Linux应用编程
一、IO (2)
标准IO口库： (2)
打开流： (2)
标准IO库读写： (3)
标准I/O口库-定位 (3)
文件IO (4)
一、unix输入输出 (4)
二、文件IO操作 (4)
二、静态库和动态库 (6)
三、进程操作 (8)
系统进程查看： (8)
进程类型： (9)
进程运行状态： (9)
应用程序进程操作 (10)
创建进程： (10)
替换进程： (10)
进程阻塞： (10)
进程结束 (10)
进程的一生 (13)
进程间通信 (13)
网络编程 (19)
UDP (23)
TCP (23)
一、IO
Man: 1 conmmand 2 syscall 3 function
Sorce insight 可以更新符号表，方便编程
Posix 标准接口windows linux 应用层与内核层的标准接口。在posix之上还可能有其它封装如glibc.
标准IO口库：
处理缓存分配、以优化执行I/O，
Strace 加可执行文件可跟踪程序从应用层到硬件的调用过程
Stream流：
文本流：
在流中处理的数据以字符出现。
二进制制流：
流中处理的是二进制的序列。
缓冲文件系统：（高级磁盘IO）
目的：心量减少使用read/write的使用
定义：文件读写都经过内存中介。
分类：全缓存，行缓存，不缓存
非级冲文件系统：（低级磁盘IO）
打开流：
*fopen(const char *path,const char *mode。。。)
释放：fclose
*freopen(const char *restrict pathname,const char restrict type，file * restrict fp)
标准IO库读写：
feof()判断文件是否结束。
EOF/feof() EOF 是glibc中文件结束的返回标志为32位-1。
读一个字符：
Getc(FILE * steam)
Fgetc()
Getchar()
若成功则为下一个字符，若已到文件尾端则为EOF
写一个字符：
Fputc(…a?,*)
每次输入一行：
Char *gets（char *s）
Char *fgets(char *s ,int size . FILE *stream)
Fegets()安全的读取到一个合法的字符串。最多读取到size-1个，s[size-1]一定为0
每次输出一行：
Puts：一定是一行，‘、0’结束符来终址函数，转义成换行字符。
Fputs：
内存搬移：
Fwrite()
Fread()
若文件大于4G 则在编译时打开__USE_FILE_OFFSET64宏
fpos_t
标准I/O口库-定位
ftell
fseek(),SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END
rewind(*stream) 设定文件位置为开始
fgetpos(FILE *stream,long offset,int whence)
fsetpos()
临时文件
char *tmpnam(char *s)
FILE *tmpfile(void)
linux 下EOF 为Ctrl + D
文件IO
一、unix输入输出
1、文件描述符
a)顺序分配的非负整数
b)内核用以标识一个特定进程正在访问的文件
c)其它资源的访问标识
2、
3、不用绶存的I/O
a）通过文件描述符进行访问
4、标准IO
二、文件IO操作
open（）
在内核中注册一个设备。
int open (const char *pathname,int flags,mode_t mode);
可以打开设备文件，只能创建普通文件
close（）
关闭表述符
文件属性获取
fstat/chmod/chown
目录
mkdir/rmdir/chdir/opendir/readdir
目录没有执行权限，我们对该目录不能操作，进入，删除
删阶除，修改
删除文件必须是该文件的所在文件夹具有执行，可写权限。
chown 改变所有者
truncate() 文件截短
opendir() 条开目录文件
readdir()
mkdir()
已知文件名和路径，获取文件大小的方式：
stat(filename,&stat) file_size
open();RET=read()
open ret= lseek(fd,o,SEEK_END)
硬链接软链接区别
硬链接：硬盘中目录对应的内容，其另目录就是硬链接link（）unlink()
软链接：相当于windos 的快捷方式symlink() unlink()
二、静态库和动态库
库：（链接权限）
可执行文件：（执行）
都是二进制的bin。
静态库：ar crs *.o
动态库：gcc -shared -fPIC -o *.so *.o
共同点：都是二进制文件的打包
不同点：链接成可执行文件的时候，作用范围不同
静态库：链接阶段，会跟我们其余的*.o文件一起生成可执行文件。gcc -o build *.o *.a.build具备*.a中所有二进制的代码。
动态库：链接阶段，只是起到一个标签的作用，不会跟其余*.o文件共同生成可执行程序build，这个build里没有so文件的二进制代码，在运行期间由操作系统来调度相关的so文件。gcc -o build *.o *.so
默认下GCC是按动态方式编译文件
编译时加–static 即可实现静态库
如何创建静态库：
1、先将*。c转成。o文件。
2、用ar命令，它将很多*。o 的文件生成库
3、ar crs lib.a 1.o 2.o。
系统默认的库目录为/lib /user/lib,把生成的库放在系统默认库中。或者在生成可执行文件时加入–L 文件路径
动态库：
链接阶段，只是起到一个标签的作用，
创建动态库
gcc –fPIC –c *.c –o *.o
gcc –shared –fPIC –o *.so *.o
系统默认的库目录为/lib /user/lib,把生成的库放在系统默认库中。
若系统默认库目录为只读，可以export LD_LIBRARY_PATH=路径名加入新路径，或修改/etc/ld.so.conf 把库所在的路径加到文件末尾，并执行ldconfig 刷新。
gcc –WL, -rpath=/绝对路径–o bulid -*.o。
通过以上在链接时加入路径，则在运行进会在所加的路径下去找动态库。这种情况在上面第一种和第二种情况不能用的情况下用。
生成可执行文件时如何找到库：
gcc -o -L LIB_PATH -lname===$(LIB_PATH)/libname.so a
gcc -o build -L /mnt -lmy 1.o
【默认在程序运行期间，在系统默认目录下去寻找相关的库】gcc -o build 1.o /mnt/libmy.so (不推荐)
【/mnt/libmy.so这个库的运行时查找目录定位为/mnt】
运行期间如何找到库：
静态库不需要在运行期间找。
动态库：系统默认目录：/lib /usr/lib
异常：
当默认目录，无法满足系统运行的情况，即/lib不可写
1、export LD_LIBRARY_PATH=....
2、gcc -Wl,-rpath=/mnt/hgfs/AUP/src/lib/ -o build *.c -l my
-l 表示在lib 和usr/lib 下找lib my.so
三、进程操作
进程一个独立的可调度的任务。进程是运行中的程序。
系统进程查看：
shell 下进程查看ps –aux
/proc 虚拟文件系统 通过文件系统接口实现对内核的访问，它以文件系统的形式，为操作系统本身和应用程序之间的通信提供一个界面， cat /proc/self/status 查看系统当前状态。
MMU
物理内存
进程PID
程序虚拟空间： 系统代码（3～4G ） 栈区 堆区
静态数据区 代码区
进程类型：
交互进程：由shell控制和运行，即可以在前台也可以在后台运行
批处理进程：shell命今集合
守护进程：在后台运行，一般在linux启动时执行，关闭时才结束。
进程运行状态：
运行态（R）：
此时进程或都正在运行，或都正准备运行
等待态：此时进程在等待一个事件的发生或某系统资源
可中断（S）
不可中断（D）
停止态（X）：
此时进程被中止
死亡态(僵尸态)（Z）：
一个已终止的进程，但还在进程向量数组中占有一个task_struct结构
占用PID号，以及返回时的状态，需在父进程中对该进程操作，即回收相应的数据结构。
应用程序进程操作
创建进程：
fock() 创建一个进程，创建时所创建的子进程的fock反的PID为0，父进程的fock()反回的是子进程的PID，用fock创建的进程都是R状态。在程序中killall掉子进程的父进程，则相应子进程则被主进程回收成为保护进程，或精录进程。
Vfork() 相对fork()拷贝后先运行子进程，全局变量共享，局部变量也共享。
替换进程：
exec函数族：
替换调用者进程的所有资源。只保留进程号。
execl
execlp
execv
进程阻塞：
阻塞操作是指在执行设备操作时若不能获得资源则挂起进程，直到满足可操作的条件后再进行操作。被挂起的进程进入休眠状态，被从调度器的运行队列移走，直到等待的条件被满足。非阻塞的进程在不能进行设备时并不挂起，它或者放弃，或者不停地查询，直到可以操作为至。pid_t wait(int *status)直到任一个子进程结束或者该进程接收到了一个信号为止，如果该进程没有子进程或都子进程结束，
wait会立即返回。
waitpid 可以指定某一进程及阻塞方式。
wait(NULL) = waitpid(-1,NULL,0)
进程结束
exit(0)（清理缓存）_exit(0)(不清理缓存) 退出进程。
守护进程（精灵）：大多数服务都是守护进程。
在终端中运行的程序都依赖于该终端，如果终端关闭，则该程序结束。如果要让程序突破这个限制则需要建立守护进程。
守护进程建立方法：
1、创建子进程，父进程退出。
pid = fork();
if(pid>0)
{exit(0);}
2、在子进程中创建新会话，改变工作组，使之自已管理自已（setsid()）。
3、改变当前目录为根目录chdir(“/”);。
4、重设文件权限掩码。umask()
5、关闭文件描述符。
守护进程建立方法详细介绍：
1．让init进程成为新产生进程的父进程。
调用fork函数创建子进程后，使父进程立即退出。这样，产生的子进程将变成孤儿进程，并被init进程接管，同时，所产生的新进程将变为在后台运行。
2．调用setsid函数
通过调用setsid函数，使得新创建的进程脱离控制终端，同时创建新的进程组，并成为该进程组的首进程。为了使读者更好地理解这一步骤，下面介绍进程组、会话（session）的基本概念。
在Linux系统中，所有的进程都属于各自的进程组。进程组是一个或多个进程的集合。打个比方，可以认为某个班级是一个进程组，而其中成员就是进程。一个班级至少有一个成员。当一个班级的最后一个成员不存在的时候，这个班级也就不存在了，也就是进程组消亡了。
每个进程组都有类似于进程号的标识，称为进程组ID。进程组ID是由领头进程的进程号决定的，每个进程组都存在一个领头进程。进程组的存在与否与领头进程是否存在没有关系。
会话是一个或多个进程组的集合。与进程组类似，每个会话都存在一个领头进程。Linux是一个多用户的操作系统，在同一时刻系统中会存在属于不同用户的多个进程。如果用户在某个终端上发送了某个信号，例如，按下“Ctrl+C”发送SIGINT信号，如何确保信号被正确地发送到对应的进程，同时不会影响使用其他终端的用户的进程？
会话和进程组是Linux内核用于管理多用户情况下用户进程的方法。每个进程都属于一个进程组，而进程组又属于某个会话。当用户从终端登录系统（不管是终端还是伪终端），系统会创建一个新的会话。在该终端上启动的进程都会被系统划归到会话的进程组中。
会话中的进程通过该会话中的领头进程（常称其为控制进程）与一个终端相连。该终端是会话的控制终端。一个会话只能有一个控制终端，反之一样。如果会话存在一个控制终端，则它必然拥有一个前台进程组。属于该组的进程可以从控制终端获得输入。这时，其他的进程组都为后台进程组。图8.3所示为会话、进程组、进程与控制终端之间的关系。
由于守护进程没有控制终端，而使用fork函数创建的子进程继承了父进程的控制终端、会话和进程组，因此，必须创建新的会话，以脱离父进程的影响。Linux系统提供了setsid函数用于创建新的会话。setsid函数的信息如表8.1所示。
表8.1 setsid函数
头文件
函数形式pid_t setsid(void);
返回值成功失败是否设置errno 调用进程的会话ID ?1 是
setsid 函数将创建新的会话，并使得调用setsid函数的进程成为新会话的领头进程。调用setsid函数的进程是新创建会话中的惟一的进程组，进程组ID为调用进程的进程号。setsid函数产生这一结果还有个条件，即调用进程不为一个进程的领头进程。由于在第一步中调用fork的父进程退出，使得子进程不可能是进程组的领头进程。该会话的领头进程没有控制终端与其相连。至此，满足了守护进程没有控制终端的要求。3．更改当前工作目录
使用fork函数产生的子进程将继承父进程的当前工作目录。当进程没有结束时，其工作目录是不能被卸载的。为了防止这种问题发生，守护进程一般会将其工作目录更改到根目录下（/目录）。更改工作目录使用的函数是chdir。
4．关闭文件描述符，并重定向标准输入、输出和错误输出
新产生的进程从父进程继承了某些打开的文件描述符，如果不使用这些文件描述符，则需要关闭它们。守护进程是运行在系统后台的，不应该在终端有任何的输出信息。可以使用dup函数将标准输入、输出和错误输出重定向到/dev/null设备上（/dev/null是一个空设备，向其写入数据不会有任何输出）。下面给出具体的代码：
…
int fd;
//将标准输入输出重定向到空设备
fd = open ("/dev/null", O_RDWR, 0);
if (fd != -1)
{
dup2 (fd, STDIN_FILENO);
dup2 (fd, STDOUT_FILENO);
dup2 (fd, STDERR_FILENO);
if (fd > 2)
close (fd);
}
5．设置守护进程的文件权限创建掩码
很多情况下，守护进程会创建一些临时文件。出于安全性的考虑，往往不希望这些文件被别的用户查看。这时，可以使用umask函数修改文件权限，创建掩码的取值，以满足守护进程的要求。
8.2.2 守护进程具体实现
本节给出一个守护进程创建的实例。程序p8.1.c中定义了daemon函数，用于实现对守护进程的创建。其创建思想在8.2.1中有详细的介绍，程序的具体代码如下：
//p8.1.c 守护进程的实现
#include
#include
#include
#include
#include
/* daemon函数用于将调用函数的进程转化为守护进程*/
int
daemon (int nochdir, int noclose)
{
pid_t pid;
pid = fork ();
/*如果创建进程失败*/
if (pid < 0)
{
perror ("fork");
return -1;
}
/* 父进程退出运行*/
if (pid != 0)
exit (0);
/* 成为会话领头进程*/
pid = setsid();
if (pid < -1)
{
perror ("setsid");
return -1;
}
/* 将工作目录修改成根目录*/
if (! nochdir)
chdir ("/");
/* 将标准输入输出重定向到空设备*/
if (! noclose)
{
int fd;
fd = open ("/dev/null", O_RDWR, 0);
if (fd != -1)
{
dup2 (fd, STDIN_FILENO);
dup2 (fd, STDOUT_FILENO);
dup2 (fd, STDERR_FILENO);
if (fd > 2)
close (fd);
}
}
umask (0027);
return 0;
}
int main(void)
{
daemon(0,0);
sleep(1000);
return 0;
}
使用gcc编译p8.1.c，得到名为p8.1的可执行文件。执行该程序，程序将以守护进程的状态运行，如图8.4所示。
进程的一生
下面就让我用一些形象的比喻，来对进程短暂的一生作一个小小的总结：随着一句fork，一个新进程呱呱落地，但它这时只是老进程的一个克隆。然后随着exec，新进程脱胎换骨，离家独立，开始了为人民服务的职业生涯。人有生老病死，进程也一样，它可以是自然死亡，即运行到main函数的最后一个"}"，从容地离我们而去；也可以是自杀，自杀有2种方式，一种是调用exit函数，一种是在main函数内使用return，无论哪一种方式，它都可以留下遗书，放在返回值里保留下来；它还甚至能可被谋杀，被其它进程通过另外一些方式结束他的生命。进程死掉以后，会留下一具僵尸，wait和waitpid充当了殓尸工，把僵尸推去火化，使其最终归于无形。这就是进程完整的一生。
进程间通信
所有进程均运行于操作系统之上，所以所有进程间通信都是通过操作系统完成。
linux进程通间方式：
无名管道通信
有名管道
信号
套接字(socket)
无名管道：
在3G到4G之间分配了一个队列，不能进行lseek（）；不占用磁盘空
间，一定不能在有写端时关闭读。read返回0时表示管道破坏（写端没
了）。一但进程收到SIGPIPE信号时，说明管道已破坏，系统自动kill
该进程。
a、只能用于具有亲缘关系的进程之间.
b、半双工的通信模式.
c、管道可以看成一种特殊的文件，可能进行IO文件操作。
建立方法：
int pipe（int fd[2]）在父进程上建立两个文件表述符指向系
统中同时开辟的FIFO buf
close（fd）关闭父进程写子进程读。
管道读写注意事项：
有名管道
为无名管道的一种改进，有名管道依赖于文件系统。
a、可以用于不相关的两个进程
b、该管道可以通过路径名来指出，并在文件系统中是可见，可以按普通
文件进行文件操作
c、FIFO，对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据。
创建有名管道：
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
阻塞非阻塞
写端读端管道数据结果写端读端管道数据结果
无有无return 0 无有无return 0
无有有正常读写到数
据空时
return0 无有有
正常读写到
数据空时
return0
有无无SIGPIPE，退出
进程有无无
SIGPIPE，退
出进程
有无有SIGPIPE，退出
进程有无有
SIGPIPE，退
出进程
有有无阻塞有有无读错误:再试一次
有有有正常读写、数据
满则写阻塞有有有
正常读写写
满则出错
信号通信：
信号是异步通信中唯一的进程间能信。
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，可以做用户空间和内核空
间的交互。
kill –l 可在shell中列出所有系统中的信号。
红帽子5中
1～31 是UNIX兼容的信号，没有队列，如信号同时发生两次，只响应一次。
常用信号：
SIGINT : CTRL+C
SIGKILL:不可忽略信号，杀死一个进程
SIGUSR1,SIGUSR2:空白信号用户自定义实现
信号的捕捉：
kill（pid，信号类型）
raise（信号类型）
以上两名命可以给进程自已发送信号。
alarm：
pause（）用于将调用进程挂起直到有信号进程处于 T 状态。
信号的处理：
signal（信号类型，函数接口），若函数接口处写 SIG_IGN 则忽略信号终端敲ctrl+c 实质为 sinal(SIGINT,0)即向所有的进程组发送信号。
IPC对像通信：
共享内存：
进程间可以直接读取内存，共享内存是所有进程间通信的方式。
ipcs 列出所有系统的IPC。
ipcrm -m 在shell中删除共享内存。
1、ftok（*path，id）通过系统中存在的文件，和id值算出key。
2、shmid = int shmget(key_t key,int size ,int mode); 在内核空间申请共
享内存。
void *shmat(int shmid , const void *shmaddr,int shmflg) ;
把内核共享内存映射到用户空间。
shmadd（）删除映关系。
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf)
删除内存。
消息队列：
int msgget(key ,msgflg)
msgsend(msqid,*msgp,size,msgflg)
msgrcv()
msgctl()
信号灯（semaphore）:
与线程信号量区别为，线程的线号量是过用户空间的全局变量实现，进程是能过内核空间实现。
1、建立创库
int semget()
2、初始化系统资源
int semop()
3、int semctl()
shmat()
四、线程
引入线程的目的：减少处理机空转时间，支持多处理器，减少上下文切换开销。
线程是微型进程，相当于多个进程共享4G的虚拟空间，但可同时可被系统调用。这种进程便为线程。
线程切换速度远大于进程。
线程通信通过全局变量，而进程需要通过系统。
编译时加–lpthread。
每个线程私有资源：
线程ID
PC 和相关寄存器
堆栈
错误号
。。。。。。
线程的操作：
创建：pthread_create（）
线程退出 pthread_exit
查线程号pthread_self ()
线程阻塞pthread_join(id1,NULL); 并回收线程资源。
创建：pthread_create（）
线程退出 pthread_exit
查线程号pthread_self ()
线程阻塞pthread_join(id1,NULL); 并回收线程资源。
线程属性：
绑定：邦定后可以提高优先级，让用户空间线程与CPU队列一一对应。
分离：分离后自已管理自已，遇pthread_join() 不阻塞。
pthread_attr_setsetdetachstate()
堆栈地址：
优先级：
默认属性：非绑定、非分离，1M堆，与父进程同优先级。
线程间机制：
线程间同步：
信号量代表一类资源，其值表示系统中该资源的数量
信号量是一个受保护的变量，只能有三种操作：
初始化P操作（申请资源）V操作（释放资源）
无名信号量：
int sem_init()
sem_wait() P
int sem_post() V
int sem_getvalue() 得到信号量值
int sem_trywait() P
int sem_destroy()信号量册除
同步几个进程（线程）用几个信号量
互斥锁：
pthred_mutex_init()。
int pthred_mutex_trylock()。
int pthread_mutex_lock()。
int pthread_mutex_unlock()。
网络编程
最早网络模型：ARPAnet。
TCP 用来检测网络传输中差错的传输控制协议。
IP 负则对不同网络进行互联的协议。
物联网：