Docker —— 隔離的基本操作（1）

Docker —— 隔離的基本操作（1）

    • 1. 用戶和權限隔離
    • 2. 進程隔離
    • 3. 文件系統隔離
    • 4. 資源隔離（Cgroups）
    • 5. 網絡隔離
    • 6. 安全增強（SELinux/AppArmor）
    • 7. 容器技術（Docker/LXC）
    • 總結
  • dd
    • 基本語法
    • 常見用途示例
      • 1. 磁盤/分區備份（克隆）
      • 2. 創建空文件（預分配空間）
      • 3. 銷毀磁盤數據（安全擦除）
      • 4. 復制 ISO 到 U 盤（制作啟動盤）
      • 5. 修改文件部分內容
      • 6. 測試磁盤讀寫速度
    • 注意事項
    • 總結
  • mkfs
    • 基本語法
    • 常見文件系統類型
      • `mkfs` 命令參數詳解
      • 常見文件系統專用參數示例
        • 1. ext4 文件系統
        • 2. FAT/VFAT 文件系統
        • 3. XFS 文件系統
    • 常用操作示例
      • 1. 格式化分區為 ext4（Linux 常用）
      • 2. 格式化 U 盤為 FAT32（兼容 Windows/macOS）
      • 3. 格式化并啟用 XFS（適合大文件）
      • 4. 檢查設備后再格式化
    • 高級選項
      • 1. 調整 inode 數量（適用于大量小文件）
      • 2. 啟用文件系統加密（ext4）
      • 3. 指定塊大小（block size）
    • 注意事項
    • 總結
  • df
  • `df` 命令詳解
    • 基本語法
    • 常用選項
    • 常用示例
    • 輸出字段說明
    • 實用技巧
  • mount
  • `mount` 命令詳解
    • 基本語法
    • 常用選項
    • 常用掛載選項 (`-o`)
    • 常用示例
    • `/etc/fstab` 文件格式
    • 卸載文件系統
    • 常見問題解決

我們之前已經了解了Docker技術架構演進的一個基本路線，如果還沒有了解的小伙伴可以點擊這里：

https://blog.csdn.net/qq_67693066/article/details/147678726

今天我們在學習Docker之前，我們先來了解一下操作系統自帶的隔離，主要是要大家意識到，隔離并不是Docker的獨家，操作系統自己早就實現了隔離，并且這些命令對于之后的Docker學習也是有幫助的。

Linux 操作系統通過多種機制實現進程、用戶、文件系統、網絡等資源的隔離，確保安全性和穩定性。以下是 Linux 的主要隔離技術及其實現方式：

1. 用戶和權限隔離

Linux 使用 用戶（User）和組（Group） 進行權限控制，確保不同用戶只能訪問授權資源：

  • uid（用戶ID）和 gid（組ID）：每個進程和文件都有所屬用戶和組。
  • chmod、chown：控制文件訪問權限（rwx）。
  • sudo 和 su：限制普通用戶執行特權操作。
  • /etc/passwd 和 /etc/shadow：存儲用戶信息，密碼加密存儲。

示例：

# 查看當前用戶信息
id
# 修改文件權限
chmod 600 /path/to/file  # 僅所有者可讀寫
chown user:group /path/to/file

2. 進程隔離

Linux 內核通過 命名空間（Namespaces） 實現進程間的隔離：

命名空間類型作用
PID進程ID 獨立（不同命名空間的進程看不到彼此）
Mount (mnt)文件系統掛載點隔離
Network (net)獨立網絡棧（IP、端口、路由表等）
UTS主機名和域名隔離
IPC進程間通信（消息隊列、共享內存等）隔離
User用戶和組ID 隔離（容器內 root ≠ 宿主機 root）
Cgroup (cgroup)控制資源使用（CPU、內存等）

示例：查看進程的命名空間

ls -l /proc/$$/ns  # 查看當前進程的命名空間

3. 文件系統隔離

  • chroot：修改進程的根目錄，限制其訪問范圍（早期容器技術）。
  • OverlayFS：聯合文件系統（Docker 使用），實現分層存儲。
  • mount --bind：掛載特定目錄，實現文件訪問控制。

示例：使用 chroot 創建隔離環境

# 創建一個簡單的隔離環境
mkdir -p /jail/{bin,lib64}
cp /bin/bash /jail/bin/
cp /lib64/{ld-linux-x86-64.so.2,libc.so.6} /jail/lib64/
chroot /jail /bin/bash  # 進入隔離環境

4. 資源隔離（Cgroups）

Control Groups (cgroups) 限制進程的資源使用：

  • CPU：分配 CPU 時間片。
  • Memory：限制內存使用。
  • I/O：控制磁盤讀寫帶寬。
  • Network：限制網絡帶寬。

示例：使用 cgroups v2 限制進程內存

# 創建 cgroup
mkdir /sys/fs/cgroup/memory/mycgroup
echo 100000000 > /sys/fs/cgroup/memory/mycgroup/memory.limit_in_bytes
# 將進程加入 cgroup
echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/mycgroup/cgroup.procs

5. 網絡隔離

  • Network Namespace：每個容器/進程有獨立的網絡棧。
  • iptables/nftables：防火墻規則隔離流量。
  • veth 虛擬設備：連接不同網絡命名空間。
  • bridge：虛擬交換機管理容器網絡。

示例：創建網絡命名空間

ip netns add mynetns  # 創建網絡命名空間
ip netns exec mynetns ip a  # 在命名空間內執行命令

6. 安全增強（SELinux/AppArmor）

  • SELinux（Security-Enhanced Linux）：強制訪問控制（MAC），限制進程權限。
  • AppArmor：基于配置文件限制進程能力。

示例：查看 SELinux 狀態

sestatus

7. 容器技術（Docker/LXC）

容器是上述隔離技術的組合：

  • Docker：使用 Namespaces + Cgroups + OverlayFS 實現輕量級虛擬化。
  • LXC：Linux 原生容器，直接調用內核功能。

示例：運行一個 Docker 容器

docker run -it --rm alpine sh

總結

隔離類型技術作用
用戶隔離uid/gid, sudo限制用戶權限
進程隔離Namespaces進程間資源隔離
文件系統隔離chroot, OverlayFS限制文件訪問
資源隔離Cgroups限制 CPU、內存等
網絡隔離Network Namespace, iptables獨立網絡環境
安全增強SELinux, AppArmor防止提權攻擊
容器Docker, LXC綜合隔離

我們今天主要來看進程隔離和文件隔離，但是在這之前，我們先了解幾個命令：

dd

dd 是 Linux/Unix 系統中一個強大的 磁盤和文件操作工具，主要用于 數據復制、轉換和備份。它可以直接訪問設備文件，適用于磁盤克隆、創建鏡像文件、數據擦除等場景。

基本語法

dd if=輸入文件 of=輸出文件 [選項]
  • if（input file）：輸入源（文件或設備，如 /dev/sda）
  • of（output file）：輸出目標（文件或設備）
  • 其他常用選項：
    • bs：塊大小（默認 512B，建議設為 1M 或 4K 提高效率）
    • count：復制的塊數
    • skip：跳過輸入文件開頭的塊
    • seek：跳過輸出文件開頭的塊
    • status=progress：顯示進度（GNU dd 支持）

常見用途示例

1. 磁盤/分區備份（克隆）

# 備份整個磁盤到鏡像文件
sudo dd if=/dev/sda of=/backup/sda.img bs=4M status=progress# 恢復鏡像到磁盤
sudo dd if=/backup/sda.img of=/dev/sda bs=4M status=progress
  • 適用場景：全盤備份、系統遷移。

2. 創建空文件（預分配空間）

# 創建一個 1GB 的空文件
dd if=/dev/zero of=testfile bs=1M count=1024
  • /dev/zero：提供空字符流。

我們來試試這個，這個比較方便：
在這里插入圖片描述
我們打開testfile，寫一行hello world：
在這里插入圖片描述
然后我們可以將所有的小寫字母轉換成大寫：

dd if=testfile of=testfile_2 conv=ucase

在這里插入圖片描述

3. 銷毀磁盤數據（安全擦除）

# 用零填充整個磁盤（不可恢復）
sudo dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=4M status=progress# 隨機數據填充（更安全）
sudo dd if=/dev/urandom of=/dev/sdb bs=4M status=progress
  • 注意：操作不可逆，務必確認目標設備！

4. 復制 ISO 到 U 盤（制作啟動盤）

sudo dd if=ubuntu.iso of=/dev/sdb bs=4M status=progress conv=fsync
  • /dev/sdb 是 U 盤設備（用 lsblk 確認）。
  • conv=fsync：確保數據完全寫入。

5. 修改文件部分內容

# 替換文件開頭 1KB 為 0
dd if=/dev/zero of=file.bin bs=1K count=1 conv=notrunc
  • notrunc：不截斷原文件，僅覆蓋指定部分。

6. 測試磁盤讀寫速度

# 寫入速度測試
dd if=/dev/zero of=./testfile bs=1G count=1 oflag=direct# 讀取速度測試
dd if=./testfile of=/dev/null bs=1G count=1 iflag=direct
  • oflag=direct/iflag=direct：繞過緩存，測真實速度。

注意事項

  1. 謹慎操作：

    • dd 直接操作設備，輸入錯誤可能導致數據丟失！
    • 務必確認 if 和 of 參數（如誤將 of=/dev/sda 寫成 if=/dev/sda 會覆蓋系統盤）。

  2. 進度查看：

    • 較新版本的 dd 支持 status=progress。
    • 舊版本可通過發送 USR1 信號查看進度：
      kill -USR1 $(pgrep ^dd)  # 另開終端執行

  3. 替代工具：

    • pv：顯示進度條（需安裝）：
      pv /dev/sda > sda.img
    • rsync：更安全的文件同步。

總結

用途命令示例
磁盤備份dd if=/dev/sda of=/backup/sda.img bs=4M status=progress
制作啟動盤dd if=ubuntu.iso of=/dev/sdb bs=4M conv=fsync
安全擦除磁盤dd if=/dev/urandom of=/dev/sdb bs=4M status=progress
創建大文件dd if=/dev/zero of=largefile bs=1M count=1024
測試磁盤速度dd if=/dev/zero of=./testfile bs=1G count=1 oflag=direct

dd 的核心功能就是“從輸入源（if）讀取原始數據，原封不動地寫入輸出目標（of）”，像一個二進制搬運工。

mkfs

mkfs（Make Filesystem）是 Linux 中用于 創建文件系統 的命令，相當于對磁盤或分區進行“格式化”。它會在目標設備（如分區、磁盤、鏡像文件）上寫入文件系統的元數據，使其能夠被操作系統識別和使用。

基本語法

mkfs [選項] 設備或文件

或通過指定文件系統類型：

mkfs.文件系統類型 [選項] 設備或文件

例如：

mkfs.ext4 /dev/sdb1  # 將 /dev/sdb1 格式化為 ext4
mkfs.vfat /dev/sdc1  # 格式化為 FAT32

常見文件系統類型

文件系統命令適用場景
ext4mkfs.ext4Linux 默認文件系統（推薦）
ext3mkfs.ext3舊版 Linux 兼容
ext2mkfs.ext2極簡需求（無日志功能）
XFSmkfs.xfs大文件、高性能（企業級）
Btrfsmkfs.btrfs支持快照、壓縮（現代文件系統）
FAT32mkfs.vfatU盤、跨平臺（Windows/macOS/Linux）
NTFSmkfs.ntfsWindows 專用（需 ntfs-3g 包）

mkfs 命令參數詳解

參數說明示例
-t fstype指定要創建的文件系統類型（如 ext3, ext4, xfs, vfat 等）mkfs -t ext4 /dev/sdb1
filesys目標設備文件名（如 /dev/sdb1）或鏡像文件mkfs.ext4 /dev/sdb1
blocks指定文件系統的磁盤塊數（一般自動計算，手動指定較少使用）mkfs.ext4 /dev/sdb1 204800（20萬塊）
-V詳細模式（顯示操作過程）mkfs -V -t ext4 /dev/sdb1
fs-options傳遞給具體文件系統的參數（需在 filesys 前指定）mkfs.ext4 -b 4096 /dev/sdb1

常見文件系統專用參數示例

1. ext4 文件系統
參數說明示例
-b block-size指定塊大小（如 1024, 4096）mkfs.ext4 -b 4096 /dev/sdb1
-L volume-label設置卷標mkfs.ext4 -L "mydata" /dev/sdb1
-m reserved-blocks-percent保留空間百分比（默認5%）mkfs.ext4 -m 1 /dev/sdb1（設為1%）
-O feature啟用特性（如 encrypt, quota）mkfs.ext4 -O encrypt /dev/sdb1
2. FAT/VFAT 文件系統
參數說明示例
-F fat-size指定 FAT 類型（12, 16, 32）mkfs.vfat -F 32 /dev/sdc1
-I強制格式化整個設備（無分區表）mkfs.vfat -I /dev/sdd
3. XFS 文件系統
參數說明示例
-f強制覆蓋現有文件系統mkfs.xfs -f /dev/sdb2
-d agcount=N設置分配組數量（性能調優）mkfs.xfs -d agcount=4 /dev/sdb2

常用操作示例

1. 格式化分區為 ext4（Linux 常用）

sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1
  • 選項：
    • -L：設置卷標（如 -L "mydata"）
    • -m 0：減少保留空間（默認 5%，-m 0 設為 0% 以最大化可用空間）

我們將剛剛的testfile格式化為ext4格式：
在這里插入圖片描述

2. 格式化 U 盤為 FAT32（兼容 Windows/macOS）

sudo mkfs.vfat -F 32 /dev/sdc1
  • -F 32：強制 FAT32 格式（默認可能格式化為 FAT16）

3. 格式化并啟用 XFS（適合大文件）

sudo mkfs.xfs -f /dev/sdb2
  • -f：強制覆蓋現有文件系統

4. 檢查設備后再格式化

lsblk                     # 確認設備路徑（如 /dev/sdb1）
sudo blkid /dev/sdb1      # 查看當前文件系統類型
sudo umount /dev/sdb1     # 先卸載（如果已掛載）
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1  # 再格式化

高級選項

1. 調整 inode 數量（適用于大量小文件）

sudo mkfs.ext4 -N 1000000 /dev/sdb1  # 分配 100 萬個 inode

2. 啟用文件系統加密（ext4）

sudo mkfs.ext4 -O encrypt /dev/sdb1

3. 指定塊大小（block size）

sudo mkfs.ext4 -b 4096 /dev/sdb1  # 4KB 塊（適合 SSD）

注意事項

  1. 數據會丟失！
    格式化會清空目標設備的所有數據，操作前務必確認設備路徑。

  2. 必須先卸載分區

    sudo umount /dev/sdb1  # 卸載
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1

  3. SSD 優化
    對 SSD 建議使用 ext4 或 f2fs，并啟用 TRIM：

    sudo mkfs.ext4 -E discard /dev/nvme0n1p1

  4. 修復誤格式化
    如果誤格式化，可嘗試用 testdisk 或 photorec 恢復數據（但不保證成功）。

總結

操作命令示例
格式化 ext4sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1
格式化 FAT32sudo mkfs.vfat -F 32 /dev/sdc1
強制覆蓋現有文件系統sudo mkfs.xfs -f /dev/sdb2
設置卷標sudo mkfs.ext4 -L "mydata" /dev/sdb1
優化 SSDsudo mkfs.ext4 -E discard /dev/nvme0n1p1

df

df 命令詳解

df (Disk Filesystem) 命令用于顯示 Linux 系統中文件系統的磁盤空間使用情況。它可以顯示所有已掛載文件系統的可用空間和已用空間。

基本語法

df [選項] [文件或目錄]

常用選項

選項說明
-a顯示所有文件系統，包括虛擬文件系統
-h以人類可讀格式顯示 (KB, MB, GB)
-H類似 -h，但以 1000 為換算單位而非 1024
-i顯示 inode 使用情況而非塊使用情況
-k以 KB 為單位顯示
-l只顯示本地文件系統
-P使用 POSIX 輸出格式
-T顯示文件系統類型
-t <類型>只顯示指定類型的文件系統
-x <類型>排除指定類型的文件系統

常用示例

  1. 顯示所有文件系統使用情況：

    df

  2. 以人類可讀格式顯示：

    df -h

    輸出示例：

    Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda1        20G  5.2G   14G  28% /
tmpfs           1.9G     0  1.9G   0% /dev/shm

  3. 顯示指定文件系統的使用情況：

    df -h /dev/sda1

  4. 顯示文件系統類型：

    df -T

  5. 顯示 inode 使用情況：

    df -i

  6. 只顯示 ext4 文件系統：

    df -t ext4

  7. 排除特定文件系統類型：

    df -x tmpfs

輸出字段說明

字段說明
Filesystem文件系統對應的設備文件
Size文件系統總大小
Used已用空間
Avail可用空間
Use%使用百分比
Mounted on掛載點

實用技巧

  1. 快速查看磁盤使用情況：

    df -h --output=source,size,used,avail,pcent,target

  2. 按使用百分比排序：

    df -h | sort -k5 -n -r

  3. 監控特定掛載點：

    watch -n 1 'df -h /home'

  4. 結合 grep 過濾結果：

    df -h | grep -v tmpfs

這個命令比較簡單，我們舉一個簡單的例子：
在這里插入圖片描述

df 命令是 Linux 系統管理員監控磁盤使用情況的重要工具，經常與 du 命令配合使用來分析和解決磁盤空間問題。

mount

mount 命令詳解

mount 命令用于掛載文件系統到 Linux 目錄樹中的指定掛載點。它是 Linux 系統管理中最基礎且重要的命令之一。

基本語法

mount [-選項] [設備] [掛載點]
mount [-選項] [-t 文件系統類型] [-o 掛載選項] 設備 掛載點

常用選項

選項說明
-a掛載 /etc/fstab 中所有文件系統
-t指定文件系統類型 (ext4, ntfs, vfat 等)
-o指定掛載選項 (多個選項用逗號分隔)
-l顯示已掛載設備及其標簽
-v顯示詳細執行過程
-r以只讀模式掛載
-w以讀寫模式掛載 (默認)

常用掛載選項 (-o)

選項說明
ro/rw只讀/讀寫掛載
remount重新掛載已掛載的文件系統
noexec不允許執行二進制文件
nosuid忽略 suid/sgid 位
nodev不解釋設備文件
sync/async同步/異步 I/O 操作
defaults使用默認選項 (rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async)
user允許普通用戶掛載
nouser只允許 root 掛載 (默認)
loop掛載鏡像文件

常用示例

  1. 顯示當前已掛載的文件系統：

    mount

    或

    mount -l

  2. 掛載設備到目錄：

    mount /dev/sdb1 /mnt/data

我們來試試：
在這里插入圖片描述

  1. 指定文件系統類型掛載：

    mount -t ext4 /dev/sdb1 /mnt/data

  2. 掛載 ISO 鏡像文件：

    mount -o loop ubuntu.iso /mnt/iso

  3. 掛載 USB 設備 (FAT32)：

    mount -t vfat /dev/sdc1 /mnt/usb

  4. 掛載 Windows 共享 (CIFS/SMB)：

    mount -t cifs //server/share /mnt/share -o username=user,password=pass

  5. 重新掛載為只讀：

    mount -o remount,ro /dev/sdb1

  6. 掛載所有 /etc/fstab 中的文件系統：

    mount -a

  7. 掛載帶特殊選項：

    mount -o noexec,nosuid /dev/sdb1 /mnt/data

/etc/fstab 文件格式

/etc/fstab 文件用于定義自動掛載的文件系統，格式如下：

設備/UUID 掛載點 文件系統類型 掛載選項 dump fsck

示例：

/dev/sdb1 /mnt/data ext4 defaults 0 2
UUID=1234-5678 /mnt/usb vfat defaults 0 0

卸載文件系統

使用 umount 命令卸載：

umount /mnt/data

或

umount /dev/sdb1

常見問題解決

  1. 設備忙無法卸載：

    fuser -vm /mnt/data  # 查看哪個進程在使用
fuser -km /mnt/data  # 終止使用該掛載點的進程
umount /mnt/data

  2. 掛載 NTFS 分區：

    mount -t ntfs-3g /dev/sdb1 /mnt/ntfs

  3. 掛載時修復錯誤：

    fsck /dev/sdb1
mount /dev/sdb1 /mnt/data

mount 命令是 Linux 系統管理中不可或缺的工具，合理使用可以靈活管理各種存儲設備和網絡共享。

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文章目錄 :red_circle:一、二叉搜索樹的概念:red_circle:二、二叉搜索樹的性能分析:red_circle:三、二叉搜索樹的操作&#xff08;一&#xff09;插入&#xff08;二&#xff09;查找&#xff08;三&#xff09;刪除 :red_circle:四、二叉搜索樹的實現代碼&#xff08;一&#…
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【Linux相關】實時查看Nvidia-smi使用情況

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【Linux相關】 實時查看Nvidia-smi使用情況 文章目錄 實時查看Nvidia-smi使用情況 實時查看Nvidia-smi使用情況 在本地終端執行下述語句 watch -n 1 nvidia-smi每一秒都會更新&#xff0c;將 1 改為其他數字可以滿足不同需求
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Kotlin密封類優化Android狀態管理

Kotlin密封類優化Android狀態管理

Kotlin 的密封類&#xff08;Sealed Class&#xff09;確實是 Android 開發中管理復雜 UI 狀態的利器。它通過類型安全的層次結構&#xff0c;讓狀態管理代碼更加清晰簡潔。讓我們從實際開發場景出發&#xff0c;深入探討其應用&#xff1a; 一、密封類核心優勢 受限的類繼承…
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JavaWeb：SpringBootWeb快速入門

JavaWeb：SpringBootWeb快速入門

介紹 Spring SpringBoot 入門程序 需求 步驟 修改端口 1.新建application.yml #設置端口 server:port: 8081入門程序-分析 為什么main方法能啟動web應用-內嵌tomcat 為什么tomcat能定位HelloController程序 請求先到DisPatcherServlet&#xff0c;根據路徑轉發 小結 1.…
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Unity學習筆記二

Unity學習筆記二

文章目錄 3D數學公共計算結構體Mathf常用成員三角函數 向量Vector3基本成員點乘叉乘插值運算 四元數引出基本概念Quaternion結構體成員四元數運算 更多的Mono延遲函數協同程序多線程相關協程概念辨析協程本體協程調度器 Resources資源動態加載特殊文件夾Resources同步加載Resou…
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為什么Transformer推理需要做KV緩存

為什么Transformer推理需要做KV緩存

一、我們先來回憶一下在transformer中KV在哪里出現過&#xff0c;都有什么作用&#xff1f; α的計算過程&#xff1a; 這里引入三個向量&#xff1a; 圖中的q為Query&#xff0c;用來匹配key值 圖中的k為key,用來被Query匹配 圖中的Value&#xff0c;是用來被進行加權平均的 由…
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【大模型面試】大模型（LLMs）高頻面題全面整理（★2025年5月最新版★）

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【大模型面試】大模型&#xff08;LLMs&#xff09;高頻面題全面整理&#xff08;★2025年5月最新版★&#xff09; &#x1f31f; 嗨&#xff0c;你好&#xff0c;我是 青松 &#xff01; &#x1f308; 自小刺頭深草里&#xff0c;而今漸覺出蓬蒿。 本筆記適合大模型初學者和…
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JAVA：使用 iTextPDF 處理 PDF 的技術詳解

JAVA：使用 iTextPDF 處理 PDF 的技術詳解

1、簡述 iTextPDF 是一個功能強大的 Java PDF 庫，可以用來創建、修改和處理 PDF 文檔。通過它，我們可以完成如生成 PDF、讀取 PDF 內容、添加水印、合并 PDF 等多種操作。本篇博客將詳細介紹 iTextPDF 的使用方法，并提供一些實踐樣例，幫助開發者快速上手。 樣例代碼: htt…
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模態與非模態窗口及使用時的數據交互

模態與非模態窗口及使用時的數據交互

模態窗口使用exec()方法顯示&#xff0c;會阻塞父窗口&#xff0c;直到對話框關閉&#xff1b; 非模態對話框允許同時操作主窗口和設置窗口&#xff0c;使用show()。 模態和非模態的主要區別在于用戶能否與父窗口交互&#xff0c;非模態更適合需要頻繁切換的場景。非模態窗口需…
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