Linux环境编程——基础概念

程序员必备技能

一门编程语言：C语言、C++
数据结构与算法：表、树、图、查找、排序、STL
操作系统：UNIX、Linux系统
网络编程：TCP\IP(socket技术、TCP、UDP、FTP协议)
数据库：MySQL
界面设计:Qt

课程介绍

环境介绍
内存管理
文件管理
信号处理
进程管理
进程通信
线程管理
线程同步
网络编程

UNIX系统介绍

 BCPL->newB->C->UNIX->Minix->Linux->gcc最早版本诞生于1970年，属于美国贝尔实验室，作者丹尼斯·里奇和肯·汤普逊
 是最早的多用户、多任务、支持多种CPU架构、高安全性、高稳定性、高可靠性
 既能够构建大型关键业务系统的商用服务器、也能支持嵌入式设备

 Minix是一种基于微内核架构的类UNIN系统，并开放全部源代码给大学教学和研究工作，Linux之父林纳斯·托瓦兹正是受到Minix的启发，才开发了第一个版本的Linux系统

Linux系统介绍

 Linux，全称GNU/Linux，其内核由林纳斯·本纳第克特·托瓦兹于1991年首次发布。
 它主要受到Minix和Unix思想的启发，是一个基于POSIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。
 Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

相关知识

 Linux的标志：小企鹅，因为企鹅是南极洲的标志性动物，而南极目前不被任何国家占有，属于全人类
 GNU组织：通用的、非商业的、类UNIX系统，目前全球最大的开源组织，负责Linux内核代码的升级
 GPL通用许可证：在带有GPL证书的代码的基础上开发出的软件，也必须支持GPL证书
 POSIX:可移植操作系统接口，Linux完全遵循该标准，UNIX也大部分遵循该标准，所以它们的命令、API接口基本上通用
 发行版：Linux只是内核，内核+shell+基础软件才是可用的操作系统
  由不同的公司依据Linux内核制作出不同发行版的Linux系统
  Ubuntu、redhat、CentOS、debian、deepin、UOS

GNU编译工具

多样性

支持各种编程语言、支持各种操作系统
gcc -v 查看版本信息

构建过程

预处理：gcc -E code.c -o code.i
编译： gcc -S code.i -> code.s
汇编： gcc -c code.s -> code.o
链接： gcc a.o b.o c.o … -> a.out

文件类型：

	.h      头文件
	.h.gch  头文件的编译结果，会被优先使用
	.c      源文件
	.i      预处理文件
	.s      汇编文件
	.o      目标文件
	.a      静态库文件
	.so     共享库文件

编译参数：

	-E      只预处理
	-S      只编译
	-c      只编译、不链接
	-o      设置编译结果的名字
	-std    设置语法标准
	-g      生成调试信息
	-Wall   尽可能多地产生警告
	-Werror 把警告当作错误处理
	-l      指定要加载的库文件名
	-I      指定头文件的加载路径
	-L      设置库文件的查找路径
	-D      编译时定义宏
	-On(1\2\3)  优化等级     
	-pedantic   以ANSI/ISO C标准列出的所有警告  -ansi   会对typeof产生警告

预处理指令：

#include <>/""  包含头文件
#define         定义宏常量、宏函数
       #           把标识符转换成字符串
       ##          拼接标识符
#ifdef          宏名存在条件为真
#ifndef         宏名不存在条件为真
#undef          删除宏
#if / #elif / #else / #endif    条件编译
        
#error  提示错误，并且能阻止生成可执行文件，一般与条件编译判断配合
#warning    提示警告
#line       设置行号，影响错误、警告提示的行号

#pragma pack (1\2\4)    内存对齐和补齐时的最大字节数
#pragma once    相当于头文件卫士
#pragma GCC dependency "filename"   监控文件
#pragma GCC poison key  设置关键字key为有毒的，禁止在代码中使用关键词key

库

  库文件就是目标文件的集合，可用被其它代码调用，把代码封装成库文件后方便调用、方便管理、安全性更高、保密性更好

静态库

 就是目标文件的集合，调用静态库就是把静态库中的二进制指令拷贝到可执行程序中
  优点：运行速度比共享库快，运行时不需要依赖静态库
  缺点：最终的可执行文件相对较大，当静态库修改后可执行文件必须要重新编译

共享库：

 就是带入口的可执行文件，调用共享库其实记录共享库中二进制指令在内存中的位置，当可执行文件执行时，共享库会被一起加载到内存中，可执行文件可以跳转到共享库中执行
  优点：可执行文件相对较小，当共享库修改后，可执行文件不需要重新编译
  缺点：运行速度比静态库慢，可执行文件运行时需要依赖共享库

静态库

制作静态库

1、编译出目标文件
gcc -c code.c …
2、打包目标文件生成静态库文件
ar -r libxxx.a a.o b.o c.o …
注意：库名格式必须是libxxx.a

使用静态库：

1、直接使用
  gcc code.c libxxx.a
2、指定库文件的位置
  -L 指定库的路径 -l 指定库名 【库民去掉前缀和后缀 -lxxx】
3、通过设置环境变量的方式来指定库的查找路径 -l指定库名
  打开配置文件：vim ~/.bashrc
  在配置文件末尾添加：export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:路径
  保存退出并重新加载：source ~/.bashrc
注意：如果是删除环境变量，需要关闭终端、再打开
  直接使用静态库：gcc code.c -lxxx

共享库

制作共享库

1、编译生成目标文件
  gcc -fpic -c code.c
  pic：位置无关
2、生成共享库
  gcc -shared -fpic a.o b.o c.o … -o libxxx.so

使用共享库

1、直接使用
  gcc code.c libxxx.so
注意：失败是因为执行共享库时，默认的加载路径是/lib

2、指定库文件的位置
-L 指定库的路径 -l 指定库名 【库民去掉前缀和后缀 -lxxx】

3、通过设置环境变量的方式来指定库的查找路径 -l指定库名
  打开配置文件：vim ~/.bashrc
  在配置文件末尾添加：export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:路径
  保存退出并重新加载：source ~/.bashrc
  gcc code.c -lxxx

注意：需要设置程序执行共享库的加载路径

  打开配置文件：vim ~/.bashrc
  在配置文件末尾添加：export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:路径
  保存退出并重新加载：source ~/.bashrc
注意：当同名共享库与静态库同时存在时，编译器会优先使用共享库
  -static 编译参数，可以优先使用静态库

静态库和共享库的辅助工具

  ldd  查看可执行程序依赖哪些共享库 ldd ./a.out
  nm  查看目标文件、可执行文件、静态库、共享库中的符号列表
  strip  缩减，删除目标文件、可执行文件、静态库、共享库中的符号列表
  objdump  显示目标文件、可执行文件、静态库、共享库中的反汇编信息

环境变量表

  每个程序执行时操作系统都会给一张环境变量表，该表中记录了操作系统的所有的环境变量，这些环境变量反映了操作系统的配置、情况，以及当前操作系统所处的系统环境。

  声明 extern char** environ; 就可以直接使用该程序的环境变量表
注意：可以随意修改，因为只是操作系统提供的一个备份

操作环境变量表的函数

int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);
        功能：向环境变量表中添加、修改环境变量
        name：环境变量名
        value：环境变量的值
        overwrite：当环境变量存在时
                    为真则修改原来的环境变量的值
                    为假则不修改
        返回值：成功返回0，失败返回-1

int unsetenv(const char *name);
        功能：删除环境变量
        name：待删除的环境变量名
    
char *getenv(const char *name);
        功能：获取环境变量的值

int putenv(char *string);
        功能：以name = value 的格式修改或添加环境变量，如果已经存在则修改，不存在则添加
        返回值：成功返回0；失败返回-1

int cleanenv(void);
        功能：清空环境变量表

错误处理

1、通过函数的返回值表示错误
  a、合理值表示成功，非法值表示失败
    例如：计算大小、查找
  b、指针类型的返回值 NULL 或者 0xffffffff 表示失败
    例如：malloc、mmap、
  c、返回0表示成功，-1表示失败，一般都是系统函数
  d、永远成功 例如：printf
2、通过影响全局的错误编码 errno 定义在 errno.h 中

char *strerror(int errnum);
	功能：根据错误编码的值，获取详细的错误信息，通过返回值返回，记录到日志中，或者通过网络通信发送出去

注意：errno是一个全局变量，不能根据它的值就轻易判断是否产生错误

void perror(const char *s);
	功能：直接显示出系统错误原因