Linux高并发服务器开发之第一章 Linux系统编程入门

第一章 Linux系统编程入门

1.1Linux开发环境搭建

环境：Ubuntu20.04

编译软件：VScode

编译：GCC

调试：GDB

1.2-1.3 GCC

• 工作流程
  • 
  • 预处理

    • gcc -E test.c -o test.i

  • 编译

    • gcc -S test.i -o test.s

  • 汇编

    • gcc -c test.s -o test.o

  • 链接 

    • 可直接执行  ./xxx.o

• gcc和g++的区别
  • 1、gcc、g++可以相互编译
  • 2、编译可以用gcc/g++，链接可以用g++/gcc -lstdc++
•  gcc常用参数选项
  • 
  •  

   

 1.4-1.5 静态库

• 定义：在程序的链接阶段被复制到了程序中
• 优缺点
  • 优：加载速度快、移植方便
  • 缺：消耗系统资源、浪费内存、更新、部署麻烦
• 命名规则
  • libxxx.a
• 制作
  • 1、gcc获得.o文件
  • 2、将.o 文件打包，使用ar工具

    ar rcs libxxx.a xxx.o xxx.o

 1.6 动态库

• 定义：在链接阶段没有被复制到程序中，而是在程序运行时由系统动态加载到内存中供程序调用
• 优缺点
  • 优：实现进程间资源共享
  • 缺：加载速度慢、依赖提供的动态库
• 命名规则
  • libxxx.so
• 制作
  • 1、gcc得到.o文件，得到与位置无关的代码

    • gcc -c -fpic/-fPIC a.c b.c

  • 2、得到动态库

    • gcc -shared a.o b.o -o libcalc.so

       

1.7两者的工作原理

• 静态库：gcc链接时，把静态库中的代码打包到可执行程序中
• 动态库： gcc链接时，不会把动态库中的代码打包到可执行程序中
• 定位共享库文件
  • 搜索DT_RPATH段
  • 环境变量LD_LIBRARY_PATH
  • /etc/ld.so.cache文件列表
  • /lib/,/usr/lib目录

1.10 Makefile

• 功能：定义了一系列指定哪些文件需要先编译、哪些文件需要后编译、哪些需要重新编译。
  • 好处：自动化编译
• 命名规则
  • 文件名
    • makefile/Makefile
  • 规则
  • 其他规则一般都是为第一条规则服务的

• 变量

   

• 函数

  • wildcard（查找函数）

    注释：寻找当前目录和./sub/目录下为.c的文件 

  • patsubst（替换函数）

    注释：把.c的文件替换为.o文件 

1.13GDB调试

• 功能
  • 断点调试
• 准备工作

  • gcc -g -Wall xxxx.c -o xxxx

         注：-g是在可执行文件中加入源代码的信息，并不是把整个源文件嵌入到可执行文件中

• GDB的常用命令

以下部分开始讨论UNIX系统， 

1.19文件描述符

• 对内核而言，所有打开的文件都通过文件描述符引用
• 分类
  • 0：进程的标准输入
  • 1：标准输出
  • 2：标准错误

1.20 open函数

• 定义
  • 
• 返回值
  • 若成功，返回文件描述符fd
  • 失败，返回-1
• 使用事项
  • 三个头文件
  • 参数1：要打开的文件名
  • 参数2：函数的多个选项（进行“或”运算构成oflag参数）
    • 必选：O_RDONLY(只读)、O_WRONLY(只写)、O_RDWR(读写)、
    • 可选：O_APPEND（追加到文件的尾端）、O_CREAT（修改文件的访问权限）....
• 举例

  #include
  #include
  #include
  #include
  #include 
  
  int main()
  {
      int fd =open("a.txt",O_RDONLY);
  
      if(fd == -1)
      {
          perror("open");
      }
  
      close(fd);
  
      return 0;
  }

1.22 read、wirte函数

• read
  • 定义
    • 
  • 返回值
    • 读到的字节数，若已到文件尾，返回0
    • 出错，返回-1
  • 参数1：源文件的文件描述符
  • 参数2：读取数据存放的地方，一般为一个数组
  • 参数3：数组的大小，使用sizeof函数
    • 注意头文件#include
• wirte
  • 定义
  • 返回值
    • 若成功，返回已写的字节数
    • 若出错，返回-1
  • 参数1：目标文件的文件描述符
  • 参数2：读取数据存放的地方
  • 参数3：要写的数据实际大小
• 举例

  #include
  #include
  #include
  #include
  #include
  
  int main()
  {
      //1.通过open打开english.txt文件
      int srcfd = open("english.txt",O_RDONLY);
      if(srcfd == -1)
      {
          perror("open");
          return -1;
  
      }
      //2.创建一个新的文件
      int destfd = open("copy.txt",O_WRONLY | O_CREAT,0664);
      if(destfd == -1)
      {
          perror("open");
          return -1;
  
      }
      //3.频繁的读写操作
      char buf[1024]={0};
      int len =0;
      while((len = read(srcfd,buf,sizeof(buf))) >0 )
      {
          write(destfd, buf, len);
  
      }
      //4.关闭文件
      close(srcfd);
      close(destfd);
  
  
  }
  

1.23 lseek函数

• 定义：对文件指针进行操作
  • 
• 返回值
  • 若成功，返回新的文件偏移量
  • 出错，返回-1
• 参数2offset与参数3 whence有关
  • 若whence为 SEEK_SET, 将文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节
  • 若whence为 SEEK_CUR, 将文件的偏移量设置为其当前值加offset字节，可正可负
  • 若whence为 SEEK_END, 将文件的偏移量设置为文件长度加offset字节，可正可负
• 作用
  • 1、移动文件指针到文件头
  • 2、获取当前文件指针的位置
  • 3、获取文件的长度
  • 4、拓展文件的长度
• 举例

  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  
  int main()
  {
      int fd = open("hello.txt",O_RDWR);
      if(fd == -1)
      {
          perror("open");
          return -1;
      }
  
      //扩展文件的长度
      int ret =lseek(fd, 100 ,SEEK_END);
      if(ret == -1)
      {
          perror("lseek");
          return -1;
      }
      //写入一个空数据
      write(fd, " ", 1);
  
      //关闭文件
      close(fd);
  
  }

• 1.24stat函数

  • 定义：获取具体文件的信息

  • 返回值

    • 若成功，返回0；

    • 出错，返回-1

  • 参数1：要操作的文件名路径

  • 参数2：结构体变量，包括文件的相关信息

    • mode_t：文件的类型和存取的权限

    • st_size：文件字节数

    • 等

  • 举例（获取该文件的大小）

    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    
    int main()
    {
        struct stat statbuf;
    
        int ret = stat("a.txt", &statbuf);
    
        if(ret == -1)
        {
            perror("stat");
            return -1;
        }
    
        printf("size: %ld\n", statbuf.st_size);
    
        return 0;
    
    
    
    }

 1.25使用stat函数获取文件的信息（实现ls -l的功能）

• 代码

  //模拟实现ls -l的指令
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  
  
  int main(int argc, char * argv[])
  {
      //判断输入的参数是否正确
  
      if(argc < 2)
      {
          printf("%s filename\n",argv[0]);
          return -1;
  
      }
  
      //通过stat函数获取用户传入的文件信息
      struct stat st;
      int ret = stat(argv[1], &st);
      if(ret == -1)
      {
          perror("stat");
          return -1;
      }
  
      //获取文件类型和文件权限
      char perms[11]={0};
  
      switch (st.st_mode & S_IFMT) //与掩码进行或运算
      {
          case S_IFSOCK:
              perms[0]='s';
              break;
          case S_IFLNK:
              perms[0]='l';
              break;
          case S_IFREG:
              perms[0]='-';
              break;
          case S_IFBLK:
              perms[0]='b';
              break;    
          case S_IFDIR:
              perms[0]='d';
              break;
          case S_IFCHR:
              perms[0]='c';
              break;
          case S_IFIFO:
              perms[0]='p';
              break;
          default:
              perms[0]='?';
              break;
      }
  
      //判断文件的访问权限
  
      //文件所有者
      perms[1] = (st.st_mode & S_IRUSR)?'r':'-';
      perms[2] = (st.st_mode & S_IWUSR)?'w':'-';
      perms[3] = (st.st_mode & S_IXUSR)?'x':'-';
  
      //文件所在组
      perms[4] = (st.st_mode & S_IRGRP)?'r':'-';
      perms[5] = (st.st_mode & S_IWGRP)?'w':'-';
      perms[6] = (st.st_mode & S_IXGRP)?'x':'-';
  
      //其他人
      perms[7] = (st.st_mode & S_IROTH)?'r':'-';
      perms[8] = (st.st_mode & S_IWOTH)?'w':'-';
      perms[9] = (st.st_mode & S_IXOTH)?'x':'-';
  
      //获取硬连接数
      int linuNum = st.st_nlink;
  
      //文件所有者
      char * fileUser =getpwuid(st.st_uid)->pw_name;
  
      //文件所在组
      char * fileGrp = getgrgid(st.st_gid)->gr_name;
  
      //文件大小
      long int fileSize = st.st_size;
  
      //获取修改时间
      char * time =ctime(&st.st_mtime);
      char mtime[512]={0};
      strncpy(mtime,time,strlen(time)-1);
  
      char buf[1024];
      sprintf(buf, "%s %d %s %s %ld %s %s",perms,linuNum,fileUser,fileGrp ,fileSize,mtime,argv[1]);
  
      printf("%s\n",buf);
  
      return 0;
  
  }

1.26文件属性操作函数

• access：判断文件是否存在，是否具有某些权限
  • 定义
    • 
  • 返回值
    • 若成功，返回0
    • 出错，返回-1
  • 参数1：所要操作的文件名
  • 参数2：测试信息mode
    • R_OK：测试读权限
    • W_OK：测试写权限
    • X_OK：测试执行权限
  • 举例

    #include 
    #include 
    
    int main()
    {
        int ret = access("a.txt",F_OK);
        if(ret == -1 )
        {
            perror("access");
    
        }
    
        printf("文件存在！！\n");
    
        return 0;
    }

• chmod：修改文件信息
  • 定义
    • 
  • 返回值
    • 若成功，返回0；
    • 出错，返回-1
  • 参数1：所要修改的文件名
  • 参数2：常量的按位或，如0775
  • 举例

    #include 
    #include 
    
    int main()
    {
        int ret = chmod("a.txt",0775);
    
        if(ret == -1 )
        {
            perror("chmod");
            return -1;
        }
    
        return 0;
    
    }

• chown：修改文件的用户ID和组ID
• truncate：缩减或扩展文件的尺寸至指定大小
  • 定义
    • 
  • 返回值
    • 若成功，返回0；
    • 出错，返回-1
  • 参数1：要修改的文件名
  • 参数2：所要调整的文件大小
  • 举例 

    #include 
    #include 
    #include 
    
    int main()
    {
    
        int ret = truncate("a.txt",20);
    
        if(ret == -1)
        {
            perror("truncate");
        
        }
        return 0;
    }

1.27 目录操作函数

• rename：更改目录名
  • 定义
  • 返回值
    • 若成功，返回0；
    • 出错，返回-1
  • 参数1：原来的目录名
  • 参数2：新的目录名
  • 举例

    #include
    
    int main()
    {
        int ret = rename("aaa","bbb");
    
        if(ret == -1)
        {
            perror("rename");
            return -1;
        }
        return 0;
    
    
    }

• chdir：修改工作目录
  • 定义
    • 
  • 返回值
    • 若成功，返回0；
    • 出错，返回-1
  • 参数1：要修改的工作目录
• getcwd：获取当前的工作路径
  • 定义
    • ​​​​​​​
  • 返回值
    • 若成功，返回buf
    • 出错，返回NULL
  • 参数1：缓冲区地址
  • 参数2：缓冲区的长度
  • 举例

    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    
    
    int main()
    {
        //1、获取当前的工作目录
        char buf[128];
        getcwd(buf,sizeof(buf));
        printf("当前的工作目录为：%s\n",buf);
    
        //2、修改工作目录
    
        int ret = chdir("/home/metrorise/linux/lesson1-26");
        if(ret == -1)
        {
            perror("chdir");
            return -1;
        }
    
        //3、创建新的文件
        int fd = open("chdir.txt",O_CREAT | O_RDWR,0664);
        if(fd == -1)
        {
            perror("open");
            return -1;
        }
        
        //4、修改后的工作目录
        char buf1[128];
        getcwd(buf1,sizeof(buf));
        printf("当前的工作目录为：%s\n",buf1);  
    
        //5、关闭
        close(fd);
    
    
    
    
    }

• mkdir：创建目录
• rmdir：删除目录

1.28 目录遍历函数 

• opendir：打开一个目录
  • 定义
    • 
  • 返回值
    • 若成功，返回DIR *类型，目录流
    • 出错，返回NULL
  • 参数1：需要打开的目录名称
• readdir：读取目录中的数据
  • 定义
    • ​​​​​​​
  • 返回值
    • 若成功，返回读取到的文件信息
    • 出错，返回NULL
  • 参数：dirp是opendir返回的结果
• closedir：关闭目录
  • 举例

    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    
    int getFileNum(const char * path);//函数的声明
    
    // 读取某个目录下所有的普通文件的个数
    int main(int argc, char * argv[]) 
    {
    
        if(argc < 2) {
            printf("%s path\n", argv[0]);   //输入格式：./xx  目标目录
            return -1;
        }
    
        int num = getFileNum(argv[1]);
    
        printf("普通文件的个数为：%d\n", num);
    
        return 0;
    }
    
    // 用于获取目录下所有普通文件的个数
    int getFileNum(const char * path) {
    
        // 1.打开目录
        DIR * dir = opendir(path);
    
        if(dir == NULL) {
            perror("opendir");
            exit(0);
        }
    
        struct dirent *ptr;
    
        // 记录普通文件的个数
        int total = 0;
    
        //循环读目录文件
        while((ptr = readdir(dir)) != NULL) {
    
            // 获取名称——判断是. 还是..文件,将其忽略
            char * dname = ptr->d_name;
    
            // 忽略掉. 和..     strcmp比较字符串
            if(strcmp(dname, ".") == 0 || strcmp(dname, "..") == 0) {
                continue;
            }
    
            // 判断是否是普通文件还是目录
            if(ptr->d_type == DT_DIR) {
                // 目录,需要继续读取这个目录
                char newpath[256];
                sprintf(newpath, "%s/%s", path, dname);
                total += getFileNum(newpath);
            }
    
            if(ptr->d_type == DT_REG) {
                // 普通文件
                total++;
            }
    
    
        }
    
        // 关闭目录
        closedir(dir);
    
        return total;
    }

 1.29 dup、dup2函数

• dup：复制一个现有的文件描述符
• dup2：重定向文件描述符

   

  • 定义
    • ​​​​​​​
  • 返回值
    • 若成功，返回新的文件描述符
    • 出错，返回-1
  • 参数1：旧的文件描述符
  • 参数2：新的文件描述符
  • 举例

    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    
    int main() {
    
        int fd = open("1.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
        if(fd == -1) {
            perror("open");
            return -1;
        }
    
        int fd1 = open("2.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
        if(fd1 == -1) {
            perror("open");
            return -1;
        }
    
        printf("fd : %d, fd1 : %d\n", fd, fd1);
    
        int fd2 = dup2(fd, fd1);
        if(fd2 == -1) {
            perror("dup2");
            return -1;
        }
    
        // 通过fd1去写数据，实际操作的是1.txt，而不是2.txt
        char * str = "hello, dup2";
        int len = write(fd1, str, strlen(str));
    
        if(len == -1) {
            perror("write");
            return -1;
        }
    
        printf("fd : %d, fd1 : %d, fd2 : %d\n", fd, fd1, fd2);
    
        close(fd);
        close(fd1);
    
        return 0;
    }

1.30 fcntl函数 

• 主要功能
  • 1、复制文件描述符
  • 2、设置/获取文件的状态标志
• 定义
  • ​​​​​​​
• 返回值
  • 若成功，依赖于cmd
  • 出错，返回-1
• 参数2：命令
  • F_DUPFD : 复制文件描述符,复制的是第一个参数fd，得到一个新的文件描述符（返回值）
  • F_GETFL : 获取指定的文件描述符文件状态flag
  • F_SETFL : 设置文件描述符文件状态flag
• 代码

  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  
  int main() {
  
      // 1.复制文件描述符
      // int fd = open("1.txt", O_RDONLY);
      // int ret = fcntl(fd, F_DUPFD);
  
      // 2.修改或者获取文件状态flag
      int fd = open("1.txt", O_RDWR);
      if(fd == -1) {
          perror("open");
          return -1;
      }
  
      // 获取文件描述符状态flag
      int flag = fcntl(fd, F_GETFL);
      if(flag == -1) {
          perror("fcntl");
          return -1;
      }
      flag |= O_APPEND;   // flag = flag | O_APPEND
  
      // 修改文件描述符状态的flag，给flag加入O_APPEND这个标记
      int ret = fcntl(fd, F_SETFL, flag);
      if(ret == -1) {
          perror("fcntl");
          return -1;
      }
  
      char * str = "nihao";
      write(fd, str, strlen(str));
  
      close(fd);
  
      return 0;
  }