在高级Linux程序设计中，进程是操作系统的核心概念之一，它代表了执行中的程序的一个实例。在第三章中，我们深入探讨了与进程相关的各种概念和技术，包括进程的创建、通信、同步以及调度策略。进程是操作系统资源分配的基本单位，每个进程都有独立的内存空间，包括代码段、数据段、堆栈段和共享内存段。

在Linux系统中，通过fork()系统调用来创建新进程，这个过程被称为克隆，新进程将拥有父进程的完整副本，但拥有独立的进程ID。

进程间通信（IPC）

IPC是Linux系统中进程间协作的关键机制。常见的IPC方式包括：

  • 管道：允许父子进程或兄弟进程之间进行单向通信。

  • 信号量、消息队列、共享内存和套接字：例如，共享内存允许多个进程共享同一块内存区域，提供高效的数据交换。

同步与互斥

同步和互斥是进程通信中防止数据竞争的重要概念。在多级索引结构的文件系统中，当多个进程试图同时修改一个文件时，必须实现互斥访问。

Linux提供机制包括：

  • semaphore

  • mutex

例如，可以使用pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_unlock()函数锁定和解锁资源，确保同一时间只有一个进程能访问特定资源。

文件系统与文件操作

文件系统是管理磁盘存储和文件操作的核心组件。

  • 在Linux中，最常见的是EXT系列文件系统。

  • FAT文件系统需要理解其目录结构、簇的概念以及文件分配表（FAT）的管理。

实现要点包括：

  1. 支持多级目录（树形结构）。

  2. 实现文件操作如更名、删除、拷贝和编辑，涉及系统调用：rename(), unlink(), copy_file_range()等。

  3. 引入多级索引节点（i-node）结构支持大文件映射，提高访问速度。

实现一个简单的文件操作shell程序需关注：

  • 用户输入的命令解析。

  • 调用系统调用执行操作。

  • 支持命令历史记录、别名功能。