C語言最早是由貝爾實驗室的Dennis Ritchie為了UNIX的輔助開發(fā)而編寫的,它是在B語言的基礎上開發(fā)出來的。盡管C語言不是專門針對UNIX操作系統(tǒng)或機器編寫的,但它與UNIX系統(tǒng)的關系十分緊密。由于它的硬件無關性和可移植性,使C語言逐漸成為世界上使用最廣泛的計算機語言。
讀者通過親自動手安裝Linux操作系統(tǒng),對Linux有個初步的認識,并且加深對Linux中的基本概念的理解,熟悉Linux文件系統(tǒng)目錄結構。
調試是所有程序員都會面臨的問題。如何提高程序員的調試效率,更好、更快地定位程序中的問題從而加快程序開發(fā)的進度,是大家都很關注的問題。就如讀者熟知的Windows下的一些調試工具,如Visual Studio自帶的設置斷點、單步跟蹤等,都受到了廣大用戶的贊賞。
在上一小節(jié),讀者已經了解到了make項目管理器的強大功能。的確,makefile可以幫助make完成它的使命,但要承認的是,編寫makefile確實不是一件輕松的事,尤其對于一個較大的項目而言更是如此。那么,有沒有一種輕松的手段生成makefile而同時又能讓用戶享受make的優(yōu)越性呢?
本章是Linux中進行C語言編程的基礎,首先講解了C語言編程的關鍵點,這里關鍵要了解編輯器、編譯鏈接器、調試器及項目管理工具等概念。
串口是計算機一種常用的接口,常用的串口有RS-232-C接口。它是于1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通信的標準,它的全稱是“數(shù)據終端設備(DTE)和數(shù)據通信設備(DCE)之間串行二進制數(shù)據交換接口技術標準”。
本章前面幾節(jié)所述的文件及I/O讀寫都是基于文件描述符的。這些都是基本的I/O控制,是不帶緩存的。而本節(jié)所要討論的I/O操作都是基于流緩沖的,它是符合ANSI C的標準I/O處理,這里有很多函數(shù)讀者已經非常熟悉了(如printf()、scantf()函數(shù)等),因此本節(jié)中僅簡要介紹最主要的函數(shù)。
本書在第2章中介紹“ps”的命令時提到過管道,當時指出了管道是Linux中一種很重要的通信方式,它是把一個程序的輸出直接連接到另一個程序的輸入,這里仍以第2章中的“ps –ef | grep ntp”為例,描述管道的通信過程,如圖8.2所示
本章首先講解了系統(tǒng)調用(System Call)、用戶函數(shù)接口(API)和系統(tǒng)命令之間的聯(lián)系和區(qū)別,這也是貫穿本書的一條主線,本書就是按照系統(tǒng)命令、用戶函數(shù)接口(API)系統(tǒng)調用的順序逐層深入講解,希望讀者能有一個較為深刻的認識。
進程的概念首先是在20世紀60年代初期由MIT的Multics系統(tǒng)和IBM的TSS/360系統(tǒng)引入的。在40多年的發(fā)展中,人們對進程有過各種各樣的定義?,F(xiàn)列舉較為著名的幾種。
在Linux中創(chuàng)建一個新進程的惟一方法是使用fork()函數(shù)。fork()函數(shù)是Linux中一個非常重要的函數(shù),和讀者以往遇到的函數(shù)有一些區(qū)別,因為它看起來執(zhí)行一次卻返回兩個值。難道一個函數(shù)真的能返回兩個值嗎?希望讀者能認真地學習這一部分的內容。
通過編寫多進程程序,使讀者熟練掌握fork()、exec()、wait()和waitpid()等函數(shù)的使用,進一步理解在Linux中多進程編程的步驟。
本章主要介紹進程的控制開發(fā),首先給出了進程的基本概念,Linux下進程的基本結構、模式與類型以及Linux進程管理。進程是Linux中程序運行和資源管理的最小單位,對進程的處理也是嵌入式Linux應用編程的基礎,因此,讀者一定要牢牢掌握。
信號是UNIX中所使用的進程通信的一種最古老的方法。它是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬,是一種異步通信方式。信號可以直接進行用戶空間進程和內核進程之間的交互,內核進程也可以利用它來通知用戶空間進程發(fā)生了哪些系統(tǒng)事件。它可以在任何時候發(fā)給某一進程,而無需知道該進程的狀態(tài)。
在多任務操作系統(tǒng)環(huán)境下,多個進程會同時運行,并且一些進程之間可能存在一定的關聯(lián)。多個進程可能為了完成同一個任務會相互協(xié)作,這樣形成進程之間的同步關系。而且在不同進程之間,為了爭奪有限的系統(tǒng)資源(硬件或軟件資源)會進入競爭狀態(tài),這就是進程之間的互斥關系。
可以說,共享內存是一種最為高效的進程間通信方式。因為進程可以直接讀寫內存,不需要任何數(shù)據的復制。為了在多個進程間交換信息,內核專門留出了一塊內存區(qū)。這段內存區(qū)可以由需要訪問的進程將其映射到自己的私有地址空間。因此,進程就可以直接讀寫這一內存區(qū)而不需要進行數(shù)據的復制,從而大大提高了效率。
顧名思義,消息隊列就是一些消息的列表。用戶可以從消息隊列中添加消息和讀取消息等。從這點上看,消息隊列具有一定的FIFO特性,但是它可以實現(xiàn)消息的隨機查詢,比FIFO具有更大的優(yōu)勢。同時,這些消息又是存在于內核中的,由“隊列ID”來標識。
通過編寫有名管道多路通信實驗,讀者可進一步掌握管道的創(chuàng)建、讀寫等操作,同時,也復習使用select()函數(shù)實現(xiàn)管道的通信。
本章詳細講解了Linux中進程間通信的幾種機制,包括管道通信、信號通信、消息隊列、信號量以及共享內存機制等,并且講解了進程間通信的演進。
前面已經提到,進程是系統(tǒng)中程序執(zhí)行和資源分配的基本單位。每個進程都擁有自己的數(shù)據段、代碼段和堆棧段,這就造成了進程在進行切換等操作時都需要有比較復雜的上下文切換等動作。為了進一步減少處理機的空轉時間,支持多處理器以及減少上下文切換開銷,進程在演化中出現(xiàn)了另一個概念——線程。