关于 pipe() 的补充

上节课没讲清楚的细节

• pipe read 在没有数据时会等待
• pipe write 在有读者打开时，会写入操作系统的缓冲区并返回

pipe write() 的原子性

• write 如果 “不太多”，一对 write-read 是原子的
• write 如果超过 PIPE_BUF，可能会被拆成多份

RTFM: pipe (7)

• UNIX 时代遗留的限制

如何读手册：效果检查

如果读者关闭，会收到 SIGPIPE 信号

• 经常看到的 “Broken Pipe”

看见 SIGPIPE

• “看不到” 的 SIGPIPE
  • (yes; echo $? > /dev/stderr) | head -n 1
• “看得到” 的 SIGPIPE
  • python3 -c 'while True: print(1)' | head -n 1

类似地，“分块” 行为也可以用程序复现

系统调用是地基，C 语言是框架

C 语言：世界上 “最通用” 的高级语言

• C 是一种 “高级汇编语言”
  • AskGPT: 为什么称 C 语言是高级的汇编语言？
  • 作为对比，C++ 更好用，但也更难移植
• 系统调用的一层 “浅封装”

C23: 和 -frwapv 说再见！

constexpr int n = 5 + 4;  // ???
typeof(n) arr[n];  // ???

[[maybe_unused]] auto* ptr = foo();  // ???
ptr = nullptr;  // ???

The C Standard Library

语言机制上的运行库

• 大部分可以用 C 语言本身实现
• 少部分需要一些 “底层支持”
  • 例子：体系结构相关的内联汇编

库也被标准化

• ISO IEC 标准的一部分
• POSIX C Library 的子集
  • 稳定、可靠 (不用担心升级版本会破坏实现)
  • 极佳的移植性：包括你自己的操作系统！

如何 “实现” 一个 libc？

Freestanding shell 里就有一个迷你 “libc”

• 系统调用
  • syscall
  • (通常系统调用封装成 C 函数)
• 库函数
  • strlen, zalloc, ...
• _start
  • “C Runtime Library”
  • -Wl,--verbose 时可以看到链接列表：Scrt1.o, crti.o, crtendS.o

学习已有 libc 的实现

调试 glibc？

• 不，你不想
• glibc 的代码有非常沉重的历史包袱
  • 以及非常多的优化——都是对 “理解原理” 的阻碍
  • 新手阅读体验极差

基本原则：总有办法的

• 让 AI Copilot 帮你解释代码 (这个可以有)
• 是否有比 glibc 更适合学习的 libc 实现？
  • (我承认我不如 AI)
  • 幸好我还做了正确的选择：musl

学习已有 libc 的实现 (cont'd)

下载源码不难，难的是怎么 “使用” 下载的 libc

• 我们知道可以使用 gcc 和 ld
• 但到底应该用什么编译选项？

如何使用我自己的 clang、musl 替代 glibc 编译程序？

• 当然，我们还是选择自己编译
  • 比较重要的选项
    • -O1: 减少优化级别，便于查看状态
    • -g3: 增加调试信息
  • 使用 musl-gcc 静态编译
• 试一试：从第一条指令开始调试一个 C 程序