linux常用头文件详解.docx
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linux常用头文件详解
linux常用头文件详解
POSIX标准定义的头文件
目录项
文件控制
文件名匹配类型
路径名模式匹配类型
组文件
网络数据库操作
口令文件
正则表达式
TAR归档值
终端I/O
符号常量，文件是Linux的系统调用，好比Windows中的windows.h
文件时间
字符扩展类型
-------------------------
INTERNET定义
套接字本地接口
INTERNET地址族
传输控制协议定义
-------------------------
内存管理声明
Select函数
套接字借口
文件状态
进程时间
基本系统数据类型（如pid_t,size_t等）
UNIX域套接字定义
系统名
进程控制
------------------------------
POSIX定义的XSI扩展头文件
cpio归档值
动态链接
消息显示结构
文件树漫游
代码集转换使用程序
语言信息常量
模式匹配函数定义
货币类型
数据库操作
消息类别
轮询函数
搜索表
字符串操作
系统出错日志记录
用户上下文
用户限制
用户帐户数据库
-----------------------------
IPC（命名管道）
消息队列
资源操作
信号量
共享存储
文件系统信息
时间类型
附加的日期和时间定义
矢量I/O操作
------------------------------
POSIX定义的可选头文件
异步I/O
消息队列
线程
执行调度
信号量
实时spawn接口
XSISTREAMS接口
事件跟踪
C/C++头文件一览
C
＃include //设定插入点
＃include //字符处理
＃include //定义错误码
＃include //浮点数处理
＃include //对应各种运算符的宏
＃include //定义各种数据类型最值的常量
＃include //定义本地化C函数
＃include //定义数学函数
＃include //异常处理支持
＃include //信号机制支持
＃include //不定参数列表支持
＃include //常用常量
＃include //定义输入／输出函数
＃include //定义杂项函数及内存分配函数
＃include //字符串处理
＃include //定义关于时间的函数
＃include //宽字符处理及输入／输出
＃include //宽字符分类
传统C++
＃include //改用
＃include //改用
＃include //改用
＃include //该类不再支持，改用中的stringstream
标准C++
＃include //STL通用算法
＃include //STL位集容器
＃include //字符处理
＃include //定义错误码
＃include //浮点数处理
＃include //对应各种运算符的宏
＃include //定义各种数据类型最值的常量
＃include //定义本地化函数
＃include //定义数学函数
＃include //复数类
＃include //信号机制支持
＃include //异常处理支持
＃include //不定参数列表支持
＃include //常用常量
＃include //定义输入／输出函数
＃include //定义杂项函数及内存分配函数
＃include //字符串处理
＃include //定义关于时间的函数
＃include //宽字符处理及输入／输出
＃include //宽字符分类
＃include //STL双端队列容器
＃include //异常处理类
＃include //文件输入／输出
＃include //STL定义运算函数（代替运算符）
＃include //定义各种数据类型最值常量
＃include //STL线性列表容器
＃include //本地化特定信息
＃include
＃include //STL通过分配器进行的内存分配
＃include //动态内存分配
＃include //STL常用的数字操作
＃include //参数化输入／输出
＃include //基本输入／输出支持
＃include //输入／输出系统使用的前置声明
＃include //数据流输入／输出
＃include //基本输入流
＃include //STL迭代器
＃include //基本输出流
＃include //STL队列容器
＃include //STL集合容器
＃include //基于字符串的流
＃include //STL堆栈容器
＃include //标准异常类
＃include //底层输入／输出支持
＃include //字符串类
＃include //运行期间类型信息
＃include //STL通用模板类
＃include //对包含值的数组的操作
＃include //STL动态数组容器
————————————————————————————————
C99增加的部分
＃include //复数处理
＃include //浮点环境
＃include //整数格式转换
＃include //布尔环境
＃include //整型环境
＃include //通用类型数学宏
而对于本书所描述的内核源代码，其中涉及的头文件则可以看作是对内核及其函数库所提供服务的一个概要说明，是内核及其相关程序专用的头文件。
在这些头文件中主要描述了内核所用到的所有数据结构、初始化数据、常数和宏定义，也包括少量的程序代码。
除了几个专用的头文件以外（例如块设备头文件blk.h），Linux0.12内核中所用到的头文件都放在内核代码树的include/目录中。
因此编译Linux0.12内核无需使用开发环境提供的位于/usr/include/目录下的任何头文件。
当然，tools/build.c程序除外。
因为这个程序虽然被包含在内核源代码树中，但它只是一个用于组合创建内核映像文件的工具程序或应用程序，不会被链接到内核代码中。
从0.95版开始，内核代码树中的头文件需要复制到/usr/include/linux目录下才能顺利地编译内核。
即从该版内核开始头文件已经与开发环境使用的头文件合二为一。
14.1include/目录下的文件
内核所用到的头文件都保存在include/目录下。
该目录下的文件如表11-1所示。
这里需要说明一点：
为了方便使用和兼容性，Linus在编制内核程序头文件时所使用的命名方式与标准C库头文件的命名方式相似，许多头文件的名称甚至其中的一些内容都与标准C库的头文件基本相同，但这些内核头文件仍然是内核源代码或与内核有紧密联系的程序专用的。
在一个Linux系统中，它们与标准库的头文件并存。
通常的做法是将这些头文件放置在标准库头文件目录中的子目录下，以让需要用到内核数据结构或常数的程序使用。
另外，也由于版权问题，Linus试图重新编制一些头文件以取代具有版权限制的标准C库的头文件。
因此这些内核源代码中的头文件与开发环境中的头文件有一些重叠的地方。
在Linux系统中，列表14-1中的asm/、linux/和sys/三个子目录下的内核头文件通常需要复制到标准C库头文件所在的目录（/usr/include）中，而其他一些文件若与标准库的头文件没有冲突则可以直接放到标准库头文件目录下，或者改放到这里的三个子目录中。
asm/目录下主要用于存放与计算机体系结构密切相关的函数声明或数据结构的头文件。
例如IntelCPU端口IO汇编宏文件io.h、中断描述符设置汇编宏头文件system.h等。
linux/目录下是Linux内核程序使用的一些头文件。
其中包括调度程序使用的头文件sched.h、内存管理头文件mm.h和终端管理数据结构文件tty.h等。
而sys/目录下存放着几个与内核资源相关头文件。
不过从0.98版开始，内核目录树下sys/目录中的头文件被全部移到了linux/目录下。
Linux0.12版内核中共有32个头文件（*.h），其中asm/子目录中含有4个，linux/子目录中含有10个，sys/子目录中含有5个。
从下一节开始我们首先描述include/目录下的13个头文件，然后依次说明每个子目录中的文件。
说明顺序按照文件名称排序进行。
14.2a.out.h文件
14.2.1功能描述
在Linux内核中，a.out.h文件用于定义被加载的可执行文件结构。
主要用于加载程序fs/exec.c中。
该文件不属于标准C库，它是内核专用的头文件。
但由于与标准库的头文件名没有冲突，因此在Linux系统中一般可以放/usr/include/目录下，以供涉及相关内容的程序使用。
该头文件中定义了目标文件的一种a.out（Assemblyout）格式。
Linux0.12系统中使用的.o文件和可执行文件就采用了这种目标文件格式。
a.out.h文件包括三个数据结构定义和一些相关的宏定义，因此文件可被相应地分成三个部分：
◆第1～108行给出并描述了目标文件执行头结构和相关的宏定义。
◆第109～185行对符号表项结构的定义和说明。
◆第186～217行对重定位表项结构进行定义和说明。
由于该文件内容比较多，因此对其中三个数据结构以及相关宏定义的详细说明放在程序列表后。
从0.96版内核开始，Linux系统直接采用了GNU的同名头文件a.out.h。
因此造成在Linux0.9x下编译的程序不能在Linux0.1x系统上运行。
下面对两个a.out头文件的不同之处进行分析，并说明如何让0.9x下编译的一些不是用动态链接库的执行文件也能在0.1x下运行。
Linux0.12使用的a.out.h文件与GNU同名文件的主要区别在于exec结构的第一个字段a_magic。
GNU的该文件字段名称是a_info，并且把该字段又分成3个子域：
标志域（Flags）、机器类型域（MachineType）和魔数域（MagicNumber）。
同时为机器类型域定义了相应的宏N_MACHTYPE和N_FLAGS，如图14-1所示。
在Linux0.9x系统中，对于采用静态库连接的执行文件，图中各域注释中括号内的值是该字段的默认值。
这种二进制执行文件开始处的4个字节是：
0x0b,0x01,0x64,0x00
而这里的头文件仅定义了魔数域。
因此，在Linux0.1x系统中一个a.out格式的二进制执行文件开始的4个字节是：
0x0b,0x01,0x00,0x00
可以看出，采用GNU的a.out格式的执行文件与Linux0.1x系统上编译出的执行文件的区别仅在机器类型域。
因此我们可以把Linux0.9x上的a.out格式执行文件的机器类型域（第3个字节）清零，让其运行在0.1x系统中。
只要被移植的执行文件所调用的系统调用都已经在0.1x系统中实现即可。
在开始重新组建Linux0.1x根文件系统中的很多命令时，作者就采用了这种方法。
在其他方面，GNU的a.out.h头文件与这里的a.out.h没有什么区别。
14.2.3a.out执行文件格式
Linux内核0.12版仅支持a.out（Assemblyout）执行文件和目标文件的格式，虽然这种格式目前已经渐渐不用，而使用功能更为齐全的ELF（ExecutableandLinkFormat）格式，但是由于其简单性，作为入门的学习材料比较适用。
下面全面介绍一下a.out格式。
在头文件a.out.h中声明了三个数据结构以及一些宏。
这些数据结构描述了系统上目标文件的结构。
在Linux0.12系统中，编译产生的目标模块文件（简称模块文件）和链接生成的二进制可执行文件均采用a.out格式。
这里统称为目标文件。
一个目标文件由7部分（7节）组成。
它们依次为：
（1）执行头部分（execheader）。
该部分中含有一些参数（exec结构），内核使用这些参数把执行文件加载到内存中并执行，而链接程序（ld）使用这些参数将一些模块文件组合成一个可执行文件。
这是目标文件唯一必要的组成部分。
（2）代码段部分（textsegment）。
含有程序执行时被加载到内存中的指令代码和相关数据。
可以以只读形式被加载。
（3）数据段部分（datasegment）。
这部分含有已经初始化过的数据，总是被加载到可读写的内存中。
（4）代码重定位部分（textrelocations）。
这部分含有供链接程序使用的记录数据。
在组合目标模块文件时用于定位代码段中的指针或地址。
（5）数据重定位部分（datarelocations）。
类似于代码重定位部分的作用，但是用于数据段中指针的重定位。
（6）符号表部分（symboltable）。
这部分同样含有供链接程序使用的记录数据，用于在二进制目标模块文件之间对命名的变量和函数（符号）进行交叉引用。
（7）字符串表部分（stringtable）。
该部分含有与符号名对应的字符串。
每个目标文件均以一个执行数据结构（execstructure）开始。
该数据结构的形式如下：
各个字段的功能如下：
1）a_magic——该字段含有三个子字段，分别是标志字段、机器类型标识字段和魔数字段，参见图11-1。
不过对于Linux0.12系统其目标文件只使用了其中的魔数子字段，并使用宏N_MAGIC（）来访问，它唯一地确定了二进制执行文件与其他加载的文件之间的区别。
该子字段中必须包含以下值之一：
◆OMAGIC。
表示代码和数据段紧随在执行头后面并且是连续存放的。
内核将代码和数据段都加载到可读写内存中。
编译器编译出的目标文件的魔数是OMAGIC（八进制0407）。
◆NMAGIC。
同OMAGIC一样，代码和数据段紧随在执行头后面并且是连续存放的。
然而内核将代码加载到了只读内存中，并把数据段加载到代码段后下一页可读写内存边界开始。
◆ZMAGIC。
内核在必要时从二进制执行文件中加载独立的页面。
执行头部、代码段和数据段都被链接程序处理成多个页面大小的块。
内核加载的代码页面是只读的，而数据段的页面是可写的。
链接生成的可执行文件的魔数即是ZMAGIC（0413，即0x10b）。
2）a_text——该字段含有代码段的长度值，字节数。
3）a_data——该字段含有数据段的长度值，字节数。
4）a_bss——含有bss段的长度，内核用其设置在数据段后初始的break（brk）。
内核在加载程序时，这段可写内存显现出处于数据段后面，并且初始时为全零。
5）a_syms——含有符号表部分的字节长度值。
6）a_entry——含有内核将执行文件加载到内存中以后，程序执行起始点的内存地址。
7）a_trsize——该字段含有代码重定位表的大小，是字节数。
8）a_drsize——该字段含有数据重定位表的大小，是字节数。
在a.out.h头文件中定义了几个宏，这些宏使用exec结构来测试一致性或者定位执行文件中各个部分（节）的位置偏移值。
这些宏有：
◆N_BADMAG（exec）。
如果a_magic字段不能被识别，则返回非零值。
◆N_TXTOFF（exec）。
代码段的起始位置字节偏移值。
◆N_DATOFF（exec）。
数据段的起始位置字节偏移值。
◆N_DRELOFF（exec）。
数据重定位表的起始位置字节偏移值。
◆N_TRELOFF（exec）。
代码重定位表的起始位置字节偏移值。
◆N_SYMOFF（exec）。
符号表的起始位置字节偏移值。
◆N_STROFF（exec）。
字符串表的起始位置字节偏移值。
重定位记录具有标准的格式，它使用重定位信息（relocation_info）结构来描述，如下所示：
该结构中各字段的含义如下：
1）r_address——该字段含有需要链接程序处理（编辑）的指针的字节偏移值。
代码重定位的偏移值是从代码段开始处计数的，数据重定位的偏移值是从数据段开始处计算的。
链接程序会将已经存储在该偏移处的值与使用重定位记录计算出的新值相加。
2）r_symbolnum——该字段含有符号表中一个符号结构的序号值（不是字节偏移值）。
链接程序在算出符号的绝对地址以后，就将该地址加到正在进行重定位的指针上。
（如果r_extern比特位是0，那么情况就不同，见下面。
）
3）r_pcrel——如果设置了该位，链接程序就认为正在更新一个指针，该指针使用pc相关寻址方式，是属于机器码指令部分。
当运行程序使用这个被重定位的指针时，该指针的地址被隐式地加到该指针上。
4）r_length——该字段含有指针长度的2的次方值：
0表示1字节长，1表示2字节长，2表示4字节长。
5）r_extern——如果被置位，表示该重定位需要一个外部引用;此时链接程序必须使用一个符号地址来更新相应指针。
当该位是0时，则重定位是“局部”的。
链接程序更新指针以反映各个段加载地址中的变化，而不是反映一个符号值的变化。
在这种情况下，r_symbolnum字段的内容是一个n_type值;这类字段告诉链接程序被重定位的指针指向那个段。
6）r_pad——Linux系统中没有使用的4个比特位。
在写一个目标文件时最好全置0。
符号将名称映射为地址（或者更通俗地讲是字符串映射到值）。
由于链接程序对地址的调整，一个符号的名称必须用来表示其地址，直到已被赋予一个绝对地址值。
符号是由符号表中固定长度的记录以及字符串表中的可变长度名称组成。
符号表是nlist结构的一个数组，如下所示：
其中各字段的含义为：
1）n_un.n_strx——含有本符号的名称在字符串表中的字节偏移值。
当程序使用nlist（）函数访问一个符号表时，该字段被替换为n_un.n_name字段，这是内存中字符串的指针。
2）n_type——用于链接程序确定如何更新符号的值。
使用第146～154行开始的位屏蔽（bitmasks）码可以将8比特宽度的n_type字段分割成三个子字段，如图14-2所示。
对于N_EXT类型位置位的符号，链接程序将它们看作是“外部的”符号，并且允许其他二进制目标文件对它们的引用。
N_TYPE屏蔽码用于链接程序感兴趣的比特位：
◆N_UNDF。
一个未定义的符号。
链接程序必须在其他二进制目标文件中定位一个具有相同名称的外部符号
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