用 Go 进行系统编程

大家好，我是站长 polarisxu。

今天起我们开始一个系列：用 Go 进行系统编程，主要介绍系统编程相关的知识。

01 准备

本系列教程基于 Unix 系统（更确切是 Linux 系统），如果你使用的是 Windows 系统，请安装 Windows Subsystem for Linux（WSL）。安装步骤如下：

• 以管理员身份打开 PowerShell，运行如下命令：

Enable-WindowsOptionalFeature -Online -FeatureName Microsoft-Windows-Subsystem-Linux

• 按提示重启电脑；
• 根据你的喜好从 Microsoft Store 安装 Linux distribution；

Go 语言版本基于最新的 Go1.16。

02 什么是系统编程（System programming）

维基百科的解释 ：

系统编程是指从事计算机系统软件的编码活动。

那什么是系统软件呢？维基百科的解释 ：

System software is software designed to provide a platform for other software.

即服务于其他软件的软件就是系统软件，比如操作系统、游戏引擎、工业自动化等。相应的，面向用户的就是应用软件了。（有时界限没那么清晰）

系统编程是 Unix计 算机上编程的一个特殊领域。请注意，系统编程不限于 Unix 计算机，只是这个系列主要关注 Unix 系统。大多数与系统管理任务有关的命令，例如磁盘格式化，网络接口配置，模块加载和内核性能跟踪，都是使用系统编程技术来实现的。此外，可以在所有 Unix 系统上找到的 /etc 目录包含纯文本文件，这些文本文件处理 Unix 机器及其服务的配置，并且也可以使用系统软件进行操作。

一般可以将系统软件的各个领域和相关的系统调用分为以下几组：

• 文件 I/O：这部分处理文件读取和写入操作，这是操作系统最重要的任务。文件输入和输出必须快速高效，并且最重要的是要可靠。
• 高级文件 I/O：除了基本的输入和输出系统调用之外，还有其他更高级的方法来读取或写入文件，包括异步 I/O 和非阻塞 I/O。
• 系统文件和配置：这些系统软件允许处理系统文件（例如 /etc/passwd）并获取系统特定信息（例如系统时间和 DNS 配置）等。
• 文件和目录：这部分包括函数和系统调用，它们允许程序员创建和删除目录并获取信息，例如文件或目录的所有者和权限。
• 进程控制：可以创建 Unix 进程并与之交互；
• 服务器进程：这套工具包括允许您开发服务器进程的技术，这些服务器进程是在后台执行而无需活动终端的进程。 Go 并不能很好地以传统的 Unix 方式编写服务器进程。诸如 Apache 之类的 Unix 服务器使用 fork(2) 创建一个或多个子进程（此过程称为 fork，是指从父进程克隆一个子进程），并从同一点继续执行相同的可执行文件，最重要的是，共享内存。尽管 Go 不提供与 fork(2) 函数等效的功能，但这不是大问题，因为你可以使用 goroutines 来做到 fork(2) 的大多数用法；
• 进程间通讯：这组功能允许在同一台 Unix 机器上运行的进程使用管道，FIFO，消息队列，信号量和共享内存等特性相互通信；
• 信号处理：信号为流程提供了一种处理异步事件的方法，该方法非常方便。几乎所有服务器进程都有额外的代码，这些代码使它们能够使用该组的系统调用来处理Unix信号；
• 网络编程：这是开发基于 TCP/IP 协议的程序。其实这部分严格来说不是系统编程。但是，大多数 TCP/IP 服务器和客户端都在处理系统资源，用户，文件和目录。因此，在大多数情况下，如果不进行某种系统编程就无法创建网络应用程序；

03 为什么写这个系列

04 参考

本系列教程主要参考如下资料：

• Unix 环境高级编程（第三版）
• System Programming with Go
• Go System Programming
• Mastering Go（Second Edition）