深入理解Node.js 的 API 设计的源头:POSIX

开发 前端
POSIX 标准是操作系统能力的标准,定义了操作系统应该暴露什么 api 给应用程序,包括 shell 命令、c 函数库、系统调用等标准。

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如果你用过 Node.js 的 api,会不会觉得奇怪,为什么 api 的名字是这样的:

比如创建目录:

  1. const fs = require('fs'); 
  2.  
  3. fs.mkdir('/a/b/c', { recursive: true }, (err) => { 
  4.   if (err) throw err; 
  5. }); 

创建进程:

  1. const childProcess = require('child_process'); 
  2.  
  3. childProcess.fork('a/b/c.js'); 
  4. childProcess.execFile('a/b/dddd'); 
  5. childProcess.exec('"/path/to/test file/test.sh" arg1 arg2'); 
  6. childProcess.spawn('ls', ['-lh''/usr']); 

mkdir、fork、exec、spawn 等,这些名字是怎么起的?

如果你用过 linux 命令或者 c 的函数库,你会发现这些 api 在命令和 c 函数库中也都是这个名字。

为什么会这样呢?这些 api 是什么标准么?

没错,这就是 POSIX 标准

POSIX 是什么

POSIX 是 portable operating system interface (可移植的操作系统接口)的缩写,x 是 unix 的意思,也就是从 unix 继承而来。

因为不同操作系统如果提供的函数和系统调用不一样,那么基于操作系统的上层应用程序的源代码就不一样,这就导致了一个平台写的代码没法在另一个平台上编译。

怎么办呢?

如果每个操作系统提供的 api 一样呢?不管操作系统底层怎么实现这些能力的,只要暴露出同样的 api 给应用程序即可,这样源代码是跨平台的,在不同的操作系统上编译之后就能跑起来。

这个统一操作系统暴露的 api 的标准就是 POSIX。

可以把这个 POSIX 标准理解为 ts 里面定义的一个 interface,只要实现了这个 interface 的 api 就是兼容 POSIX 标准的。

POSIX 最早是 unix 扩展而来,linux 实现了这个 POSIX 的标准,而后来 windows 迫于压力,也不得不兼容了 POSIX 标准,不然很多 linux 的应用程序在 windows 上就跑不起来。我们常用的 osx 也是。

所以说,POSIX 是操作系统向上层应用提供能力的一些标准接口,包括系统调用、c 函数库、shell 命令。

  • 所谓的标准是指被 ISO 国际标准化组织承认的,这是一个国际组织,成员遍布各个国家,是制定各种国际标准的组织。POSIX 就是 ISO/IEC 9945 标准(IEC 是电子方向的标准化组织)。其实 POSIX 是 IEEE 提出来的,这是一个美国的标准化组织,他提出的标准被 ISO 承认会成为国际标准,比如 POSIX 就是他们提出的 IEEE Std 1003 标准,现在被 ISO 承认,成为了 ISO/IEC 9945 标准。

POSIX 有哪些内容

我们来看一下支持 posix 的 linux 提供了哪些系统调用(系统调用指的是在内核代码中提供的程序):

进程控制:

  • fork 创建一个新进程
  • execv 运行可执行文件
  • exit 中止进程

文件读写

  • open 打开文件
  • close 关闭文件描述符
  • write 写文件
  • read 读文件
  • truncate 截断文件
  • fsync 把文件在内存的部分写入磁盘

文件系统相关

  • access 确定文件是否可存取
  • chdir 改变当前工作目录
  • chown 改变文件的属主或者用户组
  • stat 取文件状态信息
  • mkdir 创建目录
  • symlink 创建符号链接
  • unlink 删除链接

这些系统调用很多在 Node.js 里有同名的 api,shell 也有同名的命令:

比如:

  1. fs.stats 
  2. fs.access 
  3. fs.chown 
  4. fs.mkdir 
  5.  
  6. fs.open 
  7. fs.close 
  8. fs.read 
  9. fs.write 
  10.  
  11. child_process.fork 
  12. child_process.exec 
  13. child_process.execFile 

Node.js api 的特点

Node.js 是一个 js 的运行时,基于 v8 来注入很多提供操作系统能力的 api 给 js 调用,而这些 api 的设计很多都是直接用的 POSIX 标准的 api 名字,没有做很多抽象。

Java 的 JRE(java runtime) 也提供了操作系统能力的抽象,但是那些 api 却和操作系统 POSIX 的 api 关系不大,而且融入了很多设计模式的东西,比如 io 流的装饰器模式。

Node.js 的 api 的特点就是抽象并不多,而且很多 api 名字和 linux 命令都很像,贴近 POSIX 标准。所以学习 Node.js 的时候还是要学习下 linux 命令的,这两者在设计上有一定的关系。

总结

POSIX 标准是操作系统能力的标准,定义了操作系统应该暴露什么 api 给应用程序,包括 shell 命令、c 函数库、系统调用等标准。POSIX 标准使得应用程序在源码层面是可以跨平台移植的,分别在不同平台做编译即可。

POSIX 是 ISO 承认的国际化标准,最早是由美国的一个标准协会 IEEE 提出的。ISO 是专门定制国际标准的组织,有很多国家的成员参与。

Node.js 的 api 并没有做很多抽象,名字也很大部分和 POSIX 标准的 api 比较像,这是它的特点,相比之下,JRE 暴露给 java 的 api 则做了很多抽象。

因为 Node.js 的 api 很多和 c 函数库、shell 命令比较接近,所以学习 Node.js 结合学习 shell 命令,或者会 c 的可以再学下系统的函数库会有更多的收获。

了解 POSIX,是理解 Node.js api 设计,学好 Node.js 的前提。

 

责任编辑:姜华 来源: 神光的编程秘籍
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