1）程序模型：
看图，从程序模型来看，程序是用来读写外部设备的。以键盘显示器为例，有
/* copy from stdin to stdout */intmain(){ int c; while((c =getchar())!= EOF) putchar(c); return 0;}
它的程序模型为下图：
（2）那如果多个用户呢
虽然模型复杂了，但对程序而言，它还是从键盘得到数据，将结果显示在显示器上，也可以对磁盘读写,这些操作都没有任何问题，它使用的还是简单模型。
（3）那如果多用户的键盘显示器要任意连接到各个用户程序呢，这样就不只是固定的复杂连接，甚至还有动态的连接。
（4）这时就需要操作系统了。有了操作系统以后，图1.4的混乱状态就可以得到改变，新的模型如图1.5所示。操作系统也是程序，与普通程序一样，也运行在内存中，把普通程序与其他程序或设备连接起来。
（5）操作系统 为程序提供服务
操作系统控制程序与程序，程序与设备的连接。程序要访问设备(如键盘、磁盘和打印机)必须通过内核，所以只有内核才能直接管理设备。
程序如果要从键盘得到数据，必须向内核发出请求，若在显示器上显示结果，也要通过内核,程序中所有对设备的操作都是通过内核进行的。
编写普通程序时可以认为，程序是直接连到键盘、显示器、磁盘等设备的，但在进行系统编程时，必须对系统的结构和工作方式有更深的了解，要知道内核提供哪些服务(系统调用)，如何使用它们，系统有哪些资源和设备，不同的资源和设备该如何操作。
（6）系统编程
内核提供服务以便系统程序可以直接访问系统资源，那么有哪些系统资源和服务呢? 处理器(Processor)、输入输出(I/(O)、进程管理(Process Management)、内存(Memory)、设备(Device)、计时器(Timers)、进程间通信(Interprocess Communication)、网络(Networking)
（7）从用户的角度来理解Unix
Unix 能做些什么：登录一运行程序一注销，目录操作，文件操作，后续会深入。
（8）从系统的角度来看Unix
用户和程序之间的连接方式，就是程序之间的连接（输入输出的连接），后续会深入。
（9）动手实践：more命令
遵循“它能做什么？”、“它是如何实现的？”和“能不能自己编写一个？”。在本节试着自己编写一个程序来实现more 的功能。
1、more能做什么？
more可以分页显示文本文件的内容。
more会显示文件第一屏的内容；在屏幕的底部，more用反白字体显示文件的百分比，这时如果按空格键，文件的下一屏内容会显示出来；如果按回车键，显示的则是下一行,如果输人"q"，结束显示，如果输人"h"，显示出来的是more的联机帮助。
注意，当按空格键或输入q"后，程序会立即响应,而无需再按回车键。
more有3种用法：more filename（more显示文件filename的内容）、command |more（more将command命令的输出分页显示）、more < filename（more从标准输入获取要分页显示的内容，而这时 more的标准输入被重定向到文件filename）。
2、more是如何实现的?
通过运行more并观察结果可以知道，more的工作流程如下：
3、接下来要编写的程序应该像实际的more一样，有足够的灵活性：如果在命令行中给出了文件名，那么就分页显示这个文件，否则的话，从标准输入得到要分页显示的内容。
3.1、下面是more的第一个版本：
/*more01.c*/#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#define PAGELINE 24#define LINELEN 512voiddo_more(FILE *fp);intsee_more(void);intmain(int argc, char *argv[]){ FILE *fp; if (argc == 1) do_more(stdin); else while (--argc) if ((fp = fopen(*++argv, "r")) != NULL) { do_more(fp); fclose(fp); } else exit(1); return 0;}voiddo_more(FILE *fp){ char line[LINELEN]; int num_of_lines = 0; int reply; while (fgets(line, LINELEN, fp)) { //读取一行内容 if (num_of_lines == PAGELINE) { //判断是否满页 reply = see_more(); //调用交互函数 if (reply == 0) //按q则退出 break; num_of_lines -= reply; //精准回退行数 } if (fputs(line, stdout) == EOF) //输出一行内容 exit(1); //输出失败则退出 num_of_lines++; //行数+1 }}intsee_more(void){ int ch; printf("\033[7m --more-- \033[m"); //提示反白显示 while ((ch = getchar()) != EOF) { //用户输入 if (ch == '\n') //回车则显示下一行 return 1; if (ch == ' ') //空格显示下一页 return PAGELINE; if (ch == 'q' || ch == 'Q') //退出 return 0; } return 0;}
3.2、问题：more01.c 的致命缺陷 —— 无法处理 管道输入（ls /bin | ./more01）
执行命令 ls /bin | ./more01，期望的结果是将/bin目录下的文件分页，显示24行以后暂停。然而实际的运行结果并不是这样的，24行以后并没有暂停而是继续输出，问题在哪里呢？
当more01读入第24行后，它打印了--more--，然后等待用户的输入。用户的输入是从哪里来的？在more01中用getchar()，它是从标准输入读数据的。问题就在这里。刚才的命令：ls /bin | ./more01 已经将more01的标准输入重定向到ls的标准输出，这样more01将从同一个数据流中读用户的输入，这显然有问题，图1.14描述了这种状况。
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解决这个问题的方法是，从标准输入中读入要分页的数据，直接从键盘读用户的输入，如图1.15所示。
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图1.15中有一个文件/dev/tty,，这是键盘和显示器的设备描述文件，向这个文件写相当于显示在用户的屏幕上，读相当于从键盘获取用户的输入。即使程序的输入/输出被"<"或">"重定向，程序还是可以通过这个文件与终端交换数据。
从图1.15中可以知道，more有两个输入，程序的标准输入是ls的输出，将其分页显示到屏幕上，当more需要用户输入时,它可以从/dev/tty得到数据。运用上述知识改进more01.c，得到more02.c：
/*more02.c*/#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#define PAGELINE 24#define LINELEN 512voiddo_more(FILE *fp);intsee_more(FILE *cmd);intmain(int argc, char *argv[]){ FILE *fp; if (argc == 1) do_more(stdin); else while (--argc) if ((fp = fopen(*++argv, "r")) != NULL) { do_more(fp); fclose(fp); } else exit(1); return 0;}voiddo_more(FILE *fp){ char line[LINELEN]; int num_of_lines = 0; int reply; FILE *fp_tty; fp_tty = fopen("/dev/tty", "r"); while (fgets(line, LINELEN, fp)) { //读取一行内容 if (num_of_lines == PAGELINE) { //判断是否满页 reply = see_more(fp_tty); //调用交互函数 if (reply == 0) //按q则退出 break; num_of_lines -= reply; //精准回退行数 } if (fputs(line, stdout) == EOF) //输出一行内容 exit(1); //输出失败则退出 num_of_lines++; //行数+1 }}intsee_more(FILE *cmd){ int ch; printf("\033[7m --more-- \033[m"); //提示反白显示 while ((ch = getc(cmd)) != EOF) { //用户输入 if (ch == '\n') //回车则显示下一行 return 1; if (ch == ' ') //空格显示下一页 return PAGELINE; if (ch == 'q' || ch == 'Q') //退出 return 0; } return 0;}
3.3、对输入的进一步处理
上面的交互函数中，用户输入的字符应该被立即送到程序，而不用等待回车，同事还可以使输入的字符不回显，如图1.16所示。
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图1.16中新加入部分是用于调整终端参数的，程序运行的时候可以动态地调整终端的参数。这需要修改终端属性为 非规范模式(raw/半raw模式)，实现： 1. 关闭行缓冲 → 按键立即传递给程序，无需回车；2. 关闭回显 → 按下的按键不在终端显示，界面干净整洁。
终端属性的修改，依赖 Unix/Linux 专属的 <termios.h> 头文件，核心操作是：
tcgetattr(int fd, struct termios *tp) ：读取当前终端属性并保存
tcsetattr(int fd, int opt, struct termios *tp) ：写入修改后的终端属性生效
STDIN_FILENO ：标准输入文件描述符，固定值0，代表终端
核心修改的终端属性位：
c_lflag ：本地模式标志位，我们要修改的行缓冲、回显都在这个参数里
ICANON ：关闭该位 → 关闭行缓冲（规范模式）
ECHO ：关闭该位 → 关闭按键回显
/*more03.c*/#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<termios.h>// 终端属性修改的核心头文件#include<unistd.h>// STDIN_FILENO 定义在这个头文件里#define PAGELINE 24#define LINELEN 512voiddo_more(FILE *fp);intsee_more(FILE *cmd);voidset_term_noecho_nocanon(struct termios *oldt); // 关闭缓冲和回显voidset_term_restore(struct termios *oldt); // 恢复终端原属性intmain(int argc, char *argv[]){ FILE *fp; if (argc == 1) do_more(stdin); else while (--argc) if ((fp = fopen(*++argv, "r")) != NULL) { do_more(fp); fclose(fp); } else exit(1); return 0;}voiddo_more(FILE *fp){ char line[LINELEN]; int num_of_lines = 0; int reply; FILE *fp_tty; struct termios old_term; // 定义结构体，保存终端原始属性 fp_tty = fopen("/dev/tty", "r"); set_term_noecho_nocanon(&old_term); // 进入程序后，立即修改终端属性 while (fgets(line, LINELEN, fp)) { //读取一行内容 if (num_of_lines == PAGELINE) { //判断是否满页 reply = see_more(fp_tty); //调用交互函数 if (reply == 0) { //按q则退出 set_term_restore(&old_term);// 按q退出时，先恢复终端属性 break; } num_of_lines -= reply; //精准回退行数 } if (fputs(line, stdout) == EOF) //输出一行内容 exit(1); //输出失败则退出 num_of_lines++; //行数+1 } set_term_restore(&old_term); // 文件读完后，恢复终端属性}intsee_more(FILE *cmd){ int ch; printf("\033[7m --more-- \033[m"); //提示反白显示 fflush(stdout); // 强制刷新缓冲区，确保提示文字先显示 while ((ch = getc(cmd)) != EOF) { //用户输入 if (ch == '\n') { //回车则显示下一行 printf("\r\033[K"); // 清除提示文字，光标回行首 return 1; } if (ch == ' ') { //空格显示下一页 printf("\r\033[K"); // 清除提示文字，光标回行首 return PAGELINE; } if (ch == 'q' || ch == 'Q') { //退出 printf("\r\033[K"); // 清除提示文字，光标回行首 return 0; } } return 0;}//关闭终端的行缓冲和回显voidset_term_noecho_nocanon(struct termios *oldt){ struct termios newt; tcgetattr(STDIN_FILENO, oldt); // 保存原始终端属性到oldt newt = *oldt; newt.c_lflag &= ~ICANON; // 关闭 ICANON 位,关闭行缓冲，无需回车 newt.c_lflag &= ~ECHO; // 关闭 ECHO 位,关闭按键回显，不显示输入字符 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &newt); //立即应用修改后的属性}//恢复终端的原始属性voidset_term_restore(struct termios *oldt){ tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, oldt); // 恢复原始属性，立即生效}
