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Linux 程序设计入门----一本好书

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Linux 程序设计入门
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目录
目录.........................................................................................................................................................2
一、LINUX程序设计基础知识.............................................................................................................4
1、源程序的编译...............................................................................................................................4
2、MAKEFILE的编写..........................................................................................................................4
3、程序库的链接...............................................................................................................................7
4、程序的调试..................................................................................................................................8
5、头文件和系统求助.......................................................................................................................8
二、进程介绍.........................................................................................................................................8
1、进程的标志..................................................................................................................................8
2、进程的创建................................................................................................................................10
3、守护进程的创建.........................................................................................................................12
三、文件操作.......................................................................................................................................13
1、文件的创建和读写.....................................................................................................................13
2、文件的各个属性.........................................................................................................................16
3、目录文件的操作.........................................................................................................................17
4、管道文件....................................................................................................................................18
四、时间的概念...................................................................................................................................21
1、时间表示....................................................................................................................................21
2、时间的测量................................................................................................................................21
3、计时器的使用.............................................................................................................................22
五、信号处理.......................................................................................................................................23
1、信号的产生................................................................................................................................23
2、信号操作....................................................................................................................................24
3、其它信号函数.............................................................................................................................27
4、一个实例....................................................................................................................................27
六、消息管理.......................................................................................................................................30
1、POSIX无名信号量.....................................................................................................................30
2、SYSTEM V信号量........................................................................................................................30
3、SYSTEMV消息队列.....................................................................................................................33
4、SYSTEMV共享内存.....................................................................................................................36
七、线程操作.......................................................................................................................................37
1、线程的创建和使用.....................................................................................................................37
八、网络编程.......................................................................................................................................41
1、LINUX网络知识介绍...................................................................................................................41
2、初等网络函数介绍（TCP）......................................................................................................42
3、服务器和客户机的信息函数......................................................................................................47
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4、完整的读写函数.........................................................................................................................49
5、用户数据报发送.........................................................................................................................51
6、高级套接字函数.........................................................................................................................54
7、TCP/IP协议...............................................................................................................................56
8、套接字选项................................................................................................................................60
9、服务器模型................................................................................................................................62
10、原始套接字...............................................................................................................................66
11、后记..........................................................................................................................................70
九、LINUX下C开发工具介绍............................................................................................................70
1、GNU C 编译器...........................................................................................................................70
2、用 GDB 调试 GCC 程序..........................................................................................................72
3、XXGDB ........................................................................................................................................77
4、CALLS..........................................................................................................................................77
5、CALLTREE ...................................................................................................................................79
6、CPROTO.......................................................................................................................................79
7、INDENT........................................................................................................................................80
8、GPROF.........................................................................................................................................82
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一、Linux 程序设计基础知识
1、源程序的编译
在Linux 环境下面，我们首先要通过某种编辑器编辑程序的源文件，比如常用的VIM
和EMACS。如果要编译一个C 语言源程序，我们可以使用GNU 的gcc 编译器。下面我
们以一个实例来说明如何使用gcc 编译器。假设我们有下面一个非常简单的源程序（本文
程序都较简单，为节省空间缩短文本，省略注释，下同）:
/*hello.c*/
#include <stdio.h>
int main(int argc,char **argv)
{
printf("Hello Linux\n");
return 0;
}
要编译这个程序,我们只要在命令行下执行:
gcc -o hello hello.c
gcc 编译器就会为我们生成一个名为hello 的可执行文件。执行./hello 就可以看到程
序的输出结果了。命令行中 gcc 表示我们是用gcc 来编译我们的源程序，-o 选项表示我们
要求编译器给我们输出的可执行文件名为hello，而hello.c 是我们的源程序文件。
gcc 编译器有许多选项，一般来说我们只要知道其中的几个常用的就够了。
-o 选项我们已经知道了，表示我们要求输出的可执行文件名。
-c 选项表示我们只要求编译器输出目标代码，而不必要输出可执行文件。
-g 选项表示我们要求编译器在编译的时候提供对程序进行调试的信息。在以后对程序
进行调试时需要用到这些信息。
知道了这三个选项,我们就可以编译我们自己所写的简单的源程序了,如果你想要知道
更多的选项，可以查看gcc 的帮助文档,那里有着许多对其它选项的详细说明.在Linux 下进
行程序设计需要经常查阅这些帮助文档来了解程序的用法解决问题。
2、Makefile 的编写
假设我们有这样的一个程序,由以下五个文件组成，源代码如下:
/* main.c */
#include "mytool1.h"
#include "mytool2.h"
int main(int argc,char **argv)
{
mytool1_print("hello mytool1!");
mytool2_print("hello mytool2!");
return 0;
}
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/* mytool1.h */
#ifndef _MYTOOL_1_H
#define _MYTOOL_1_H
void mytool1_print(char *print_str);
#endif
/* mytool1.c */
#include "mytool1.h"
#include <stdio.h>
void mytool1_print(char *print_str)
{
printf("This is mytool1 print %s\n",print_str);
return 0;
}
/* mytool2.h */
#ifndef _MYTOOL_2_H
#define _MYTOOL_2_H
void mytool2_print(char *print_str);
#endif
/* mytool2.c */
#include "mytool2.h"
#include <stdio.h>
void mytool2_print(char *print_str)
{
printf("This is mytool2 print %s\n",print_str);
return 0;
}
当然由于这个程序是很短的，我们可以这样来编译
gcc -c main.c
gcc -c mytool1.c
gcc -c mytool2.c
gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o
这样的话我们也可以产生main 程序，而且也不是很麻烦。但是我们考虑一下，如果修
改了其中的一个文件(比如说mytool1.c)那么难道我们还要重新输入上面的命令？也许你会
说,这个很容易解决啊，我写一个SHELL 脚本，让她帮我去完成不就可以了。是的，对于
这个程序来说，是可以起到作用的。但是当我们把事情想的更复杂一点，如果我们的程序有
几百个源程序的时候，难道也要编译器重新一个一个的去编译？
为此，聪明的程序员们想出了一个很好的工具来做这件事情，这就是make。我们只要
执行make，就可以把上面的问题解决掉。在我们执行make 之前，我们要先编写一个非
常重要的文件—Makefile。对于上面的那个程序来说，可能的一个Makefile 的文件是:
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# 这是上面那个程序的Makefile 文件
main:main.o mytool1.o mytool2.o
gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o
main.o:main.c mytool1.h mytool2.h
gcc -c main.c
mytool1.o:mytool1.c mytool1.h
gcc -c mytool1.c
mytool2.o:mytool2.c mytool2.h
gcc -c mytool2.c
有了这个Makefile 文件，不论我们什么时候修改了源程序当中的文件，我们只要执行
make 命令，我们的编译器都只会去编译和我们修改的文件有关的文件，其它的文件她连理
都不想去理的。
下面我们学习Makefile 是如何编写的.
在Makefile 中由#开始的行都是注释行。Makefile 中最重要的是描述文件的依赖关系
的说明。一般的格式是:
target: components
TAB rule
第一行表示的是依赖关系。第二行是规则.
比如说我们上面的那个Makefile 文件的第二行
main:main.o mytool1.o mytool2.o
表示我们的目标(target)main 的依赖对象(components) 是main.o mytool1.o
mytool2.o 当依赖的对象在目标修改后修改的话，就要去执行规则一行所指定的命令，就象
我们的上面那个Makefile 第三行所说的一样要执行
gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o
注意规则一行中的TAB 表示那里是一个TAB 键
Makefile 有三个非常有用的变量，分别是$@、$^、$<。代表的意义分别是:
$@--目标文件，
$^--所有的依赖文件，
$<--第一个依赖文件。
如果我们使用上面三个变量，那么我们可以简化我们的Makefile 文件为:
# 这是简化后的Makefile
main:main.o mytool1.o mytool2.o
gcc -o $@ $>
main.o:main.c mytool1.h mytool2.h
gcc -c $<
mytool1.o:mytool1.c mytool1.h
gcc -c $<
mytool2.o:mytool2.c mytool2.h
gcc -c $<
经过简化后我们的Makefile 是简单了一点，不过人们有时候还想简单一点。这里我们
学习一个Makefile 的缺省规则
..c.o:
gcc -c $<
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这个规则表示所有的.o 文件都是依赖与相应的.c 文件的。例如mytool.o 依赖于
mytool.c，这样Makefile 还可以变为:
# 这是再一次简化后的Makefile
main:main.o mytool1.o mytool2.o
gcc -o $@ $^
..c.o:
gcc -c $<
好了，我们的Makefile 也差不多了。如果想知道更多的关于Makefile 规则可以查看
相应的文档.
3、程序库的链接
试着编译下面这个程序
/* temp.c */
#include <math.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc,char **argv)
{
double value;
printf("Value:%f\n",value);
return 0;
}
这个程序相当简单,但是当我们用 gcc -o temp temp.c 编译时很可能会出现下面所示
的错误，特别是当我们的GCC 版本较低的时候。
/tmp/cc33Kydu.o: In function `main':
/tmp/cc33Kydu.o(.text+0xe): undefined reference to `log'
collect2: ld returned 1 exit status
出现这个错误是因为编译器找不到log 的具体实现。虽然我们包括了正确的头文件，但
是我们在编译的时候还是要连接确定的库。在Linux 下，为了使用数学函数，我们必须和
数学库连接，为此我们要加入 -lm 选项。
gcc -o temp temp.c –lm
这样才能够正确的编译。对于一些常用的函数的实现，gcc 编译器会自动去连接一些常
用库，这样我们就没有必要自己去指定了。有时候我们在编译程序的时候还要指定库的路径,
这个时候我们要用到编译器的 -L 选项指定路径。比如说我们有一个库在
/home/hoyt/mylib 下，这样我们编译的时候还要加上 -L/home/hoyt/mylib。对于一
些标准库来说,我们没有必要指出路径.只要它们在起缺省库的路径下就可以了。系统的缺省
库的路径/lib /usr/lib /usr/local/lib 在这三个路径下面的库，我们可以不指定路径。
还有一个问题,有时候我们使用了某个函数,但是我们不知道库的名字,这个时候怎么办
呢?很抱歉,对于这个问题我也不知道答案,我只有一个傻办法.首先,我到标准库路径下面去
找看看有没有和我用的函数相关的库,我就这样找到了线程(thread)函数的库文件(libp
thread.a). 当然,如果找不到,只有一个笨方法.比如我要找sin 这个函数所在的库. 就只
好用 nm -o /lib/*.so|grep sin>~/sin 命令,然后看~/sin 文件,到那里面去找了. 在s
in 文件当中,我会找到这样的一行libm-2.1.2.so:00009fa0 W sin 这样我就知道了sin 在
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libm-2.1.2.so 库里面,我用 -lm 选项就可以了(去掉前面的lib 和后面的版本标志,就剩
下m 了所以是 -lm). 如果你知道怎么找,请赶快告诉我,我回非常感激的.谢谢!
4、程序的调试
我们编写的程序不太可能一次性就会成功的,在我们的程序当中,会出现许许多多我们
想不到的错误,这个时候我们就要对我们的程序进行调试了. 最常用的调试软件是gdb.如果
你想在图形界面下调试程序,那么你现在可以选择xxgdb.记得要在编译的时候加入 -g 选项.
关于gdb 的使用可以看gdb 的帮助文件.
5、头文件和系统求助
有时候我们只知道一个函数的大概形式,不记得确切的表达式,或者是不记得着函数在那个
头文件进行了说明.这个时候我们可以求助系统.比如说我们想知道fread 这个函数的确切形
式,我们只要执行 man fread 系统就会输出着函数的详细解释的.和这个函数所在的头文件
<stdio.h>说明了. 如果我们要write 这个函数的说明,当我们执行man write 时,输出的结
果却不是我们所需要的. 因为我们要的是write 这个函数的说明,可是出来的却是write 这个
命令的说明.为了得到write 的函数说明我们要用 man 2 write. 2 表示我们用的write 这个
函数是系统调用函数,还有一个我们常用的是3 表示函数是C 的库函数.
记住不管什么时候,man 都是我们的最好助手.
二、进程介绍
1、进程的标志
我们知道进程都有一个ID,那么我们怎么得到进程的ID 呢？系统调用getpid 可以得到
进程的ID，而getppid 可以得到父进程(创建调用该函数进程的进程)的ID。
#include <unistd>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);
进程是为程序服务的，而程序是为了用户服务的。系统为了找到进程的用户名，还为进
程和用户建立联系。这个用户称为进程的所有者.相应的每一个用户也有一个用户ID.通过系
统调用getuid 可以得到进程的所有者的ID.由于进程要用到一些资源,而Linux 对系统资源
是进行保护的,为了获取一定资源进程还有一个有效用户ID.这个ID 和系统的资源使用有关,
涉及进程的权限. 通过系统调用geteuid 我们可以得到进程的有效用户ID. 和用户ID 相对
应进程还有一个组ID 和有效组ID 系统调用getgid 和getegid 可以分别得到组ID 和有效
组ID
#include <unistd>
#include <sys/types.h>
uid_t getuid(void);
uid_t geteuid(void);
gid_t getgid(void);
git_t getegid(void);
有时候我们还会对用户的其他信息感兴趣(登录名等等),这个时候我们可以调用
getpwuid 来得到.
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struct passwd
{
char *pw_name; /* 登录名称 */
char *pw_passwd; /* 登录口令 */
uid_t pw_uid; /* 用户ID */
gid_t pw_gid; /* 用户组ID */
char *pw_gecos; /* 用户的真名 */
char *pw_dir; /* 用户的目录 */
char *pw_shell; /* 用户的SHELL */
};
#include <pwd.h>
#include <sys/types.h>
struct passwd *getpwuid(uid_t uid);
下面我们学习一个实例来实践一下上面我们所学习的几个函数:
#include <unistd.h>
#include <pwd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc,char **argv)
{
pid_t my_pid,parent_pid;
uid_t my_uid,my_euid;
gid_t my_gid,my_egid;
struct passwd *my_info;
my_pid=getpid();
parent_pid=getppid();
my_uid=getuid();
my_euid=geteuid();
my_gid=getgid();
my_egid=getegid();