终端编程详解

1. tcgetattr() 与 tcsetattr()

功能：获取或设置终端的属性（包括输入/输出模式、控制字符定义等）。

#include <termios.h>
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
int tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符（如 /dev/tty）。
• termios_p：指向 termios 结构体的指针，用于存储或传递终端属性。
• optional_actions（仅 tcsetattr）：决定何时应用新设置，可选宏：
• TCSANOW：立即生效。
• TCSADRAIN：等待当前输出完成后再生效。
• TCSAFLUSH：清空输入/输出缓冲区后生效。

termios 结构体成员：

struct termios {
    tcflag_t c_iflag;   // 输入模式标志（如输入奇偶校验、回车处理）  
    tcflag_t c_oflag;   // 输出模式标志（如输出映射、延迟处理）  
    tcflag_t c_cflag;   // 控制模式标志（如波特率、数据位）  
    tcflag_t c_lflag;   // 本地模式标志（如回显、信号处理）  
    cc_t c_cc[NCCS];    // 控制字符数组（如中断、停止字符）  
};

返回值：
• 成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

2. ioctl()

功能：执行设备相关的控制操作（如获取终端窗口大小、设置串口参数等）。

#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, unsigned long request, ... /* void *arg */);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• request：控制请求码，与终端相关的常见宏：
• TIOCGWINSZ：获取终端窗口大小（arg 指向 winsize 结构体）。
• TIOCSWINSZ：设置终端窗口大小。
• TCGETS：等效于 tcgetattr。
• TCSETS：等效于 tcsetattr。
• arg：可变参数，通常为指向数据结构的指针。

winsize 结构体成员：

struct winsize {
    unsigned short ws_row;    // 终端窗口行数  
    unsigned short ws_col;    // 终端窗口列数  
    unsigned short ws_xpixel; // 水平像素（通常未使用）  
    unsigned short ws_ypixel; // 垂直像素（通常未使用）  
};

返回值：
• 成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

3. cfsetispeed() 与 cfsetospeed()

功能：设置终端的输入/输出波特率。

#include <termios.h>
int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

参数说明：
• termios_p：指向 termios 结构体的指针。
• speed：波特率宏，如：
• B0：挂断线路。
• B9600：9600 波特。
• B115200：115200 波特。
• B4000000：自定义高速波特率（部分系统支持）。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1。

4. tcsendbreak()

功能：在串行线上发送 BREAK 信号（用于重置设备）。

#include <termios.h>
int tcsendbreak(int fd, int duration);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• duration：BREAK 持续时间（若为 0，则持续至少 0.25 秒）。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

5. tcdrain()

功能：阻塞进程，直到所有输出数据传递到终端。

#include <termios.h>
int tcdrain(int fd);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

6. tcflush()

功能：刷新终端的输入/输出队列。

#include <termios.h>
int tcflush(int fd, int queue_selector);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• queue_selector：刷新目标队列的宏：
• TCIFLUSH：刷新输入队列。
• TCOFLUSH：刷新输出队列。
• TCIOFLUSH：刷新输入和输出队列。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

7. tcflow()

功能：暂停或恢复终端与计算机之间的数据传输。

#include <termios.h>
int tcflow(int fd, int action);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• action：控制操作的宏：
• TCOOFF：挂起输出。
• TCOON：恢复输出。
• TCIOFF：发送 STOP 字符（暂停输入）。
• TCION：发送 START 字符（恢复输入）。

返回值：
• 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

8. tcgetpgrp() 与 tcsetpgrp()

功能：获取或设置终端的前台进程组ID。

#include <termios.h>
pid_t tcgetpgrp(int fd);
int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrp);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。
• pgrp：要设置的进程组ID（仅 tcsetpgrp 需要）。

返回值：
• tcgetpgrp 返回前台进程组ID。
• tcsetpgrp 成功返回 0，失败返回 -1。

9. tcgetsid()

功能：获取终端的会话ID。

#include <termios.h>
pid_t tcgetsid(int fd);

参数说明：
• fd：终端设备的文件描述符。

返回值：
• 成功返回会话ID，失败返回 (pid_t)-1 并设置 errno。

系统调用的底层实现

上述库函数最终通过系统调用与内核交互。以 ioctl 为例，其底层通过 int 0x80（x86）或 syscall（x86-64）触发中断，参数通过寄存器传递：
• eax：系统调用号（如 SYS_ioctl）。
• ebx：文件描述符 fd。
• ecx：请求码 request。
• edx：可变参数指针 arg。

参考资料：

Linux Daemon进程开发指南：从创建到日志管理

一、Daemon进程创建流程

1. 核心步骤解析

Linux守护进程需遵循UNIX规范脱离终端控制，以下是标准创建流程：

1.1 fork() - 进程复制

功能：创建子进程，父进程退出实现后台化

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

参数：无
返回值：
• 成功：父进程返回子进程PID，子进程返回0
• 失败：返回-1，设置errno

1.2 setsid() - 会话控制

功能：创建新会话并脱离终端

#include <unistd.h>
pid_t setsid(void);

返回值：
• 成功：返回新会话ID
• 失败：返回-1，设置errno

1.3 二次fork() - 非会话组长

必要性：防止重新获取控制终端（部分系统要求）

1.4 文件操作

umask(0); // 重置文件权限掩码
chdir("/"); // 切换工作目录到根节点
close(STDIN_FILENO); // 关闭标准IO
dup2(open("/dev/null", O_RDWR), STDIN_FILENO); // 重定向到空设备

二、SIGHUP信号处理机制

1. 信号处理器设置

1.1 sigaction() - 高级信号处理

功能：注册信号处理函数

#include <signal.h>
int sigaction(int signum, 
             const struct sigaction *act,
             struct sigaction *oldact);

参数解析：
• signum：信号编号（如SIGHUP=1）
• act：新动作描述结构体

struct sigaction {
  void     (*sa_handler)(int); // 处理函数指针
  sigset_t sa_mask;    // 执行期间阻塞的信号集
  int      sa_flags;   // 标志位：SA_RESTART|SA_NOCLDSTOP等
  void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 替代handler
};

• oldact：原动作存储指针

返回值：
• 成功：0
• 失败：-1，设置errno

2. SIGHUP典型应用场景

• 配置文件热加载（如nginx -s reload）
• 日志文件轮转（配合logrotate）
• 服务状态刷新

三、Syslog日志系统API详解

syslog本身是一个daemon进程，本地的进程可以通过syslog()系统调用与其建立Unix Domain Socket进行通信，远程的可以使用Internet Domain Socket与其通信。它会将收到的内容根据设施(facility)与重要性等级(level)组合成的优先级(priotity)来选择相应的行为来处理日志。

1. 核心函数组

1.1 openlog() - 初始化日志连接

#include <syslog.h>
void openlog(const char *ident, int option, int facility);

参数说明：
• ident：程序标识字符串（常为程序名）
• option：控制标志组合（位或）：

LOG_CONS    // 无法连接时写入控制台
LOG_NDELAY  // 立即打开连接
LOG_PID     // 记录进程ID
LOG_PERROR  // 同时输出到stderr

• facility：日志分类标识：

LOG_AUTH     // 安全/认证消息
LOG_DAEMON   // 系统守护进程
LOG_LOCAL0~7 // 自定义分类

1.2 syslog() - 日志消息生成

#include <syslog.h>
void syslog(int priority, const char *format, ...);

参数解析：
• priority：级别宏与facility的组合
级别常量：

LOG_EMERG   // 系统不可用
LOG_ALERT   // 立即处理
LOG_CRIT    // 严重错误
LOG_ERR     // 一般错误
LOG_WARNING // 警告
LOG_NOTICE  // 正常但重要
LOG_INFO    // 常规信息
LOG_DEBUG   // 调试信息

• format：类似printf的格式化字符串
• ...：可变参数列表

1.3 closelog() - 关闭日志连接

#include <syslog.h>
void closelog(void);

四、Daemon开发实践建议

1. 资源管理：需显式关闭非必要文件描述符，防止句柄泄漏
2. 错误处理：所有系统调用需检查返回值，结合errno输出诊断信息
3. 信号屏蔽：正确处理SIGTERM等终止信号，实现优雅退出
4. 日志轮转：通过SIGHUP实现日志文件重打开（示例）：

void log_rotate(int sig) {
    fclose(logfile);
    logfile = fopen(path, "a+"); // 重新打开日志文件
    syslog(LOG_NOTICE, "Log rotated by signal %d", sig);
}

1. 权限控制：建议以非root用户运行，通过setuid()降权

五、Syslog高级配置

1. 远程日志配置（/etc/rsyslog.conf）

# 启用UDP监听
module(load="imudp")
input(type="imudp" port="514")

# 启用TCP+TLS
module(load="imtcp")
input(type="imtcp" port="6514" StreamDriver.Name="gtls")

2. 日志过滤规则

# 仅记录ssh登录失败
if $programname == 'sshd' and $msg contains 'Failed' then /var/log/ssh_fail.log

通过合理运用daemon创建规范、信号处理机制和syslog系统，开发者可以构建出稳定可靠的后台服务。建议结合systemd等现代初始化系统进行服务管理，并定期审计日志安全配置。

C语言结构体/共用体的赋值限制

在C语言中，我们可以在定义结构体或共用体（联合体）变量时直接使用初始化列表进行赋值，例如：

struct Point {
    int x;
    int y;
};

struct Point p1 = {1, 2}; // 合法：初始化时赋值

但如果我们尝试在后续代码中使用类似的语法进行赋值，编译器会报错：

struct Point p2;
p2 = {3, 4}; // 错误：不能这样赋值！

为什么C语言允许在初始化时赋值，却不允许在后续赋值时使用相同的语法？这涉及C语言的设计哲学、历史背景和底层实现。本文将深入探讨这一特性的原因，并介绍如何绕过这一限制。

1. C语言的初始化与赋值的区别

在C语言中，初始化（Initialization）和赋值（Assignment）是两个不同的概念：

• 初始化：在变量定义时赋予初始值，由编译器在程序加载或进入作用域时处理。
• 赋值：在变量已经定义后修改其值，属于运行时的操作。

C语言对初始化更加宽松，允许使用{...}语法，但对赋值则更加严格，不允许直接使用结构化常量。

2. 为什么不允许结构化常量赋值？

(1) 语言设计哲学：简单性

C语言的设计目标是保持简洁和高效。在早期，编译器需要在有限的内存和计算资源下工作，因此：

• 初始化在编译阶段就可以确定，编译器可以直接写入数据段（.data或.rodata）。
• 赋值需要在运行时处理，如果允许p = {1, 2}，编译器必须生成额外的代码来解析并逐成员赋值，这会增加复杂性。

(2) 语法一致性

C语言的数组也有类似的限制：

int arr[3] = {1, 2, 3}; // 合法
arr = {4, 5, 6};         // 非法

结构体和数组的初始化方式保持一致，避免引入特殊规则。

(3) 避免歧义

如果允许p = {1, 2}，可能会与以下情况冲突：

• 结构体赋值
• 复合字面量（C99引入）
• 类型转换表达式

C语言选择用不同的语法区分初始化和赋值，减少歧义。

(4) 历史原因

早期的C编译器（如K&R C）不支持结构化赋值，ANSI C（C89）保持了这一限制以兼容旧代码。虽然C99引入了复合字面量（Compound Literals）来改善这个问题，但直接赋值仍然不允许。

3. 如何绕过这一限制？

虽然不能直接使用p = {1, 2}，但有几种替代方案：

(1) 逐成员赋值

struct Point p;
p.x = 1;
p.y = 2;

最直接的方式，适用于简单结构体。

(2) 使用复合字面量（C99）

struct Point p;
p = (struct Point){1, 2}; // 合法，C99引入

这种方式在运行时构造一个临时结构体并赋值。

(3) 使用memcpy

struct Point tmp = {1, 2};
memcpy(&p, &tmp, sizeof(p));

适用于需要批量拷贝的情况。

(4) 使用函数封装

void setPoint(struct Point *p, int x, int y) {
    p->x = x;
    p->y = y;
}

setPoint(&p, 1, 2);

提高代码可读性和复用性。

4. C++的改进

C++11引入了统一初始化语法（Uniform Initialization），允许在赋值时使用{}：

struct Point { int x, y; };
Point p;
p = {1, 2}; // C++合法，C仍然不允许

如果项目允许，可以考虑用C++替代C，以获得更灵活的语法。

5. 总结

C语言限制结构化常量赋值的主要原因是：

1. 保持语言简洁，避免运行时解析{...}的额外开销。
2. 语法一致性，与数组行为保持一致。
3. 历史兼容性，早期C编译器不支持该特性。

虽然这一限制可能显得不够灵活，但我们可以通过逐成员赋值、复合字面量（C99）、memcpy或函数封装来绕过它。如果项目允许，C++提供了更现代化的初始化方式。

希望本文能帮助你理解C语言的这一特性！如果你有更好的方法或见解，欢迎在评论区讨论。 🚀

文件锁技术详解：flock与fcntl系统调用

一、flock系统调用

1.1 功能描述

flock()提供文件级全局锁机制，可对整个文件施加共享锁或互斥锁。该锁为建议性锁（需主动检查），常用于进程间同步文件访问，但不保证强制排他性。该锁由内核维护，存储在内核的打开文件句柄表中。因此只有该文件句柄没有任何进程的文件描述符指向时，才会删除该锁。该锁与其文件句柄共同被删除。

1.2 函数声明

#include <sys/file.h>
int flock(int fd, int operation);

1.3 参数详解

1.4 返回值

• 成功：返回0
• 失败：返回-1，错误码存于errno，常见错误：
• EAGAIN：非阻塞模式下锁冲突
• EBADF：无效文件描述符
• EINTR：被信号中断

二、fcntl系统调用

2.1 功能描述

fcntl()称为POSIX记录锁支持，记录级细粒度锁，可对文件指定区域加锁。提供强制锁与建议锁两种模式（依赖文件系统支持），具备更精细的控制能力。直接由文件系统维护，因此父子进程即使共享文件描述符，确不共享锁。但是任何进程调用close关闭文件描述符，该锁就被删除(内核所为)。

2.2 函数声明

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

2.3 参数详解

struct flock {                                                      
   short l_type;   // 锁类型：F_RDLCK/F_WRLCK/F_UNLCK              
   short l_whence; // 基准位置：SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END         
   off_t l_start;  // 偏移量（相对于l_whence）                     
   off_t l_len;    // 锁定字节数（0表示至文件尾）                  
   pid_t l_pid;    // 持有锁的进程ID（F_GETLK时填充）             
};                                                                  

2.4 返回值

• 成功：根据cmd不同返回不同：
• F_GETLK：非负值（锁信息存于lock结构）
• F_SETLK/F_SETLKW：0
• 失败：返回-1，常见错误：
• EACCES/EAGAIN：锁冲突（非阻塞模式）
• EDEADLK：死锁风险（仅限F_SETLKW）
• EINVAL：无效参数

三、关键特性对比

四、应用场景建议

• 简单同步：优先使用flock，代码简洁且适用于全文件锁定
• 高性能并发：选择fcntl，利用区域锁减少竞争
• 强制锁需求：需结合文件系统配置（如mount -o mand）
• 单实例daemon：在/var/run下创建“进程号.pid”文件，并持有该文件的POSIX写锁。一旦有另一个进程运行同一个程序，发现取得不了锁后就知道已经有一个实例在运行了。一般该文件先用truncate或fturncate截断为长度0，然后写入进程的pid，最后在程序结束的时候删除（remove或unlink）该文件防止占用文件系统资源。