Interdata 8/32 机器上。澳大利亚的 Wollongong 大学的 Richard

Miller 和同事们将 UNIX 移植到一台 Interdata 7/31 上。Tom Lyon 和其在普林斯顿（Princeton）

的助手们完成了到 VM/370 的移植。每次移植都干的十分漂亮。具体点，所有这三台机器

都与 PDP-11 有显著的差异。事实上，这正是问题之所在。许多操作系统都没有被设计为

能在多种机器上跑。类似地，许多机器又为了某种特定的操作系统而设计。例如，如果硬

件能完成进程之间的保护，操作系统利用这功能就很有意义了。

UNIX 很快被移植到其它类型的 PDP-11 上。每个都有些很有趣的功能且不断地加大了

UNIX 可支持硬件的复杂度（这些功能包括浮点处理器，可写微码，内存管理和保护，分

离的命令和数据空间等等）。然而，PDP-11 系列很明显地都是基于 16 位地址空间的，所有

的程序都实现于 64Kb 的大小。很滑稽的是这到促进了小程序的编写。有了支持合作进程

的管道以及 exec()之后，通过它们将几个小的应用连接一个大的应用。这是 UNIX 编程的

一个特点，也许我们要感谢 PDP-11 有限的地址空间。UNIX 被移植到 IBM 的 Series1 小型

机上（尽管有人认为这好比是将物质与反物质结合在一起）。 Series1 有与 PDP-11 相同的字

大小，但它的字节是颠倒的。因此当系统初次启动时它打印出来的是“NUXI”而不是：

“UNIX”。从那时起，“NUXI”问题就成了字节顺序问题的代名词。

1977 年，加利福尼亚伯克利分校（the University of California, Berkeley）的计算机科

学系开始发行他们的 Pascal 解释器。其中还包括了一些新的设备驱动程序，对核心的修改，

ex 编辑器，和一个比 V6 的 Shell 更好用的 Shell（“Pascal Shell”）。这就是所谓的 1BSD（1st

Berkeley Software Distribution）。

1.4.3 1979 – UNIX 第七版

1979 年 UNIX 的第七版发行了。Version 7 包括了一个完整的 K&R C 编译器，它首次

包括了强制类型转换，联合和类型定义。系统还提供了一个更为复杂的 Shell（称为“sh”

或“Bourne shell”，取自它的作者之一，Stephen Bourne）。系统支持更大的文件。由于不

懈的努力移植的结果，核心更加鲁棒，系统有了更多的外设驱动程序。

第七版的程序员手册以达到了大约 400 页（仍然可以很合适地装在一卷里）。 UNIX 的

其它读物则成为了第二和第三卷，大约各有 400 页。

在贝尔实验室，John Reiser 和 Tom London 将 V7 UNIX 移植到了 VAX 机上。这次移

植称为 UNIX32V。在某种程度上，VAX 是一个大一点的 PDP-11，按这样的理解移植工作

相对容易些。为了让 UNIX 快速移植和跑得快点，VAX 上的特殊硬件功能（换页）被忽略

了。虽然如此，由于 VAX 比 PDP-11 有了相当大的地址空间（4Gb），不带换页功能的 UNIX

仍旧在实验室里广为流传，且用了好一段时间。伯克利也获得了该版本并作为进一步研究

的基础。

Whitesmith 是第一个商业 C 编译器供应商。不幸的是由于在许可证问题上不够明确，

C 编译器的库函数不得不故意使用不兼容的函数名和参数规范。之后，C 语言的用户接口

（函数名）被裁决为不能拥有版权，现在 Whitesmith 的 C 与 UNIX 兼容了。

第 1 章概论 - 11 -

1.4.4 UNIX 仅仅是历史吗?

UNIX 仅仅是历史吗? 不，UNIX 就在这。IDC（International Data Corporation）报导，

1985 年 UNIX 的市场大约价值$3.6 billion。全世界大约有 6%的预算是花在计算机上的。

根据 1987 年 12 月发行的 UNIX WORLD，该年度有大约$5.5 billion 花在 UNIX 系统上，

其中 10%是花在人员方面。IDC 估计该年度全世界有大约 8%的预算是用于计算机的。Novon

研究组宣称 1987 年间有大约 300,300 套 UNIX 系统出售。在使用的 UNIX 系统达 750,000

套。估计有 4.5 billion 的 UNIX 用户，而且用户花在 UNIX 上的机时高于 DOS 的。

预计 1990 年将销售的 UNIX 系统达 450,000 套，大部分是商业用途。到 1991 年, UNIX

市场将占整个计算机市场的 20%，而且还将不断地持续增涨。很清楚，UNIX 是成功的一

例。Dennis 和 Ken 曾说：“UNIX 的成功并不是过分依赖于新的创意，更重要的是她是从

一组丰富的概念中精选并充分发掘的产物。”这可能不是人们问 UNIX 为什么如此成功所

期望得到的答案。不管怎样，不断增涨的 UNIX 发行数目和 UNIX 持续的健康发展是惊人

的。

1.5 Linux 的发展

在迅猛发展的国际互联网上，有这样一群人，他们是一支由编程高手，业余计算机玩

家，黑客们组成的奇怪队伍，完全独立地开发出在功能上毫不逊色于微软的商业操作系统

的一个全新的免费 UNIX 操作系统——Linux（发音为 Li-nucks），成为网络上一支不可小

视的力量，以不到四年的微薄资格就成为微软的一个强劲对手。据很不精确的统计，全世

界使用 Linux 操作系统的人已经有数百万之多，而且绝大多数是在网络上使用的。而在中

国，随着 Internet 大潮的卷入，一批主要以高等院校的学生和 ISP（Internet Service Provider）

的技术人员组成的 Linux 爱好者队伍也已经蓬蓬勃勃地成长起来，可以说在中国，随着网

络的不断普及，免费而性能优异的 Linux 操作系统必将发挥出越来越大的作用。

Linux 是什么？按照 Linux 开发者的说法，Linux 是一个遵循 POSIX 标准的免费操作

系统，具有 BSD 和 SYSV 的扩展特性（表明其在外表和性能上同常见的 UNIX 非常相象，

Torvalds 先生（Linus.Torvalds@Helsinki.FI）和其他开发人员，并且遵循 GPL 声明（GNU

General Public License）。

Linux 可以在基于 Intel 386，486，Pentium，PentiumPro，Pentium MMX，PentiumII

型处理器以及 Cyrix，AMD 的兼容芯片（如 6x86，K6 等芯片）的个人计算机上运行，它

可以将一台普通的个人电脑立刻变成一台功能强劲的 UNIX 工作站，在 Linux 上可以运行

大多数 UNIX 程序：TEX，X Window 系统，GNU 的 C/C++编译器。它让用户端坐家中就

可以享受 UNIX 的全部威力。如今有越来越多的商业公司采用 Linux 作为操作系统，例如

科学工作者使用 Linux 来进行分布式计算，ISP 使用 Linux 配置 Intranet 服务器，电话拨号

服务器等网络服务器，CERN（西欧核子中心）采用 Linux 做物理数据处理，美国 98 年 1

月最卖座的影片《泰坦尼克号》的片中计算机动画的设计工作就是在 Linux 平台下进行的。

更有趣的是去年 InfoWorld 把年度最佳技术支持奖颁给了 Linux，给批评自由软件没有良好

服务的人好好地上了一课。越来越多的商业软件公司宣布支持 Linux。在国外的大学中很

- 12 - Linux 网络编程

多教授用 Linux 来讲授操作系统原理和设计。当然对于大多数用户来说最重要的一点是，

现在我们可以在自己家中的计算机上进行 UNIX 编程，享受阅读操作系统的全部源代码的

乐趣了！

1.5.1 Linux的发展历史

如果以人类的年龄来算的话，Linux 还是一个没有上学的七岁小娃娃。1991 年 8 月一

位来自芬兰赫尔辛基大学的年轻人 Linus Benedict Torvalds，对外发布了一套全新的操作系

统。事情的缘起是这样的：为了实习使用著名的计算机科学家 Andrew S. Tanenbaum 开发

的 Minix（一套功能简单，简单易懂的 UNIX 操作系统，可以在 8086 上运行，后来也支持

80386，在一些 PC 机平台上非常流行）， Linus 购买了一台 486 微机，但是他发现 Minix 的

功能还很不完善，于是他决心自己写一个保护模式下的操作系统，这就是 Linux 的原型。

最开始的 Linux 是用汇编语言编写的。主要工作是用来处理 80386 保护模式

1991 年 10 月 5 日，Linus 发布了 Linux 的第一个“正式”版本： 0.02版，现在 Linus

可以运行 bash（GNU 的一个 UNIX shell 程序）， GCC（GNU 的 C 编译器），它几乎还是什

么事情也做不了，但是它被设计成一个黑客的操作系统，主要的注意力被集中在系统核心

的开发工作上了，没有人去注意用户支持，文档工作，版本发布等等其他东西。

最开始的 Linux 版本被放置到一个 FTP 服务器上供大家自由下载，FTP 服务器的管理

员认为这是 Linus 的 Minix，因而就建了一个 Linux 目录来存放这些文件，于是 Linux 这个

名字就传开了，如今已经成了约定俗成的名称了。

然后这个娃娃操作系统就以两个星期出一次新的修正版本的速度迅速成长，在版本 0.03

之后 Linus 将版本号迅速提高到 0.10，这时候更多的人开始在这个系统上工作。在几次修

正之后 Linus 将版本号提高到 0.95，这表明他希望这个系统迅速成为一个“正式”的操作

系统，这时候是 1992 年，但是直到一年半之后，Linux 的系统核心版本仍然是 0.99.p114，

已经非常接近 1.0 了。

Linux 终于在 1994 年的 3 月 14 日发布了它的第一个正式版本 1.0 版，而 Linux 的讨论

区也从原来的 comp.os.minix 中独立成为 alt.os.linux，后来又更名为 comp.os.Linux。这是

USENET 上有名的投票表决之一，有好几万用户参加了投票。后来由于使用者越来越多，

讨论区也越来越拥挤又不得不再细分成 comp.os.linux.*，如今已经有十几个讨论组了，这

还不把专门为 Redhat Linux 和 Debian Linux 设的讨论组计算在内。这个讨论组也是 USENET

上最热闹的讨论组之一，每天都有数以万计的文章发表。

目前 Linux 已经是一个完整的类 UNIX 操作系统了。其最新的稳定核心版本号为

2.2.11。

Linux 的吉祥物，是一只可爱的小企鹅（起因是因为 Linus 是芬兰人，因而挑选企鹅作

为吉祥物）。

说到这里，就不得不说一下同 Linux 密切相关的 GNU 了，如果没有 GNU，Linux 也

许不会发展得这么快，可是如果没有 Linux，GNU 也不会有如今这么巨大的影响力。

1.5.2 什么叫 GNU？

GNU 就是 GNU's Not Unix 的缩写，GNU 的创始人 Stallman 认为 UNIX 虽然不是最

第 1 章概论 - 13 -

好的操作系统，但是至少不会太差，而他自信有能力把 UNIX 不足的地方加以改进，使它

成为一个优良的操作系统，就是名为 GNU的一个同 UNIX 兼容的操作系统，并且开发这

个系统的目的就是为了让所有计算机用户都可以自由地获得这个系统。任何人都可以免费

地获得这个系统的源代码，并且可以相互自由拷贝。因而在使用 GNU 软件的时候我们可

名的 Copyleft（相对于版权的英文 Copyright），就是用户获得 GNU 软件后可以自由使用和

修改，但是用户在散布 GNU 软件时，必须让下一个用户有获得源代码的权利并且必须告

知他这一点。这一条看似古怪的规定是为了防止有些别有用心的人或公司将 GNU 软件稍

加修改就去申请版权，说成是自己的产品。其目的就是要让 GNU 永远是免费和公开的。

GNU 是谁发起的？ GNU 是由自由软件基金会（Free Software Foundation，FSF）的

董事长 Richard M. Stallman （RMS）于 1984 年发起的，如今已经有十几年的历史了。Stallman

本来是在美国麻省理工学院的人工智能实验室从事研究工作的研究员，同时也是世界上可

数的几个顶尖程序员之一，他的最著名的作品也是 GNU 的第一个软件就是 GNU Emacs，

UNIX 平台上的一个编辑器。这个软件推出后受到广大 UNIX 用户的热烈欢迎，由于它同

时提供源代码，大家都热心地替它排除错误，增加功能，它的功能越来越强大，终于成为

UNIX 平台上最好的编辑器，上至 CRAY 超级计算机，下至最普遍的 PC 机，从 DOS 到

Windows，从 VMS 到 UNIX 都可以使用这个 Emacs。受到这个软件成功的鼓励，Stallman

成立了自由软件基金会，以推广 GNU 计划。基金会成立之后，主要靠一些厂家的捐献和

出售 GNU 程序的使用手册，以及拷贝 GNU 软件的电脑磁带和光盘来维持，不过许多硬件

厂家开始基金会提供高性能的工作站，这其中包括 HP 和 SONY，AT&T 这样的国际性大

公司。

1.5.3 Linux 的特色

Linux 具有以下的特色：

1．多工系统——同时执行多个进程。

2．多人使用——同一部机器可供多人同时使用。

3．须在 386 protected mode 下执行。

4．采用保护模式的方式执行各个进程, 所以个别的进程失控不会造成系统死机。

5．Linux 在磁盘上只读取程序中实际用到的部份（动态联结 dynamic linking）。

6．各程序可使用 copy-on-write pages 上的资料，意即多个程序可以使用同一块内存区。

最初几个程序共用一块内存区域，但当某个程序尝试写入这段内存时, 该 page（4KB）就

被拷贝一份到别的地方, 以後该程序的那 4KB 就指向新的 page。如此一来可增加速度并减

少内存的使用。

7．Linux 可使用虚拟内存，但须在硬盘上规划一块区域作置换用的 partition。

8．Linux 符合 POSIX 定义, 原代码与 System V、及一部份的 BSD 和 SVR4 完全兼容。

9．透过 iBCS2 模拟可执行大部份 SCO UNIX、SVR3、SVR4 的程序。

10．所有的原代码都是可免费获得的，包括所有的核心程序、驱动程序、发展工具程

序、使用者的程序。目前尚有些商用程序提供给 Linux 的使用者使用，但并无附上原代码。

11．支持多国语言键盘且易新增。

12．多重虚拟的 consoles——可使用热键作更换。

- 14 - Linux 网络编程

13．支持数种常见的文件系统 minix-1、Xenix、System V filesystems, DOS，FAT, OS/2

的 HPFS（read-only）。本身支持两种 file system：EXT2 and XIAFS，且文件名称长度

可至 256 个字。

14．“UMSDOS（Unix-like MSDOS）”可在 DOS partition 中安装 Linux。

15．支持的 CD-ROM 文件系统，可读取各种标准 CD-ROM 格式, 如 ISO 9660。

16．TCP/IP 网络，包含 ftp ，telnet ，NFS 等。

1.5.4 硬件需求

Linux 对硬件并不挑剃，可以在很多机器上运行，只是效率可能会差很多。

1．最少的设备需求

386SX、2 MB RAM、1.44 MB or 1.2 MB 软驱、支持的 video card，以上这些仅可供你

测试 Linux 是否可在此部机器上执行。若有 5 MB 至 10 MB 的硬盘空间，则可安装一些公

用程序、shells、系统管理程序等。

2．较佳的设备需求

若你要去执行一些较需计算的程序，如 gcc,X,Tex 等，那则需要比 386SX 更快的 CPU，

否则你就要多点耐心了。至少你将需要 4MB RAM，若要执行 X-Window 或让多人同时使

用，则至少将需 8MB RAM 才足够。

假若使用较少的内存，虽然还是能执行，因它将使用虚拟内存（那需用到硬盘），但

其速度之慢会让人情绪不好．．．较多的内存对 DOS 而言虽无太大的帮助，但对 Linux 可就

有其相当的价值的。

至於硬盘的容量需求则要看你要存储多少东西而定。一般需要 10MB 的空间来装一些

公用程序、shells 、系统管理程序等。一个较完备的系统则需要 Slackware，MCC，Debian

或 Linux/PRO，及其他共享软件，这些东西需要 60MB 至 200MB 的空间才够。

1.5.5 Linux 可用的软件

大部分常用的 Unix 工具和程序已经移植到 Linux 上了，包含大部分的 GNU 程序和许

多 X client。其实移植这些软件到 Linux 上是很容易的事，大部分的程序原代码在 Linux 上

重新编译时都不须修改或是只要修改一些即可，因为 Linux 几乎完全符合 POSIX 的标准。

可惜的是目前 Linux 上供一般 user 用的套装软件并不很多，以下将列出已知可在 Linux 上

使用的软件：

l 基本的 Unix 命令。ls，tr，sed，awk 等一般 Unix 都有的命令。

l 软件发展工具。gcc，gdb，make，bison，flex，perl，rcs，cvs，gprof。

l X-Window 环境。X11R5（XFree 2.1.1）， X11R6（XFree 3.1）。

l 文字编辑器。GNU Emacs，Lucid Emacs，MicroEmacs，jove，epoch，elvis（GNU

vi）， vim，vile，joe，pico，jed。

l Shells。Bash（h-compatible）， zsh（与 ksh 相容）， pdksh，tcsh，csh，rc，ash。

l 通讯程序。Taylor（BNU 兼容）UUCP，kermit，szrz，minicom，pcomm，xcomm，

term，Seyon。

l News 和 mail。C-news，innd，trn，nn，tin，smail，elm，mh，pine。

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