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内容简介

本书分11章，首先介绍Linux的背景、开发环境、网络配置与远程操作及管理；其次讲解Linux系统操作中的基本命令以及基础开发中使用的工具；然后讲解Shell编程的基本语法、Linux系统中的用户和用户组以及Linux文件系统与操作；之后对Linux程序开发涉及的进程、信号、线程、网络编程等重点难点知识进行讲解；最后介绍Linux系统中高并发服务器的几种模型。本书中的每个章节都采用理论与案例结合的模式，在理论知识后通过切实可行的案例帮助学生在学习的同时实践并巩固所学知识。
本书的大纲结构主要借鉴传智播客C/C++学院所用的课程体系，也参考了市面上多本Linux教材，力求在构造完整知识体系的基础上能够系统、全面且精准。
本书附有配套视频、源代码、习题、教学课件等资源。同时，为了帮助初学者及时地解决学习过程中遇到的问题，黑马程序员还专门提供了免费的在线答疑平台。
本书可作为高等院校本专科计算机相关专业的Linux课程教材。

目录

第1章初识Linux1
1.1Linux概述1
1.1.1Linux的起源与发展1
1.1.2Linux的特点2
1.1.3GNU项目计划4
1.2安装Linux5
1.2.1前期准备5
1.2.2安装CentOS7
1.3网络配置11
1.4远程终端访问18
1.5本章小结22
1.6本章习题22
第2章命令与开发工具24
2.1Linux常用命令24
2.1.1命令格式24
2.1.2文件操作命令25
2.1.3网络管理与通信命令36
2.1.4压缩解压命令38
2.1.5帮助命令39
2.2Linux常用开发工具41
2.2.1vi编辑器41
2.2.2GCC编译器45
2.2.3GDB调试工具48
2.3本章小结52
2.4本章习题52
第3章用户与用户组管理54
3.1概述54
3.2用户和用户组管理55目录Linux编程基础3.2.1用户管理55
3.2.2用户组管理59
3.3用户切换61
3.3.1su61
3.3.2sudo62
3.4本章小结65
3.5本章习题65
第4章Shell编程68
4.1Shell概述68
4.1.1Shell的分类68
4.1.2Shell的功能69
4.1.3Shell命令执行流程69
4.2Shell应用技巧70
4.3Shell编程74
4.3.1第一个Shell程序74
4.3.2Shell中的变量75
4.4Shell中的条件语句81
4.4.1条件判断81
4.4.2if条件语句83
4.4.3select语句85
4.4.4case语句85
4.5Shell中的循环语句87
4.5.1for循环87
4.5.2while循环88
4.5.3until循环88
4.6Shell脚本调试89
4.7Shell中的函数90
4.8本章小结93
4.9本章习题93
第5章Linux文件系统与操作96
5.1磁盘与目录96
5.1.1磁盘与磁盘分区96
5.1.2目录结构99
5.1.3inode与dentry100
5.2Linux文件系统101
5.2.1Linux文件系统版本101
5.2.2fdisk/mke2fs102
5.2.3ext2/ext3文件系统105
5.2.4虚拟文件系统109
5.2.5挂载110
5.3Linux文件类型112
5.3.1文件类型概述112
5.3.2链接文件113
5.3.3设备文件114
5.4文件操作115
5.4.1文件描述符115
5.4.2文件I/O116
5.4.3文件操作121
5.5本章小结123
5.6本章习题123
第6章Linux进程管理125
6.1进程概述125
6.1.1进程处理机制125
6.1.2进程属性126
6.2进程控制129
6.2.1创建进程129
6.2.2exec函数族135
6.2.3进程退出138
6.2.4进程同步138
6.3进程管理命令144
6.4本章小结150
6.5本章习题150
第7章信号153
7.1信号及信号来源153
7.2信号的产生156
7.2.1系统调用156
7.2.2软件条件158
7.2.3kill命令160
7.3信号阻塞161
7.4信号捕获164
7.5时序竞态168
7.6SIGCHLD信号170
7.7本章小结173
7.8本章习题174
第8章进程间通信176
8.1管道176
8.1.1匿名管道177
8.1.2popen()/pclose()181
8.1.3命名管道182
8.2消息队列185
8.3信号量190
8.4共享内存195
8.5本章小结201
8.6本章习题201
第9章线程203
9.1线程概述203
9.2线程操作205
9.2.1创建线程205
9.2.2线程退出207
9.2.3线程终止209
9.2.4线程挂起210
9.2.5线程分离213
9.3线程属性215
9.4线程同步220
9.4.1互斥锁221
9.4.2条件变量225
9.4.3信号量229
9.5本章小结232
9.6本章习题232
第10章socket编程235
10.1计算机网络概述235
10.1.1协议与体系结构235
10.1.2网络结构模式239
10.2socket编程基础239
10.2.1socket编程接口240
10.2.2socket通信流程244
10.2.3网络编程相关知识245
10.3socket网络编程实例247
10.3.1基于TCP的网络通信247
10.3.2基于UDP的网络通信249
10.4socket本地通信251
10.5本章小结259
10.6本章习题259
第11章高并发服务器261
11.1多进程并发服务器261
11.2多线程并发服务器265
11.3I/O多路转接服务器268
11.3.1select268
11.3.2poll273
11.3.3epoll277
11.4epoll的工作模式283
11.5本章小结286
11.6本章习题287

精彩书摘

　　第5章Linux文件系统与操作学习目标
　　了解磁盘分区与目录结构
　　掌握ext2文件系统布局
　　掌握数据块寻址方式
　　熟悉Linux系统中的文件类型
　　掌握Linux系统中实现I/O操作的方法计算机之所以能运行，是因为在机器硬件上配备了完整的操作系统。操作系统规定了计算机的运行方式和处理请求的方式，是计算机不可分割的一部分。在操作系统安装时，安装程序会为计算机安装一个文件系统。文件系统与操作系统类似，都相当于一个程序，存在于存储设备上，但文件系统用于规定文件的存取和操作方式。存储设备的正常使用离不开文件系统，本章将会结合磁盘结构对文件系统和Linux系统中的文件进行讲解。
　　5.1磁盘与目录
　　磁盘是文件系统的底层支持，目录是文件系统的具体表现，磁盘与目录都和文件系统密不可分。本节先对磁盘的结构进行讲解，再讲解目录结构(即文件的组织方式)，以及存取文件时涉及的关键结构——inode和dentry。
　　5.1.1磁盘与磁盘分区
　　磁盘是计算机中的主要存储设备，一般由主轴、盘片和读写磁头组成，如图5��1所示。磁盘中包含多张盘片，每张盘片包含上下两个盘面，盘片固定在磁盘的主轴上，盘片的每个盘面都有一个固定在动臂上的读写磁头；计算机中的数据存储在磁盘的盘面上，盘片随主轴的旋转而转动，固定在动臂上的读写磁头在盘片转动的同时读取盘面上存储的信息。
　　图5��1磁盘结构示意图
　　磁盘的盘片又可细分： 图5��1中盘片上的圆环称为磁道，每张盘片上有许多磁道。多张盘片上半径相同的磁道组成的圆柱面称为柱面，一张盘片有多少磁道，磁盘就有多少柱面。磁道是读写磁头读写的轨迹，读写磁头可以在动臂的带动下切换访问的柱面。由内及外，扇区中的磁道逐渐增大。较大的磁道能够存储更多的数据，但因为磁道中能存储的数据量不同，所以以磁道作为存储单位显然会为数据存储带来麻烦。
　　磁盘上的盘片被细分为多个大小相同的扇区，扇区是磁盘空间的基本单位。一般来说，一个扇区的大小为512字节。磁盘中第一个扇区非常重要，其中存储了与磁盘正常使用相关的重要信息，分别为： 主引导记录、磁盘分区表和魔数。第5章Linux文件系统与操作Linux编程基础 主引导记录(MBR，Master Boot Record)占用446个字节，其中包含一段被称为引导加载流程(Boot Loader)的程序。计算机启动后，会到磁盘0扇面的0扇区去读取MBR中的内容，只有MBR中的程序正确无误，计算机才能正常开机。
　　磁盘分区表(partition table)占用64个字节，其中记录整块磁盘的分区状态。每个分区的信息需要16个字节，因此磁盘分区表若只记录分区信息，便最多只能存储4个分区的分区信息。
　　魔数(magic number)占用两个字节，用来标识MBR是否有效。
　　在计算机诞生伊始，其存储空间是极其有限的，但随着计算机硬件与软件的发展，普通计算机中配备磁盘的存储空间已能用T来计算，这表示磁盘中能够存储的数据也有了极大的提升。为了更好地组织文件，并提高磁盘的读写效率，为磁盘分区是一个明智的选择。
　　若要为现实中的空间分区，如为一间房间分区，可以通过在房间中添加格档来实现，但对于磁盘来说，这种方法显然行不通。在对磁盘结构分区时，我们提到，磁盘的第一个扇区中存储着一张“磁盘分区表”，其实利用这张表便能为磁盘分区。
　　磁盘由若干个柱面组成，假设一个磁盘有500个柱面，将磁盘分为4个扇区，那么只需要将磁盘的分区信息记录在磁盘分区表中即可。按上述方式，磁盘分区与分区表的关系应如图5��2所示(每个分区的柱面数可不相同)。
　　图5��2分区表与磁盘分区
　　Linux系统中遵循“一切皆文件”的思想，Linux下的设备也会被视为文件。硬盘作为设备的一种，其对应的文件被存储于系统的/dev目录下。若磁盘为SATA类型，则磁盘路径名为/dev/sda，图5��2所示的四个分区在/dev目录下对应的文件名如下所示：
　　P1： /dev/sda1
　　P2： /dev/sda2
　　P3： /dev/sda3
　　P4： /dev/sda4
　　设备的文件名由路径、设备名与分区编号构成，若要在P2分区中存储数据，则相应的数据会被写到磁盘中编号为101～200的磁道上。
　　Linux和Windows系统中磁盘分区的方式是相同的，也就是说Windows系统中也有一个64字节的分区表。前文讲到，分区表中最多只能记录4个分区的属性信息，但是熟悉Windows系统的用户应该知道，Windows系统中可以有不止4个分区，这是为什么呢？
　　原来磁盘除可以划分出主分区外，还可以划分出一个扩展分区，而扩展分区可以再次划分，由扩展分区划分出的分区被称为逻辑分区。逻辑分区中的信息同样需要存储，通常这些信息会被存储在由扩展分区划分出的第一个逻辑分区的第一个扇区中。
　　若磁盘中包含500个磁道，磁盘被分为一个主分区和一个扩展分区，且扩展分区又被划分为4个逻辑分区，那么主分区表和逻辑分区表中的分区与磁盘的对应关系如图5��3所示。
　　图5��3主分区与逻辑分区
　　图5��3的磁盘中有两个分区表(分别用黑色扇形和方块表示)。存在于分区P1中的分区表为主分区表，共占64字节，其中只记录了两个分区： P1和P2。分区P1为主分区，分区P2为扩展分区，分区P2又被划分为4个逻辑分区L1～L4，其分区信息存储于第101个柱面的扇区中。若Linux系统按图5��3所示的方式分区，/dev目录下将会有6个设备文件，文件的路径名分别如下：
　　P1： /dev/sda1
　　P2： /dev/sda2
　　L1： /dev/sda5
　　L2： /dev/sda6
　　L3： /dev/sda7
　　L4： /dev/sda8
　　……

前言/序言

　　序
　　传智播客和“黑马程序员”
　　江苏传智播客教育科技股份有限公司(简称“传智播客”)是一家专门致力于培养高素质软件开发人才的科技公司，“黑马程序员”是传智播客旗下的高端IT教育品牌。
　　“黑马程序员”的学员多为大学毕业后想从事IT行业，但各方面条件还不成熟的年轻人。“黑马程序员”的学员筛选制度非常严格，包括严格的技术测试、自学能力测试以及性格测试、压力测试、品德测试等。百里挑一的残酷筛选制度确保了学员质量，并降低了企业的用人风险。
　　自“黑马程序员”成立以来，教学研发团队一直致力于打造精品课程资源，不断在产、学、研三个层面创新自己的执教理念与教学方针，并集中“黑马程序员”的优势力量，有针对性地出版了计算机系列教材五十多种，制作了教学视频数十套，并发表了各类技术文章数百篇。
　　“黑马程序员”不仅斥资研发IT系列教材，还为高校师生提供以下配套学习资源与服务。
　　为大学生提供的配套服务:
　　(1) 专业的辅助学习平台“博学谷”(http://yx.boxuegu.com)，有专业老师在线为您答疑解惑。
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　　(3) 高校学生也可扫描右方二维码，加入播妞粉丝团，获取最新学习资源，与播妞一起快乐学习。
　　为IT教师提供的配套服务:
　　针对高校教学，“黑马程序员”为IT系列教材精心设计了“教案+授课资源+考试系统+题库+教学辅助案例”的系列教学资源。高校老师请关注码大牛老师微信/QQ: 2011168841，获取教材配套资源，也可以扫描右方二维码，加入专为IT教师打造的师资服务平台——“教学好助手”，获取“黑马程序员”最新教师教学辅助资源相关动态。
　　前言
　　随着互联网的发展，计算机新技术如雨后春笋，层出不穷，这也促使越来越多的学子投入到计算机的学习与研发中；而二十多年来，Linux操作系统已逐渐被越来越多的人接受和认可，并被众多企业广泛应用到服务器以及嵌入式开发等领域。因此，Linux操作系统的使用以及基于Linux的应用开发成为计算机专业学子应掌握的必备技能。
　　然而，黑马程序员在近些年的观察和研究中发现： 面临就业的高校学子虽已经学习了编程语言与操作系统等的相关课程，但缺乏动手能力，难以将理论联系到实际。这皆因他们所用教材不是体系结构不够系统，就是知识不够全面，再加上讲解的知识较深奥，以至于学子难以掌握切实可用的实质。
　　针对这种现象，黑马程序员决定推出一本更符合学生实际需求的教材。为保障学生在学习的过程中能学有所得，在学习之后能学以致用，黑马程序员经过大量调研与长期编写，推出了本书，作为Linux课程的初级教材。
　　为什么要学习本书
　　Linux操作系统自诞生至今逐步发展并日渐完善，因其开源、安全、稳定等特性，成为众多企业与政府部门搭建服务器的首选平台。此外，Linux在移动应用与嵌入式开发领域也被广泛采用，因此掌握Linux系统的使用与Linux平台下的程序开发方法成为众多计算机从业人员需要掌握的必备技能。
　　本书在大纲制定上参照了传智播客C/C++学院数年来结合计算机发展趋势及企业需求所研发课程体系中的Linux系统编程部分，涵盖了Linux基本操作、常用工具、系统管理与程序开发等使用Linux系统以及在Linux环境下进行开发所需的必要知识；在内容安排上，由Linux环境搭建入手，逐步讲解了Linux的基本操作、常用工具、系统管理以及程序开发等知识，由浅入深，由易到难，循序渐进；在讲解方式上，将理论与实践相结合，为大多知识点都配备相应案例，保障读者能将理论与实践结合，在掌握理论知识的同时强化动手能力。
　　如何使用本书
　　本书以与企业中所用环境(Red Hat Enterprise Linux)较为接近的Linux版本(CentOS 6.8)为开发环境，主要介绍Linux系统的使用与Linux环境下的程序开发。本书中涉及的命令、语法与系统调用都配备了具体的案例，旨在让读者了解Linux平台下的常用服务器前言Linux编程基础模型。
　　若本书用于课堂教学，建议教师在讲解理论知识后，先引导学生自主动手实现教材中提供的案例，培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力，以期学生可更深刻地理解、掌握相应知识。
　　若读者为自主学习者，建议您勤思考、勤练习、勤总结，尽量完成并熟练掌握教材中配备的案例，并通过章节配套测试题进行自我检测和查漏补缺。若您在学习的过程中遇到困难或者有疑惑，可向问答精灵咨询。
　　本教材共分11章，每章的大体内容如下。
　　�r 第1章首先介绍Linux系统的背景，包括Linux的起源、发展、应用领域、常用版本，以及GNU项目计划和POSIX版本；之后介绍Linux环境搭建过程；最后介绍VMware虚拟网络配置、Linux的远程终端访问和远程文件管理。通过本章的学习，读者可对Linux系统的背景有所了解，并能顺利搭建Linux环境，掌握Linux的远程终端访问方式及远程文件的管理。
　　�r 第2章讲解Linux系统中的基本命令与开发工具，其中基本命令部分介绍与文件、网络、通信、压缩解压及帮助相关的命令，开发工具部分介绍vi编辑器、GCC编译器与GDB调试工具。掌握本章所讲的知识，可提高Linux系统使用与Linux环境开发的效率。
　　�r 第3章讲解Linux系统中与用户、用户组管理相关的知识。Linux是一个支持多用户的操作系统，通过本章的学习，读者应能掌握Linux系统中管理用户、用户组的命令，以及用户切换的方法。
　　�r 第4章讲解Linux的内核——Shell的相关知识、Shell应用技巧以及Shell脚本编程的相关语法。其中Shell编程语法包括Shell变量、条件语句、循环语句、函数，4.6节还给出了Shell脚本的调试方法。
　　�r 第5章讲解磁盘与目录、Linux文件系统、Linux文件类型与文件操作，其中重点为磁盘的逻辑分区方式、文件系统的结构、文件操作。通过本章的学习，读者应掌握以上重点知识，并熟悉磁盘分区、挂载、卸载的方式与创建文件系统的方法。
　　�r 第6章讲解Linux进程管理相关的知识，包括进程处理机制、进程属性、进程控制以及进程管理命令。通过本章的学习，读者应熟练掌握进程的处理机制，以及控制进程的方法，包括创建进程、退出进程与进程同步等。
　　�r 第7章讲解Linux系统中的信号机制，包括信号来源、产生方式、信号阻塞、信号捕获和时序竞态等知识。通过本章的学习，读者应能在终端与程序中使用信号管理和控制进程。
　　�r 第8章讲解进程间通信的方式，包括管道通信、消息队列通信、信号量通信与共享内存通信。通过本章的学习，读者应熟悉Linux系统中进程通信的这几种机制，并能在程序中使用这些机制实现进程通信。
　　�r 第9章主要讲解Linux系统中的线程，包括线程的定义、线程相关操作、线程的属性，以及实现线程同步的机制。线程操作包括

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