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Linux C 初步

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发表于 2006-10-29 09:21:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
前言:
    这篇文章介绍在LINUX下进行C语言编程所需要的基础知识.在这篇文章当中,我们将会学到以下内容:
源程序编译
Makefile的编写
程序库的链接
程序的调试
头文件和系统求助

--------------------------------------------------------------------------------
1.源程序的编译
    在Linux下面,如果要编译一个C语言源程序,我们要使用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(hello.c):
int main(int argc,char **argv)
  {
printf("Hello Linux\n");
  }

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我们以后对程序进行调试的信息.
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.
2.Makefile的编写
    假设我们有下面这样的一个程序,源代码如下:

/*  main.c */
#include "mytool1.h"
#include "mytool2.h"

int main(int argc,char **argv)
{
  mytool1_print("hello");
  mytool2_print("hello");
}

/*  mytool1.h  */
#ifndef _MYTOOL_1_H
#define _MYTOOL_1_H

void mytool1_print(char *print_str);

#endif

/*  mytool1.c  */
#include "mytool1.h"
void mytool1_print(char *print_str)
{
   printf("This is mytool1 print %s\n",print_str);
}

/* mytool2.h */
#ifndef _MYTOOL_2_H
#define _MYTOOL_2_H

void mytool2_print(char *print_str);

#endif
  
/*  mytool2.c  */
#include "mytool2.h"
void mytool2_print(char *print_str)
{
   printf("This is mytool2 print %s\n",print_str);
}


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,而且也不时很麻烦.但是如果我们考虑一下如果有一天我们修改了其中的一个文件(比如说mytool1.c)那么我们难道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.我们只要执行以下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:
#   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,不过我们什么时候修改了源程序当中的什么文件,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中也#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 当倚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 $<

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  
  
  int main(int argc,char **argv)
   {
         double value;
printf("Value:%f\n",value);
   }

这个程序相当简单,但是当我们用 gcc -o temp temp.c 编译时会出现下面所示的错误.
/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.也许有人要问,前面我们用printf函数的时候怎么没有连接库呢?是这样的,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(libpthread.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sin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 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.由于我没有用过这个软件,所以我也不能够说出如何使用. 不过我不喜欢用gdb.跟踪一个程序是很烦的事情,我一般用在程序当中输出中间变量的值来调试程序的.当然你可以选择自己的办法,没有必要去学别人的.现在有了许多IDE环境,里面已经自己带了调试器了.你可以选择几个试一试找出自己喜欢的一个用.

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 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.
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:22:00 | 显示全部楼层
这篇文章是用来介绍在Linux下和进程相关的各个概念.我们将会学到:

1.进程的概念

2.进程的身份
3.进程的创建
4.守护进程的创建


--------------------------------------------------------------------------------
1。进程的概念
    Linux操作系统是面向多用户的.在同一时间可以有许多用户向操作系统发出各种命令.那么操作系统是怎么实现多用户的环境呢? 在现代的操作系统里面,都有程序和进程的概念.那么什么是程序,什么是进程呢? 通俗的讲程序是一个包含可以执行代码的文件,是一个静态的文件.而进程是一个开始执行但是还没有结束的程序的实例.就是可执行文件的具体实现. 一个程序可能有许多进程,而每一个进程又可以有许多子进程.依次循环下去,而产生子孙进程. 当程序被系统调用到内存以后,系统会给程序分配一定的资源(内存,设备等等)然后进行一系列的复杂操作,使程序变成进程以供系统调用.在系统里面只有进程没有程序,为了区分各个不同的进程,系统给每一个进程分配了一个ID(就象我们的身份证)以便识别. 为了充分的利用资源,系统还对进程区分了不同的状态.将进程分为新建,运行,阻塞,就绪和完成五个状态. 新建表示进程正在被创建,运行是进程正在运行,阻塞是进程正在等待某一个事件发生,就绪是表示系统正在等待CPU来执行命令,而完成表示进程已经结束了系统正在回收资源. 关于进程五个状态的详细解说我们可以看《操作系统》上面有详细的解说。
2。进程的标志
    上面我们知道了进程都有一个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   

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,涉及到进程的权限. 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   
#include   

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.
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   
#include   

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  
#include  
#include  
#include  

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();
my_info=getpwuid(my_uid);

printf("Process ID:%ld\n",my_pid);
printf("Parent  ID:%ld\n",parent_pid);
printf("User  ID:%ld\n",my_uid);
printf("Effective User ID:%ld\n",my_euid);
printf("Group   ID:%ld\n",my_gid);
printf("Effective Group ID:%ld\n",my_egid):

if(my_info)
{
   printf("My Login Name:%s\n" ,my_info->pw_name);
   printf("My Password :%s\n" ,my_info->pw_passwd);
   printf("My User  ID :%ld\n",my_info->pw_uid);
   printf("My Group ID :%ld\n",my_info->pw_gid);
   printf("My Real  Name:%s\n" ,my_info->pw_gecos);
   printf("My Home Dir  :%s\n", my_info->pw_dir);
   printf("My Work Shell:%s\n", my_info->pw_shell);
}
}

3。进程的创建
    创建一个进程的系统调用很简单.我们只要调用fork函数就可以了.

#include  

pid_t   fork();

当一个进程调用了fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID和父进程ID,其他的都是一样.就象符进程克隆(clone)自己一样.当然创建两个一模一样的进程是没有意义的.为了区分父进程和子进程,我们必须跟踪fork的返回值. 当fork掉用失败的时候(内存不足或者是用户的最大进程数已到)fork返回-1,否则fork的返回值有重要的作用.对于父进程fork返回子进程的ID,而对于fork子进程返回0.我们就是根据这个返回值来区分父子进程的. 父进程为什么要创建子进程呢?前面我们已经说过了Linux是一个多用户操作系统,在同一时间会有许多的用户在争夺系统的资源.有时进程为了早一点完成任务就创建子进程来争夺资源. 一旦子进程被创建,父子进程一起从fork处继续执行,相互竞争系统的资源.有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞直到子进程完成任务.这个时候我们可以调用wait或者waitpid系统调用.
#include  
#include  

pid_t wait(int *stat_loc);
pid_t waitpid(pid_t pid,int *stat_loc,int options);

wait系统调用会使父进程阻塞直到一个子进程结束或者是父进程接受到了一个信号.如果没有父进程没有子进程或者他的子进程已经结束了wait回立即返回.成功时(因一个子进程结束)wait将返回子进程的ID,否则返回-1,并设置全局变量errno.stat_loc是子进程的退出状态.子进程调用exit,_exit 或者是return来设置这个值. 为了得到这个值Linux定义了几个宏来测试这个返回值.
WIFEXITED:判断子进程退出值是非0
WEXITSTATUS:判断子进程的退出值(当子进程退出时非0).
WIFSIGNALED:子进程由于有没有获得的信号而退出.
WTERMSIG:子进程没有获得的信号号(在WIFSIGNALED为真时才有意义).
waitpid等待指定的子进程直到子进程返回.如果pid为正值则等待指定的进程(pid).如果为0则等待任何一个组ID和调用者的组ID相同的进程.为-1时等同于wait调用.小于-1时等待任何一个组ID等于pid绝对值的进程. stat_loc和wait的意义一样. options可以决定父进程的状态.可以取两个值 WNOHANG:父进程立即返回当没有子进程存在时. WUNTACHED:当子进程结束时waitpid返回,但是子进程的退出状态不可得到.
父进程创建子进程后,子进程一般要执行不同的程序.为了调用系统程序,我们可以使用系统调用exec族调用.exec族调用有着5个函数.
#include  

int execl(const char *path,const char *arg,...);
int execlp(const char *file,const char *arg,...);
  int execle(const char *path,const char *arg,...);
int execv(const char *path,char *const argv[]);
int execvp(const char *file,char *const argv[]):

exec族调用可以执行给定程序.关于exec族调用的详细解说可以参考系统手册(man execl). 下面我们来学习一个实例.注意编译的时候要加 -lm以便连接数学函数库.

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

void main(void)
{
pid_t child;
int status;

printf("This will demostrate how to get child status\n");
if((child=fork())==-1)
{
printf("Fork Error :%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
else if(child==0)
{
int i;
printf("I am the child:%ld\n",getpid());
for(i=0;i<1000000;i++) sin(i);
i=5;
printf("I exit with %d\n",i);
exit(i);
}
while(((child=wait(&status))==-1)&(errno==EINTR));
if(child==-1)
printf("Wait Error:%s\n",strerror(errno));
else if(!status)
printf("Child %ld terminated normally return status is zero\n",
child);
else if(WIFEXITED(status))
printf("Child %ld terminated normally return status is %d\n",
child,WEXITSTATUS(status));
else if(WIFSIGNALED(status))
printf("Child %ld terminated due to signal %d znot caught\n",
child,WTERMSIG(status));  
}

strerror函数会返回一个指定的错误号的错误信息的字符串.
4。守护进程的创建
    如果你在DOS时代编写过程序,那么你也许知道在DOS下为了编写一个常驻内存的程序我们要编写多少代码了.相反如果在Linux下编写一个"常驻内存"的程序却是很容易的.我们只要几行代码就可以做到. 实际上由于Linux是多任务操作系统,我们就是不编写代码也可以把一个程序放到后台去执行的.我们只要在命令后面加上&符号SHELL就会把我们的程序放到后台去运行的. 这里我们"开发"一个后台检查邮件的程序.这个程序每个一个指定的时间回去检查我们的邮箱,如果发现我们有邮件了,会不断的报警(通过机箱上的小喇叭来发出声音). 后面有这个函数的加强版本加强版本
后台进程的创建思想: 首先父进程创建一个子进程.然后子进程杀死父进程(是不是很无情?). 信号处理所有的工作由子进程来处理.


#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

/*  Linux  的默任个人的邮箱地址是 /var/spool/mail/用户的登录名 */

#define  MAIL "/var/spool/mail/hoyt"

/* 睡眠10秒钟 */

#define  SLEEP_TIME 10

main(void)
{
pid_t child;

if((child=fork())==-1)
{
printf("Fork Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
else if(child>0)
while(1);
if(kill(getppid(),SIGTERM)==-1)
{
  printf("Kill Parent Error:%s\n",strerror(errno));
  exit(1);
}
{
  int mailfd;

  while(1)
   {
if((mailfd=open(MAIL,O_RDONLY))!=-1)
  {
    fprintf(stderr,"%s","\007");
    close(mailfd);
}        
sleep(SLEEP_TIME);
   }
}
}

你可以在默认的路径下创建你的邮箱文件,然后测试一下这个程序.当然这个程序还有很多地方要改善的.我们后面会对这个小程序改善的,再看我的改善之前你可以尝试自己改善一下.比如让用户指定邮相的路径和睡眠时间等等.相信自己可以做到的.动手吧,勇敢的探险者.
好了进程一节的内容我们就先学到这里了.进程是一个非常重要的概念,许多的程序都会用子进程.创建一个子进程是每一个程序员的基本要求!
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:24:27 | 显示全部楼层
1。文件的创建和读写

    我假设你已经知道了标准级的文件操作的各个函数(fopen,fread,fwrite等等).当然如果你不清楚的话也不要着急.我们讨论的系统级的文件操作实际上是为标准级文件操作服务的.
当我们需要打开一个文件进行读写操作的时候,我们可以使用系统调用函数open.使用完成以后我们调用另外一个close函数进行关闭操作.
#include  
#include  
#include  
#include  

int open(const char *pathname,int flags);
int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode);

int close(int fd);

open函数有两个形式.其中pathname是我们要打开的文件名(包含路径名称,缺省是认为在当前路径下面).flags可以去下面的一个值或者是几个值的组合.
O_RDONLY:以只读的方式打开文件.
O_WRONLY:以只写的方式打开文件.
O_RDWR:以读写的方式打开文件.
O_APPEND:以追加的方式打开文件.
O_CREAT:创建一个文件.
O_EXEC:如果使用了O_CREAT而且文件已经存在,就会发生一个错误.
O_NOBLOCK:以非阻塞的方式打开一个文件.
O_TRUNC:如果文件已经存在,则删除文件的内容.
前面三个标志只能使用任意的一个.如果使用了O_CREATE标志,那么我们要使用open的第二种形式.还要指定mode标志,用来表示文件的访问权限.mode可以是以下情况的组合.
-----------------------------------------------------------------
S_IRUSR 用户可以读 S_IWUSR 用户可以写
S_IXUSR 用户可以执行 S_IRWXU 用户可以读写执行
-----------------------------------------------------------------
S_IRGRP 组可以读 S_IWGRP 组可以写
S_IXGRP 组可以执行 S_IRWXG 组可以读写执行
-----------------------------------------------------------------
S_IROTH         其他人可以读    S_IWOTH         其他人可以写
S_IXOTH         其他人可以执行  S_IRWXO         其他人可以读写执行
-----------------------------------------------------------------
S_ISUID 设置用户执行ID  S_ISGID 设置组的执行ID
-----------------------------------------------------------------
我们也可以用数字来代表各个位的标志.Linux总共用5个数字来表示文件的各种权限.
00000.第一位表示设置用户ID.第二位表示设置组ID,第三位表示用户自己的权限位,第四位表示组的权限,最后一位表示其他人的权限.
每个数字可以取1(执行权限),2(写权限),4(读权限),0(什么也没有)或者是这几个值的和.
比如我们要创建一个用户读写执行,组没有权限,其他人读执行的文件.设置用户ID位那么我们可以使用的模式是--1(设置用户ID)0(组没有设置)7(1+2+4)0(没有权限,使用缺省)5(1+4)即10705:
open("temp",O_CREAT,10705);
如果我们打开文件成功,open会返回一个文件描述符.我们以后对文件的所有操作就可以对这个文件描述符进行操作了.
当我们操作完成以后,我们要关闭文件了,只要调用close就可以了,其中fd是我们要关闭的文件描述符.
文件打开了以后,我们就要对文件进行读写了.我们可以调用函数read和write进行文件的读写.
#include  

ssize_t  read(int fd, void *buffer,size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buffer,size_t count);

fd是我们要进行读写操作的文件描述符,buffer是我们要写入文件内容或读出文件内容的内存地址.count是我们要读写的字节数.
对于普通的文件read从指定的文件(fd)中读取count字节到buffer缓冲区中(记住我们必须提供一个足够大的缓冲区),同时返回count.
如果read读到了文件的结尾或者被一个信号所中断,返回值会小于count.如果是由信号中断引起返回,而且没有返回数据,read会返回-1,且设置errno为EINTR.当程序读到了文件结尾的时候,read会返回0.
write从buffer中写count字节到文件fd中,成功时返回实际所写的字节数.
下面我们学习一个实例,这个实例用来拷贝文件.

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#define BUFFER_SIZE 1024

int main(int argc,char **argv)
{

int from_fd,to_fd;
int bytes_read,bytes_write;
char buffer[BUFFER_SIZE];
char *ptr;

if(argc!=3)
  {
fprintf(stderr,"Usage:%s fromfile tofile\n\a",argv[0]);
exit(1);
  }

/* 打开源文件 */

if((from_fd=open(argv[1],O_RDONLY))==-1)
  {
fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[1],strerror(errno));
exit(1);
}

/* 创建目的文件 */

if((to_fd=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1)
  {
        fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[2],strerror(errno));
        exit(1);
}

/* 以下代码是一个经典的拷贝文件的代码 */

while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE))
{
/* 一个致命的错误发生了 */
   if((bytes_read==-1)&&(errno!=EINTR)) break;
   else if(bytes_read>0)
       {
  ptr=buffer;
  while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read))
   {
/* 一个致命错误发生了 */
     if((bytes_write==-1)&&(errno!=EINTR))break;
/* 写完了所有读的字节 */
     else if(bytes_write==bytes_read) break;
/* 只写了一部分,继续写 */
     else if(bytes_write>0)
           {
      ptr+=bytes_write;
   bytes_read-=bytes_write;
          }
          }
/* 写的时候发生的致命错误 */
         if(bytes_write==-1)break;

       }
  }
close(from_fd);
close(to_fd);
exit(0);
}

2。文件的各个属性
    文件具有各种各样的属性,除了我们上面所知道的文件权限以外,文件还有创建时间,大小等等属性.
有时侯我们要判断文件是否可以进行某种操作(读,写等等).这个时候我们可以使用access函数.
#include  

int access(const char *pathname,int mode);

pathname:是文件名称,mode是我们要判断的属性.可以取以下值或者是他们的组合.
R_OK文件可以读,W_OK文件可以写,X_OK文件可以执行,F_OK文件存在.当我们测试成功时,函数返回0,否则如果有一个条件不符时,返回-1.
如果我们要获得文件的其他属性,我们可以使用函数stat或者fstat.
#include  
#include  

int stat(const char *file_name,struct stat *buf);
int fstat(int filedes,struct stat *buf);

struct stat {
dev_t st_dev; /* 设备   */
ino_t st_ino; /* 节点   */
mode_t st_mode; /* 模式   */
nlink_t st_nlink; /* 硬连接 */
uid_t st_uid; /* 用户ID */
gid_t st_gid; /* 组ID   */
dev_t st_rdev; /* 设备类型 */
off_t st_off; /* 文件字节数 */
unsigned long  st_blksize; /* 块大小 */
unsigned long st_blocks; /* 块数   */
time_t st_atime; /* 最后一次访问时间 */
time_t st_mtime; /* 最后一次修改时间 */
time_t st_ctime; /* 最后一次改变时间(指属性) */
};
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:24:55 | 显示全部楼层
stat用来判断没有打开的文件,而fstat用来判断打开的文件.我们使用最多的属性是st_mode.通过着属性我们可以判断给定的文件是一个普通文件还是一个目录,连接等等.可以使用下面几个宏来判断.
S_ISLNK(st_mode):是否是一个连接.S_ISREG是否是一个常规文件.S_ISDIR是否是一个目录S_ISCHR是否是一个字符设备.S_ISBLK是否是一个块设备S_ISFIFO是否 是一个FIFO文件.S_ISSOCK是否是一个SOCKET文件. 我们会在下面说明如何使用这几个宏的.
3。目录文件的操作
    在我们编写程序的时候,有时候会要得到我们当前的工作路径。C库函数提供了getcwd来解决这个问题。
#include  

char *getcwd(char *buffer,size_t size);

我们提供一个size大小的buffer,getcwd会把我们当前的路径考到buffer中.如果buffer太小,函数会返回-1和一个错误号.
Linux提供了大量的目录操作函数,我们学习几个比较简单和常用的函数.
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

int mkdir(const char *path,mode_t mode);
DIR *opendir(const char *path);
struct dirent *readdir(DIR *dir);
void rewinddir(DIR *dir);
off_t telldir(DIR *dir);
void  seekdir(DIR *dir,off_t off);
int closedir(DIR *dir);

struct dirent {
long  d_ino;
off_t  d_off;
unsigned short d_reclen;
char  d_name[NAME_MAX+1]; /* 文件名称 */

mkdir很容易就是我们创建一个目录,opendir打开一个目录为以后读做准备.readdir读一个打开的目录.rewinddir是用来重读目录的和我们学的rewind函数一样.closedir是关闭一个目录.telldir和seekdir类似与ftee和fseek函数.
下面我们开发一个小程序,这个程序有一个参数.如果这个参数是一个文件名,我们输出这个文件的大小和最后修改的时间,如果是一个目录我们输出这个目录下所有文件的大小和修改时间.

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

static int get_file_size_time(const char *filename)
{
struct stat statbuf;

if(stat(filename,&statbuf)==-1)
  {
printf("Get stat on %s Error:%s\n",
filename,strerror(errno));
return(-1);
  }
  
if(S_ISDIR(statbuf.st_mode))return(1);
if(S_ISREG(statbuf.st_mode))
printf("%s size:%ld bytes\tmodified at %s",
filename,statbuf.st_size,ctime(&statbuf.st_mtime));

return(0);
}

int main(int argc,char **argv)
{
DIR *dirp;
struct dirent *direntp;
int stats;

if(argc!=2)
  {
printf("Usage:%s filename\n\a",argv[0]);
exit(1);
  }

if(((stats=get_file_size_time(argv[1]))==0)||(stats==-1))exit(1);

if((dirp=opendir(argv[1]))==NULL)
{
printf("Open Directory %s Error:%s\n",
argv[1],strerror(errno));
exit(1);
}

while((direntp=readdir(dirp))!=NULL)
   if(get_file_size_time(direntp-  closedir(dirp);
exit(1);
}

4。管道文件
    Linux提供了许多的过滤和重定向程序,比如more cat
等等.还提供了< > | <<等等重定向操作符.在这些过滤和重 定向程序当中,都用到了管道这种特殊的文件.系统调用pipe可以创建一个管道.
#include

int pipe(int fildes[2]);

pipe调用可以创建一个管道(通信缓冲区).当调用成功时,我们可以访问文件描述符fildes[0],fildes[1].其中fildes[0]是用来读的文件描述符,而fildes[1]是用来写的文件描述符.
在实际使用中我们是通过创建一个子进程,然后一个进程写,一个进程读来使用的.
关于进程通信的详细情况请查看进程通信

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#define  BUFFER 255

int main(int argc,char **argv)
{
  char buffer[BUFFER+1];
  int fd[2];

  if(argc!=2)
  {
fprintf(stderr,"Usage:%s string\n\a",argv[0]);
exit(1);
  }

  if(pipe(fd)!=0)
  {
fprintf(stderr,"Pipe Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
  }
  if(fork()==0)
   {
close(fd[0]);
printf("Child[%d] Write to pipe\n\a",getpid());
snprintf(buffer,BUFFER,"%s",argv[1]);
write(fd[1],buffer,strlen(buffer));
printf("Child[%d] Quit\n\a",getpid());
exit(0);
   }
else
  {
close(fd[1]);
printf("Parent[%d] Read from pipe\n\a",getpid());
memset(buffer,'\0',BUFFER+1);
read(fd[0],buffer,BUFFER);
printf("Parent[%d] Read:%s\n",getpid(),buffer);
   exit(1);
  }
}

为了实现重定向操作,我们需要调用另外一个函数dup2.
#include  

int dup2(int oldfd,int newfd);

dup2将用oldfd文件描述符来代替newfd文件描述符,同时关闭newfd文件描述符.也就是说,
所有向newfd操作都转到oldfd上面.下面我们学习一个例子,这个例子将标准输出重定向到一个文件.

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#define  BUFFER_SIZE 1024

int main(int argc,char **argv)
{
int fd;
char buffer[BUFFER_SIZE];

if(argc!=2)
  {
fprintf(stderr,"Usage:%s outfilename\n\a",argv[0]);
exit(1);
  }

if((fd=open(argv[1],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1)
  {
  fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n\a",argv[1],strerror(errno));
exit(1);
  }

if(dup2(fd,STDOUT_FILENO)==-1)
  {
fprintf(stderr,"Redirect Standard Out Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
  }

fprintf(stderr,"Now,please input string");
fprintf(stderr,"(To quit use CTRL+D)\n");  
while(1)
  {
    fgets(buffer,BUFFER_SIZE,stdin);
    if(feof(stdin))break;
    write(STDOUT_FILENO,buffer,strlen(buffer));
}
exit(0);
}

好了,文件一章我们就暂时先讨论到这里,学习好了文件的操作我们其实已经可以写出一些比较有用的程序了.我们可以编写一个实现例如dir,mkdir,cp,mv等等常用的文件操作命令了.
想不想自己写几个试一试呢?
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:25:39 | 显示全部楼层
这一章我们学习Linux的时间表示和计算函数

1.时间的表示

2.时间的测量
3.计时器的使用

--------------------------------------------------------------------------------


1。时间表示     在程序当中,我们经常要输出系统当前的时间,比如我们使用date命令的输出结果.这个时候我们可以使用下面两个函数

#include  

time_t time(time_t *tloc);
char *ctime(const time_t *clock);

time函数返回从1970年1月1日0点以来的秒数.存储在time_t结构之中.不过这个函数的返回值对于我们来说没有什么实际意义.这个时候我们使用第二个函数将秒数转化为字符串. 这个函数的返回类型是固定的:一个可能值为. Thu Dec 7 14:58:59 2000 这个字符串的长度是固定的为26
2。时间的测量     有时候我们要计算程序执行的时间.比如我们要对算法进行时间分析.这个时候可以使用下面这个函数.

#include  

int gettimeofday(struct timeval *tv,struct timezone *tz);

strut timeval {
long tv_sec; /* 秒数 */
long tv_usec; /* 微秒数 */
};

gettimeofday将时间保存在结构tv之中.tz一般我们使用NULL来代替.

#include  #include  #include  
void function()
{
unsigned int i,j;
double y;
for(i=0;i<1000;i++)
for(j=0;j<1000;j++)
   y=sin((double)i);
}

main()
{
struct timeval tpstart,tpend;
float  timeuse;

gettimeofday(&tpstart,NULL);
function();
gettimeofday(&tpend,NULL);
timeuse=1000000*(tpend.tv_sec-tpstart.tv_sec)+
tpend.tv_usec-tpstart.tv_usec;
timeuse/=1000000;
printf("Used Time:%f\n",timeuse);
exit(0);
}

这个程序输出函数的执行时间,我们可以使用这个来进行系统性能的测试,或者是函数算法的效率分析.在我机器上的一个输出结果是: Used Time:0.556070
3。计时器的使用     Linux操作系统为每一个进程提供了3个内部间隔计时器.
ITIMER_REAL:减少实际时间.到时的时候发出SIGALRM信号.
ITIMER_VIRTUAL:减少有效时间(进程执行的时间).产生SIGVTALRM信号.
ITIMER_PROF:减少进程的有效时间和系统时间(为进程调度用的时间).这个经常和上面一个使用用来计算系统内核时间和用户时间.产生SIGPROF信号.
具体的操作函数是:

#include  
int getitimer(int which,struct itimerval *value);
int setitimer(int which,struct itimerval *newval,
struct itimerval *oldval);

struct itimerval {
struct timeval it_interval;
struct timeval it_value;
}

getitimer函数得到间隔计时器的时间值.保存在value中 setitimer函数设置间隔计时器的时间值为newval.并将旧值保存在oldval中. which表示使用三个计时器中的哪一个. itimerval结构中的it_value是减少的时间,当这个值为0的时候就发出相应的信号了. 然后设置为it_interval值.

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#define  PROMPT "时间已经过去了两秒钟\n\a"

char *prompt=PROMPT;
unsigned int len;

void prompt_info(int signo)
{
  write(STDERR_FILENO,prompt,len);
}

void init_sigaction(void)
{
  struct sigaction act;
  act.sa_handler=prompt_info;
  act.sa_flags=0;
  sigemptyset(&act.sa_mask);
  sigaction(SIGPROF,&act,NULL);
}

void init_time()
{
  struct itimerval value;
  value.it_value.tv_sec=2;
  value.it_value.tv_usec=0;
  value.it_interval=value.it_value;
  setitimer(ITIMER_PROF,&value,NULL);
}

int main()
{
len=strlen(prompt);
init_sigaction();
init_time();
while(1);
exit(0);
}

这个程序每执行两秒中之后会输出一个提示.
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:26:20 | 显示全部楼层
前言:这一章我们讨论一下Linux下的信号处理函数.

     Linux下的信号处理函数:

1.信号的产生
2.信号的处理
3.其它信号函数

--------------------------------------------------------------------------------
一个实例
1。信号的产生
    Linux下的信号可以类比于DOS下的INT或者是Windows下的事件.在有一个信号发生时候相信的信号就会发送给相应的进程.在Linux下的信号有以下几个. 我们使用 kill -l 命令可以得到以下的输出结果:

1) SIGHUP  2) SIGINT  3) SIGQUIT  4) SIGILL
5) SIGTRAP  6) SIGABRT  7) SIGBUS  8) SIGFPE
9) SIGKILL 10) SIGUSR1 11) SIGSEGV 12) SIGUSR2
13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM 17) SIGCHLD
18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP 21) SIGTTIN
22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO
30) SIGPWR

关于这些信号的详细解释请查看man 7 signal的输出结果. 信号事件的发生有两个来源:一个是硬件的原因(比如我们按下了键盘),一个是软件的原因(比如我们使用系统函数或者是命令发出信号). 最常用的四个发出信号的系统函数是kill, raise, alarm和setitimer函数. setitimer函数我们在计时器的使用 那一章再学习.
#include  
#include  
        #include  

int kill(pid_t pid,int sig);
int raise(int sig);
unisigned int  alarm(unsigned int seconds);

kill系统调用负责向进程发送信号sig.
如果pid是正数,那么向信号sig被发送到进程pid.
如果pid等于0,那么信号sig被发送到所以和pid进程在同一个进程组的进程
如果pid等于-1,那么信号发给所有的进程表中的进程,除了最大的哪个进程号.
如果pid由于-1,和0一样,只是发送进程组是-pid.
我们用最多的是第一个情况.还记得我们在守护进程那一节的例子吗?我们那个时候用这个函数杀死了父进程守护进程的创建
raise系统调用向自己发送一个sig信号.我们可以用上面那个函数来实现这个功能的.
alarm函数和时间有点关系了,这个函数可以在seconds秒后向自己发送一个SIGALRM信号. 下面这个函数会有什么结果呢?

#include  

main()
{
unsigned int i;
alarm(1);
for(i=0;1;i++)
printf("I=%d",i);
}
SIGALRM的缺省操作是结束进程,所以程序在1秒之后结束,你可以看看你的最后I值为多少,来比较一下大家的系统性能差异(我的是2232).

2。信号操作     有时候我们希望进程正确的执行,而不想进程受到信号的影响,比如我们希望上面那个程序在1秒钟之后不结束.这个时候我们就要进行信号的操作了.
信号操作最常用的方法是信号屏蔽.信号屏蔽要用到下面的几个函数.

#include  

int sigemptyset(sigset_t *set);
int  sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set,int signo);
int sigdelset(sigset_t *set,int signo);
int sigismember(sigset_t *set,int signo);
int sigprocmask(int how,const sigset_t *set,sigset_t *oset);

sigemptyset函数初始化信号集合set,将set设置为空.sigfillset也初始化信号集合,只是将信号集合设置为所有信号的集合.sigaddset将信号signo加入到信号集合之中,sigdelset将信号从信号集合中删除.sigismember查询信号是否在信号集合之中.
sigprocmask是最为关键的一个函数.在使用之前要先设置好信号集合set.这个函数的作用是将指定的信号集合set加入到进程的信号阻塞集合之中去,如果提供了oset那么当前的进程信号阻塞集合将会保存在oset里面.参数how决定函数的操作方式.
SIG_BLOCK:增加一个信号集合到当前进程的阻塞集合之中.
SIG_UNBLOCK:从当前的阻塞集合之中删除一个信号集合.
SIG_SETMASK:将当前的信号集合设置为信号阻塞集合.
以一个实例来解释使用这几个函数.

#include  
#include  
#include  
#include  

int main(int argc,char **argv)
{
double y;
sigset_t intmask;
int i,repeat_factor;

if(argc!=2)
  {
fprintf(stderr,"Usage:%s repeat_factor\n\a",argv[0]);
exit(1);
  }

if((repeat_factor=atoi(argv[1]))<1)repeat_factor=10;
sigemptyset(&intmask);    /* 将信号集合设置为空  */
sigaddset(&intmask,SIGINT); /* 加入中断 Ctrl+C 信号*/
while(1)
  {
/*阻塞信号,我们不希望保存原来的集合所以参数为NULL*/
sigprocmask(SIG_BLOCK,&intmask,NULL);
fprintf(stderr,"SIGINT signal blocked\n");
for(i=0;i fprintf(stderr,"Blocked calculation is finished\n");
/*  取消阻塞 */
sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&intmask,NULL);
fprintf(stderr,"SIGINT signal unblocked\n");
for(i=0;i         fprintf(stderr,"Unblocked calculation is finished\n");
  }
exit(0);
}

程序在运行的时候我们要使用Ctrl+C来结束.如果我们在第一计算的时候发出SIGINT信号,由于信号已经屏蔽了,所以程序没有反映.只有到信号被取消阻塞的时候程序才会结束. 注意我们只要发出一次SIGINT信号就可以了,因为信号屏蔽只是将信号加入到信号阻塞集合之中,并没有丢弃这个信号.一旦信号屏蔽取消了,这个信号就会发生作用.
有时候我们希望对信号作出及时的反映的,比如当拥护按下Ctrl+C时,我们不想什么事情也不做,我们想告诉用户你的这个操作不好,请不要重试,而不是什么反映也没有的. 这个时候我们要用到sigaction函数.
#include  

   int sigaction(int signo,const struct sigaction *act,
struct sigaction *oact);

struct sigaction {
void (*sa_handler)(int signo);
void (*sa_sigaction)(int siginfo_t *info,void *act);
sigset_t sa_mask;
int  sa_flags;
void (*sa_restore)(void);
        }

这个函数和结构看起来是不是有点恐怖呢.不要被这个吓着了,其实这个函数的使用相当简单的.我们先解释一下各个参数的含义. signo很简单就是我们要处理的信号了,可以是任何的合法的信号.有两个信号不能够使用(SIGKILL和SIGSTOP). act包含我们要对这个信号进行如何处理的信息.oact更简单了就是以前对这个函数的处理信息了,主要用来保存信息的,一般用NULL就OK了.
信号结构有点复杂.不要紧我们慢慢的学习.
sa_handler是一个函数型指针,这个指针指向一个函数,这个函数有一个参数.这个函数就是我们要进行的信号操作的函数. sa_sigaction,sa_restore和sa_handler差不多的,只是参数不同罢了.这两个元素我们很少使用,就不管了.
sa_flags用来设置信号操作的各个情况.一般设置为0好了.sa_mask我们已经学习过了
在使用的时候我们用sa_handler指向我们的一个信号操作函数,就可以了.sa_handler有两个特殊的值:SIG_DEL和SIG_IGN.SIG_DEL是使用缺省的信号操作函数,而SIG_IGN是使用忽略该信号的操作函数.
这个函数复杂,我们使用一个实例来说明.下面这个函数可以捕捉用户的CTRL+C信号.并输出一个提示语句.
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:27:06 | 显示全部楼层
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#define PROMPT "你想终止程序吗?"

char *prompt=PROMPT;

void ctrl_c_op(int signo)
{
write(STDERR_FILENO,prompt,strlen(prompt));
}

int  main()
{
struct sigaction act;

act.sa_handler=ctrl_c_op;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags=0;
if(sigaction(SIGINT,&act,NULL)<0)
  {
    fprintf(stderr,"Install Signal Action Error:%s\n\a",strerror(errno));
    exit(1);
  }
  while(1);
}

在上面程序的信号操作函数之中,我们使用了write函数而没有使用fprintf函数.是因为我们要考虑到下面这种情况.如果我们在信号操作的时候又有一个信号发生,那么程序该如何运行呢? 为了处理在信号处理函数运行的时候信号的发生,我们需要设置sa_mask成员. 我们将我们要屏蔽的信号添加到sa_mask结构当中去,这样这些函数在信号处理的时候就会被屏蔽掉的.
3。其它信号函数     由于信号的操作和处理比较复杂,我们再介绍几个信号操作函数.

#include
#include

int pause(void);
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);

pause函数很简单,就是挂起进程直到一个信号发生了.而sigsuspend也是挂起进程只是在调用的时候用sigmask取代当前的信号阻塞集合.
#include

int sigsetjmp(sigjmp_buf env,int val);
void  siglongjmp(sigjmp_buf env,int val);

还记得goto函数或者是setjmp和longjmp函数吗.这两个信号跳转函数也可以实现程序的跳转让我们可以从函数之中跳转到我们需要的地方.
由于上面几个函数,我们很少遇到,所以只是说明了一下,详细情况请查看联机帮助.
4。一个实例     还记得我们在守护进程创建的哪个程序吗?守护进程在这里我们把那个程序加强一下. 下面这个程序会在也可以检查用户的邮件.不过提供了一个开关,如果用户不想程序提示有新的邮件到来,可以向程序发送SIGUSR2信号,如果想程序提供提示可以发送SIGUSR1信号.


#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#include  
#include  

/*  Linux  的默任个人的邮箱地址是 /var/spool/mail/ */

#define  MAIL_DIR   "/var/spool/mail/"

/*      睡眠10秒钟      */
               
#define  SLEEP_TIME     10
#define  MAX_FILENAME 255

unsigned char notifyflag=1;

long get_file_size(const char *filename)
{
  struct stat buf;

  if(stat(filename,&;buf)==-1)
   {
if(errno==ENOENT)return 0;
else return -1;
   }
  return (long)buf.st_size;
}

void send_mail_notify(void)
{
  fprintf(stderr,"New mail has arrived\007\n");
}

void turn_on_notify(int signo)
{
notifyflag=1;
}

void turn_off_notify(int signo)
{
notifyflag=0;
}

int check_mail(const char *filename)
{
  long old_mail_size,new_mail_size;
  sigset_t blockset,emptyset;

  sigemptyset(&;blockset);
  sigemptyset(&;emptyset);
  sigaddset(&;blockset,SIGUSR1);
  sigaddset(&;blockset,SIGUSR2);
  
  old_mail_size=get_file_size(filename);
  if(old_mail_size<0)return 1;
  if(old_mail_size>0) send_mail_notify();
  sleep(SLEEP_TIME);
  
  while(1)
  {
if(sigprocmask(SIG_BLOCK,&;blockset,NULL)<0) return 1;
while(notifyflag==0)sigsuspend(&;emptyset);
if(sigprocmask(SIG_SETMASK,&;emptyset,NULL)<0) return 1;
new_mail_size=get_file_size(filename);
if(new_mail_size>old_mail_size)send_mail_notify;
old_mail_size=new_mail_size;
sleep(SLEEP_TIME);
  }
}

int main(void)
{
  char mailfile[MAX_FILENAME];
  struct sigaction newact;
  struct passwd *pw;

  if((pw=getpwuid(getuid()))==NULL)
   {
fprintf(stderr,"Get Login Name Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
   }
  strcpy(mailfile,MAIL_DIR);
  strcat(mailfile,pw->pw_name);
  newact.sa_handler=turn_on_notify;
  newact.sa_flags=0;
  sigemptyset(&;newact.sa_mask);
  sigaddset(&;newact.sa_mask,SIGUSR1);
  sigaddset(&;newact.sa_mask,SIGUSR2);
  if(sigaction(SIGUSR1,&;newact,NULL)<0)
   fprintf(stderr,"Turn On Error:%s\n\a",strerror(errno));
  newact.sa_handler=turn_off_notify;
  if(sigaction(SIGUSR1,&;newact,NULL)<0)
  fprintf(stderr,"Turn Off Error:%s\n\a",strerror(errno));
  check_mail(mailfile);
  exit(0);  
}

信号操作是一件非常复杂的事情,比我们想象之中的复杂程度还要复杂,如果你想彻底的弄清楚信号操作的各个问题,那么除了大量的练习以外还要多看联机手册.不过如果我们只是一般的使用的话,有了上面的几个函数也就差不多了. 我们就介绍到这里了.
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:29:49 | 显示全部楼层
Linux下的进程通信(IPC)



1.POSIX无名信号量
2.System V信号量
3.System V消息队列
4.System V共享内存


--------------------------------------------------------------------------------
1。POSIX无名信号量     如果你学习过操作系统,那么肯定熟悉PV操作了.PV操作是原子操作.也就是操作是不可以中断的,在一定的时间内,只能够有一个进程的代码在CPU上面执行.在系统当中,有时候为了顺利的使用和保护共享资源,大家提出了信号的概念. 假设我们要使用一台打印机,如果在同一时刻有两个进程在向打印机输出,那么最终的结果会是什么呢.为了处理这种情况,POSIX标准提出了有名信号量和无名信号量的概念,由于Linux只实现了无名信号量,我们在这里就只是介绍无名信号量了. 信号量的使用主要是用来保护共享资源,使的资源在一个时刻只有一个进程所拥有.为此我们可以使用一个信号灯.当信号灯的值为某个值的时候,就表明此时资源不可以使用.否则就表>示可以使用. 为了提供效率,系统提供了下面几个函数
POSIX的无名信号量的函数有以下几个:

#include

int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value);
int sem_destroy(sem_t *sem);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_getvalue(sem_t *sem);

sem_init创建一个信号灯,并初始化其值为value.pshared决定了信号量能否在几个进程间共享.由于目前Linux还没有实现进程间共享信号灯,所以这个值只能够取0. sem_destroy是用来删除信号灯的.sem_wait调用将阻塞进程,直到信号灯的值大于0.这个函数返回的时候自动的将信号灯的值的件一.sem_post和sem_wait相反,是将信号灯的内容加一同时发出信号唤醒等待的进程..sem_trywait和sem_wait相同,不过不阻塞的,当信号灯的值为0的时候返回EAGAIN,表示以后重试.sem_getvalue得到信号灯的值.
由于Linux不支持,我们没有办法用源程序解释了.
这几个函数的使用相当简单的.比如我们有一个程序要向一个系统打印机打印两页.我们首先创建一个信号灯,并使其初始值为1,表示我们有一个资源可用.然后一个进程调用sem_wait由于这个时候信号灯的值为1,所以这个函数返回,打印机开始打印了,同时信号灯的值为0 了. 如果第二个进程要打印,调用sem_wait时候,由于信号灯的值为0,资源不可用,于是被阻塞了.当第一个进程打印完成以后,调用sem_post信号灯的值为1了,这个时候系统通知第二个进程,于是第二个进程的sem_wait返回.第二个进程开始打印了.
不过我们可以使用线程来解决这个问题的.我们会在后面解释什么是线程的.编译包含上面这几个函数的程序要加上 -lrt选贤,以连接librt.so库
2。System V信号量 为了解决上面哪个问题,我们也可以使用System V信号量.很幸运的是Linux实现了System V信号量.这样我们就可以用实例来解释了. System V信号量的函数主要有下面几个.

#include  
#include  
#include  

key_t ftok(char *pathname,char proj);
int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg);
int semop(int semid,struct sembuf *spos,int nspos);

struct sembuf {
short sem_num; /* 使用那一个信号 */
short sem_op; /* 进行什么操作 */
short sem_flg; /* 操作的标志 */
};


ftok函数是根据pathname和proj来创建一个关键字.semget创建一个信号量.成功时返回信号的ID,key是一个关键字,可以是用ftok创建的也可以是IPC_PRIVATE表明由系统选用一个关键字. nsems表明我们创建的信号个数.semflg是创建的权限标志,和我们创建一个文件的标志相同.
semctl对信号量进行一系列的控制.semid是要操作的信号标志,semnum是信号的个数,cmd是操作的命令.经常用的两个值是:SETVAL(设置信号量的值)和IPC_RMID(删除信号灯).arg是一个给cmd的参数.
semop是对信号进行操作的函数.semid是信号标志,spos是一个操作数组表明要进行什么操作,nspos表明数组的个数. 如果sem_op大于0,那么操作将sem_op加入到信号量的值中,并唤醒等待信号增加的进程. 如果为0,当信号量的值是0的时候,函数返回,否则阻塞直到信号量的值为0. 如果小于0,函数判断信号量的值加上这个负值.如果结果为0唤醒等待信号量为0的进程,如果小与0函数阻塞.如果大于0,那么从信号量里面减去这个值并返回.
下面我们一以一个实例来说明这几个函数的使用方法.这个程序用标准错误输出来代替我们用的打印机.

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#define PERMS S_IRUSR|S_IWUSR

void init_semaphore_struct(struct sembuf *sem,int semnum,
int semop,int semflg)
{
/* 初始话信号灯结构 */
sem->sem_num=semnum;
sem->sem_op=semop;
sem->sem_flg=semflg;
}

int del_semaphore(int semid)
{
/* 信号灯并不随程序的结束而被删除,如果我们没删除的话(将1改为0)
可以用ipcs命令查看到信号灯,用ipcrm可以删除信号灯的
*/
#if 1
return semctl(semid,0,IPC_RMID);
#endif
}

int main(int argc,char **argv)
{
char buffer[MAX_CANON],*c;
int i,n;
int semid,semop_ret,status;
pid_t childpid;
struct sembuf semwait,semsignal;

if((argc!=2)||((n=atoi(argv[1]))<1))
  {
fprintf(stderr,"Usage:%s number\n\a",argv[0]);
exit(1);
  }

/* 使用IPC_PRIVATE 表示由系统选择一个关键字来创建  */
/* 创建以后信号灯的初始值为0 */
if((semid=semget(IPC_PRIVATE,1,PERMS))==-1)
   {
fprintf(stderr,"[%d]:Acess Semaphore Error:%s\n\a",
getpid(),strerror(errno));
exit(1);
   }

/* semwait是要求资源的操作(-1) */
init_semaphore_struct(&semwait,0,-1,0);

/* semsignal是释放资源的操作(+1) */
init_semaphore_struct(&semsignal,0,1,0);

/* 开始的时候有一个系统资源(一个标准错误输出) */
if(semop(semid,&semsignal,1)==-1)
{
fprintf(stderr,"[%d]:Increment Semaphore Error:%s\n\a",
getpid(),strerror(errno));
if(del_semaphore(semid)==-1)
        fprintf(stderr,"[%d]estroy Semaphore Error:%s\n\a",
                getpid(),strerror(errno));
exit(1);
}

/* 创建一个进程链 */
for(i=0;i  if(childpid=fork()) break;

sprintf(buffer,"[i=%d]-->[Process=%d]-->[Parent=%d]-->[Child=%d]\n",
i,getpid(),getppid(),childpid);
c=buffer;

/* 这里要求资源,进入原子操作 */
while(((semop_ret=semop(semid,&semwait,1))==-1)&&(errno==EINTR));
if(semop_ret==-1)
{
fprintf(stderr,"[%d]ecrement Semaphore Error:%s\n\a",
   getpid(),strerror(errno));
}
else
{
while(*c!='\0')fputc(*c++,stderr);
/* 原子操作完成,赶快释放资源 */
while(((semop_ret=semop(semid,&semsignal,1))==-1)&&(errno==EINTR));
if(semop_ret==-1)
         fprintf(stderr,"[%d]:Increment Semaphore Error:%s\n\a",
                        getpid(),strerror(errno));
}

/* 不能够在其他进程反问信号灯的时候,我们删除了信号灯 */
while((wait(&status)==-1)&&(errno==EINTR));
/* 信号灯只能够被删除一次的 */
if(i==1)
if(del_semaphore(semid)==-1)
        fprintf(stderr,"[%d]estroy Semaphore Error:%s\n\a",
                        getpid(),strerror(errno));
exit(0);
}

信号灯的主要用途是保护临界资源(在一个时刻只被一个进程所拥有).
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:30:27 | 显示全部楼层
3。SystemV消息队列 为了便于进程之间通信,我们可以使用管道通信 SystemV也提供了一些函数来实现进程的通信.这就是消息队列.

  #include  
  #include  
  #include  

  int msgget(key_t key,int msgflg);
  int msgsnd(int msgid,struct msgbuf *msgp,int msgsz,int msgflg);
  int msgrcv(int msgid,struct msgbuf *msgp,int msgsz,
long msgtype,int msgflg);
  int msgctl(Int msgid,int cmd,struct msqid_ds *buf);

struct msgbuf {
long msgtype;   /* 消息类型 */
....... /* 其他数据类型 */
}

msgget函数和semget一样,返回一个消息队列的标志.msgctl和semctl是对消息进行控制. msgsnd和msgrcv函数是用来进行消息通讯的.msgid是接受或者发送的消息队列标志. msgp是接受或者发送的内容.msgsz是消息的大小. 结构msgbuf包含的内容是至少有一个为msgtype.其他的成分是用户定义的.对于发送函数msgflg指出缓冲区用完时候的操作.接受函数指出无消息时候的处理.一般为0. 接收函数msgtype指出接收消息时候的操作.
如果msgtype=0,接收消息队列的第一个消息.大于0接收队列中消息类型等于这个值的第一个消息.小于0接收消息队列中小于或者等于msgtype绝对值的所有消息中的最小一个消息. 我们以一个实例来解释进程通信.下面这个程序有server和client组成.先运行服务端后运行客户端.
服务端 server.c

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#define   MSG_FILE "server.c"
#define   BUFFER 255
#define   PERM S_IRUSR|S_IWUSR

struct msgtype {
long mtype;
char buffer[BUFFER+1];
};

int main()
{
   struct msgtype msg;
   key_t key;
   int msgid;
   
   if((key=ftok(MSG_FILE,'a'))==-1)
    {
fprintf(stderr,"Creat Key Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
    }
  
  if((msgid=msgget(key,PERM|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1)
    {
fprintf(stderr,"Creat Message  Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
    }
  
  while(1)
   {
msgrcv(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),1,0);
fprintf(stderr,"Server Receive:%s\n",msg.buffer);
msg.mtype=2;
msgsnd(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),0);
   }
  exit(0);
}


--------------------------------------------------------------------------------

客户端(client.c)

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#define   MSG_FILE "server.c"
#define   BUFFER 255
#define   PERM S_IRUSR|S_IWUSR

struct msgtype {
long mtype;
char buffer[BUFFER+1];
};

int main(int argc,char **argv)
{
   struct msgtype msg;
   key_t key;
   int msgid;
   
   if(argc!=2)
    {
fprintf(stderr,"Usage:%s string\n\a",argv[0]);
exit(1);
    }

   if((key=ftok(MSG_FILE,'a'))==-1)
    {
fprintf(stderr,"Creat Key Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
    }
  
  if((msgid=msgget(key,PERM))==-1)
    {
fprintf(stderr,"Creat Message  Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
    }

  msg.mtype=1;
  strncpy(msg.buffer,argv[1],BUFFER);
  msgsnd(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),0);
  memset(&msg,'\0',sizeof(struct msgtype));
  msgrcv(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),2,0);
  fprintf(stderr,"Client receive:%s\n",msg.buffer);
  exit(0);
}  

注意服务端创建的消息队列最后没有删除,我们要使用ipcrm命令来删除的.
4。SystemV共享内存 还有一个进程通信的方法是使用共享内存.SystemV提供了以下几个函数以实现共享内存.

#include  
#include  
#include  

int shmget(key_t key,int size,int shmflg);
void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);

shmget和shmctl没有什么好解释的.size是共享内存的大小. shmat是用来连接共享内存的.shmdt是用来断开共享内存的.不要被共享内存词语吓倒,共享内存其实很容易实现和使用的.shmaddr,shmflg我们只要用0代替就可以了.在使用一个共享内存之前我们调用shmat得到共享内存的开始地址,使用结束以后我们使用shmdt断开这个内存.

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#define PERM S_IRUSR|S_IWUSR

int main(int argc,char **argv)
{

int shmid;
char *p_addr,*c_addr;
if(argc!=2)
  {
fprintf(stderr,"Usage:%s\n\a",argv[0]);
exit(1);
  }

if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,1024,PERM))==-1)
  {
fprintf(stderr,"Create Share Memory Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
  }
if(fork())
  {
p_addr=shmat(shmid,0,0);
memset(p_addr,'\0',1024);
strncpy(p_addr,argv[1],1024);
exit(0);
  }
else
  {
c_addr=shmat(shmid,0,0);
printf("Client get %s",c_addr);
exit(0);
  }
}

这个程序是父进程将参数写入到共享内存,然后子进程把内容读出来.最后我们要使用ipcrm释放资源的.先用ipcs找出ID然后用ipcrm shm ID删除.
后记:
进程通信(IPC)是网络程序的基础,在很多的网络程序当中会大量的使用进程通信的概念和知识.其实进程通信是一件非常复杂的事情,我在这里只是简单的介绍了一下.如果你想学习进程通信的详细知识,最好的办法是自己不断的写程序和看联机手册.现在网络上有了很多的知识可以去参考.
 楼主| 发表于 2006-10-29 09:31:16 | 显示全部楼层
介绍在Linux下线程的创建和基本的使用. Linux下的线程是一个非常复杂的问题,由于我对线程的学习不时很好,我在这里只是简单的介绍线程的创建和基本的使用,关于线程的高级使用(如线程的属性,线程的互斥,线程的同步等等问题)可以参考

我后面给出的资料. 现在关于线程的资料在网络上可以找到许多英文资料,后面我罗列了许多链接,对线程的高级属性感兴趣的话可以参考一下. 等到我对线程的了解比较深刻的时候,我回来完成这篇文章.如果您对线程了解的详尽我也非常高兴能够由您来完善.
先介绍什么是线程.我们编写的程序大多数可以看成是单线程的.就是程序是按照一定的顺序来执行.如果我们使用线程的话,程序就会在我们创建线成的地方分叉,变成两个"程序"在执行.粗略的看来好象和子进程差不多的,其实不然.子进程是通过拷贝父进程的地址空间来执行的.而线程是通过共享程序代码来执行的,讲的通俗一点就是线程的相同的代码会被执行几次.使用线程的好处是可以节省资源,由于线程是通过共享代码的,所以没有进程调度那么复杂.

线程的创建和使用
线程的创建是用下面的几个函数来实现的.

#include  
int pthread_create(pthread_t *thread,pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine)(void *),void *arg);
void pthread_exit(void *retval);
int pthread_join(pthread *thread,void **thread_return);

pthread_create创建一个线程,thread是用来表明创建线程的ID,attr指出线程创建时候的属性,我们用NULL来表明使用缺省属性.start_routine函数指针是线程创建成功后开始执行的函数,arg是这个函数的唯一一个参数.表明传递给start_routine的参数. pthread_exit函数和exit函数类似用来退出线程.这个函数结束线程,释放函数的资源,并在最后阻塞,直到其他线程使用pthread_join函数等待它.然后将*retval的值传递给**thread_return.由于这个函数释放所以的函数资源,所以retval不能够指向函数的局部变量. pthread_join和wait调用一样用来等待指定的线程. 下面我们使用一个实例来解释一下使用方法.在实践中,我们经常要备份一些文件.下面这个程序可以实现当前目录下的所有文件备份.备份后的后缀名为bak

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  

#include  
#include  
#include  

#define BUFFER 512

struct copy_file {
int infile;
int outfile;
};

void *copy(void *arg)
{
   int infile,outfile;
   int bytes_read,bytes_write,*bytes_copy_p;
   char buffer[BUFFER],*buffer_p;
   struct copy_file *file=(struct copy_file *)arg;
  
   infile=file->infile;
   outfile=file->outfile;
   
/* 因为线程退出时,所有的变量空间都要被释放,所以我们只好自己分配内存了 */
   if((bytes_copy_p=(int *)malloc(sizeof(int)))==NULL) pthread_exit(NULL);
   bytes_read=bytes_write=0;
   *bytes_copy_p=0;
  
/* 还记得怎么拷贝文件吗 */
   while((bytes_read=read(infile,buffer,BUFFER))!=0)
    {
if((bytes_read==-1)&&(errno!=EINTR))break;
else if(bytes_read>0)
         {
   buffer_p=buffer;
   while((bytes_write=write(outfile,buffer_p,bytes_read))!=0)
    {
if((bytes_write==-1)&&(errno!=EINTR))break;
else if(bytes_write==bytes_read)break;
else if(bytes_write>0)
{
buffer_p+=bytes_write;
bytes_read-=bytes_write;
}
    }
if(bytes_write==-1)break;
*bytes_copy_p+=bytes_read;
        }  
    }
   close(infile);
   close(outfile);
   pthread_exit(bytes_copy_p);
}

int main(int argc,char **argv)
{
  pthread_t *thread;
  struct copy_file *file;
  int byte_copy,*byte_copy_p,num,i,j;
  char filename[BUFFER];
  struct dirent **namelist;
  struct stat filestat;

/* 得到当前路径下面所有的文件(包含目录)的个数 */
  if((num=scandir(".",&namelist,0,alphasort))<0)
   {
fprintf(stderr,"Get File Num Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
   }

/* 给线程分配空间,其实没有必要这么多的 */
  if(((thread=(pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t)*num))==NULL)||
     ((file=(struct copy_file *)malloc(sizeof(struct copy_file)*num))==NULL))
   {
fprintf(stderr,"Out Of Memory!\n\a");
exit(1);
   }

  for(i=0,j=0;i    {
memset(filename,'\0',BUFFER);
strcpy(filename,namelist->d_name);
if(stat(filename,&filestat)==-1)
{
        fprintf(stderr,"Get File Information:%s\n\a",strerror(errno));
                exit(1);
         }

/* 我们忽略目录 */
if(!S_ISREG(filestat.st_mode))continue;
if((file[j].infile=open(filename,O_RDONLY))<0)
{
      fprintf(stderr,"Open %s  Error:%s\n\a",filename,strerror(errno));
           continue;
     }

strcat(filename,".bak");
        if((file[j].outfile=open(filename,O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))<0)
         {
             fprintf(stderr,"Creat %s  Error:%s\n\a",filename,strerror(errno));
             continue;
         }

/* 创建线程,进行文件拷贝 */
if(pthread_create(&thread[j],NULL,copy,(void *)&file[j])!=0)
fprintf(stderr,"Create Thread[%d] Error:%s\n\a",i,strerror(errno));
j++;
  }

  byte_copy=0;
  for(i=0;i    {
/* 等待线程结束 */
if(pthread_join(thread,(void **)&byte_copy_p)!=0)
fprintf(stderr,"Thread[%d] Join Error:%s\n\a",
i,strerror(errno));
else
         {
   if(bytes_copy_p==NULL)continue;
   printf("Thread[%d] Copy %d bytes\n\a",i,*byte_copy_p);
   byte_copy+=*byte_copy_p;
/* 释放我们在copy函数里面创建的内存 */
   free(byte_copy_p);
         }
   }
printf("Total Copy Bytes %d\n\a",byte_copy);
free(thread);
free(file);
exit(0);
}

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