《嵌入式linux应用程序开发详解》核心笔记

作者：姜源Jerry

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2024-12-31

编辑推荐:

本文主要介绍了嵌入式linux应用程序开发详解相关内容。希望对您的学习有所帮助。
本文来自于CSDN，由火龙果软件Linda编辑、推荐。

【linux快速入门】

自由软件（ free software）中的 free 并不是指免费，而是指自由。它赋予使用者四种自由。

· 自由之一：有使用软件的自由。

· 自由之二：有研究该软件如何运作的自由，并且得以改写该软件来符合使用者自身的需求。取得该软件的源码是达成此目的前提。

· 自由之三：有重新散布该软件的自由，所以每个人都可以藉由散布自由软件来敦亲睦另。

· 自由之四：有改善再利用该软件的自由，并且可以发表改写版供公众使用，如此一来，整个社群都可以受惠。如前项，取得该软件的源码是达成此目的前提。

GPL： GPL 协议是 GNU 组织、维护的一种版权协议，遵守这个协议的软件可以自由地获取、查看、使用其源代码。GPL 协议是整个开源世界的精神基础。

Linux 的内核版本号：

Linux 内核版本号格式是 x.y.zz-www，数字 x 代表版本类型，数字 y 为偶数时是稳定版本，为奇数时是开发版本，如 2.0.40 为稳定版本，2.3.42 为开发版本，测试版本为 3 个数字加上测试号，如 2.4.12-rc1。最新的 Linux 内核版本可从 http://www.kernel.org 上获得。

国内的一些 Linux 论坛：

http://www.linuxfans.org

http://www.linuxforum.net

http://www.linuxeden.com

http://www.newsmth.net

在 Windows 下，目录结构属于分区；Linux 下，分区属于目录结构。

在 Windows 下，路径用 \ 反斜杠分割；Linux 下，路径用 / 斜杠分割。(实际是linux最早，你懂的)

通常在 Windows 下的盘符和 Linux 设备文件的对应关系如下：

C 盘— /dev/hda1（主分区）

D 盘—/dev/hda5（逻辑分区）

E 盘—/dev/hda6（逻辑分区）

如果想修复已经安装好的系统，请在提示符 boot：后输入“ Linux rescue”命令。

ext3 是现在 Linux（包括 Red Hat，Mandrake 下）常见的默认的文件系统，它是 ext2 的升级版本。

1./bin     bin 就是二进制（binary）英文缩写。在这里存放前面 Linux 常用操作命令的执行文件，如 mv、ls、mkdir 等。有时，这个目录的内容和/usr/bin 里面的内容一样，它们都是放置一般用户使用的执行文件
2./boot    这个目录下存放操作系统启动时所要用到的程序。如启动 grub 就会用到其下的/boot/grub子目录
3./dev    该目录中包含了所有 Linux 系统中使用的外部设备。要注意的是，这里并不是存放的外部设备的驱动程序，它实际上是一个访问这些外部设备的端口。由于在 Linux 中，所有的设备都当作文件一样进行操作，比如：/dev/cdrom 代表光驱，用户可以非常方便地像访问文件、目录一样对其进行访问
4./etc    该目录下存放了系统管理时要用到的各种配置文件和子目录。如网络配置文件、文件系统、x 系统配置文件、设备配置信息设置用户信息等都在这个目录下。系统在启动过程中需要读取其参数进行相应的配置
5./etc/rc.d    该目录主要存放 Linux 启动和关闭时要用到的脚本文件，在后面的启动详解中还会进一步地讲解
6./etc/rc.d/init    该目录存放所有 Linux 服务默认的启动脚本（在新版本的 Linux 中还用到的是/etc/xinetd.d目录下的内容）
7./home    该目录是 Linux 系统中默认的用户工作根目录。执行 adduser命令后系统会在/home 目录下为对应账号建立一个名为同名的主目录
8./lib    该目录是用来存放系统动态链接共享库的。几乎所有的应用程序都会用到这个目录下的共享库。因此，千万不要轻易对这个目录进行什么操作
9./lost+found    该目录在大多数情况下都是空的。只有当系统产生异常时，会将一些遗失的片段放在此目录下
10./media    该目录下是光驱和软驱的挂载点，Fedora Core 4 已经可以自动挂载光驱和软驱
11./misc    该目录下存放从 DOS 下进行安装的实用工具，一般为空
12./mnt    该目录是软驱、光驱、硬盘的挂载点，也可以临时将别的文件系统挂载到此目录下
13./proc    该目录是用于放置系统核心与执行程序所需的一些信息。而这些信息是在内存中由系统产生的，故不占用硬盘空间
14./root    该目录是超级用户登录时的主目录
15./sbin    该目录是用来存放系统管理员的常用的系统管理程序
16. /tmp    该目录用来存放不同程序执行时产生的临时文件。一般 Linux 安装软件的默认安装路径就是这里
17./usr    这是一个非常重要的目录，用户的很多应用程序和文件都存放在这个目录下，类似与Windows 下的 Program Files 的目录
18./usr/bin    系统用户使用的应用程序
19./usr/sbin    超级用户使用的比较高级的管理程序和系统守护程序
20./usr/src    内核源代码默认的放置目录
21./srv    该目录存放一些服务启动之后需要提取的数据
22./sys    这是 Linux 2.6 内核的一个很大的变化。该目录下安装了 2.6 内核中新出现的一个文件系统 sysfs，sysfs 文件系统集成了下面 3 种文件系统的信息：针对进程信息的 proc 文件系统、针对设备的 devfs 文件系统以及针对伪终端的 devpts 文件系统。该文件系统是内核设备树的一个直观反映。当一个内核对象被创建的时候，对应的文件和目录也在内核对象子系统中被创建
23./var    这也是一个非常重要的目录，很多服务的日志信息都存放在这里

【linux基础命令】

root用户切换：

$:' sudo passwd

// 输入当前登陆密码，再根据提示输入设置的UNIX密码2遍，即为root用户切换密码

$:' su

// 输入UNIX密码，切换为root用户，提示符变为 #

设置环境变量方法如下：

1. 通过 echo 显示字符串（指定环境变量）。

2. 通过 export 设置新的环境变量。

3. 通过 env 显示所有环境变量。

4. 通过 set 命令显示所有本地定义的 Shell 变量。

5. 通过 unset 命令来清除环境变量。

Linux常见用户管理命令：


useradd         添加用户账号                        useradd [选项] 用户名
usermod         设置用户账号属性                    usermod [选项] 属性值
userdel         删除对应用户账号                    userdel [选项] 用户名
groupadd        添加组账号                          groupadd [选项] 组账号
groupmod        设置组账号属性                      groupmod [选项] 属性值
groupdel        删除对应组账号                      groupdel [选项] 组账号
passwd          设置账号密码                        passwd [对应账号]
id              显示用户ID、组ID和用户所属组列表    id [用户名]
groups          显示用户所属的组                    groups [组账号]
who             显示登录到系统的所有用户            who
whoami          显示当前用户名                      whoami

Linux常见系统管理命令：


ps              显示当前系统中由该用户运行的进程列表        ps [选项]
top             动态显示系统中运行的程序（一般为每隔 5s）   top
kill            输出特定的信号给指定 PID（进程号）的进程    kill [选项] 进程号（PID）
uname           显示系统的信息（可加选项-a）                uname [选项]
setup           系统图形化界面配置                          setup
crontab         循环执行例行性命令                          crontab [选项]
shutdown        关闭或重启 Linux 系统                       shutdown [选项] [时间]
uptime          显示系统已经运行了多长时间                  uptime
clear           清除屏幕上的信息(ctrl + l)                  clear

Linux常见磁盘管理命令：


free            查看当前系统内存的使用情况                  free [选项]
df              查看文件系统的磁盘空间占用情况              df [选项]
du              统计目录（或文件）所占磁盘空间的大小        du [选项]
fdisk           查看硬盘分区情况及对硬盘进行分区管理        fdisk [-l]
mount           磁盘挂载命令                                mount -t [选项] [文件系统类型] 设备文件名 挂载点目录

mount挂载举例：

$:' mount -t vfat /dev/hda1 /mnt/c

$:' umount /mnt/c

· 在 Linux 下如何使用 U 盘呢？

一般 U 盘为 SCSI 格式的硬盘，其格式为 vfat 格式，其设备号可通过“fdisk –l”进行查看，假若设备名为“/dev/sda1”，则可用如下命令就可将其挂载：

$:' mount -t vfat /dev/ sda1 /mnt/u

· 若想设置在开机时自动挂载，可在文件“ /etc/fstab”中加入该命令到一个新行即可。

正则表达式的主要参数有：

· \：忽略正则表达式中特殊字符的原有含义；

· ^：匹配正则表达式的开始行；

· $：匹配正则表达式的结束行；

· <：从匹配正则表达式的行开始；

· >：到匹配正则表达式的行结束；

· [ ]：单个字符，如[A]即 A 符合要求；

· [-]：范围，如[A-Z]，即 A、B、C 一直到 Z 都符合要求；

· 。：所有的单个字符；

· *：所有字符，长度可以为 0。

ln 的链接又软链接和硬链接两种：

软链接就是上面所说的 ln -s ** **，它只会在用户选定的位置上生成一个文件的镜像，不会重复占用磁盘空间，平时使用较多的都是软链接；

硬链接是不带参数的 ln ** **，它会在用户选定的位置上生成一个和源文件大小相同的文件，无论是软链接还是硬链接，文件都保持同步变化。

Linux常见压缩打包相关命令：


bzip2           .bz2 文件的压缩（或解压）程序           bzip2[选项] 压缩（解压缩）的文件名
bunzip2         .bz2 文件的解压缩程序                   bunzip2[选项] .bz2 压缩文件
bzip2recover    用来修复损坏的.bz2 文件                 bzip2recover .bz2 压缩文件
gzip            .gz 文件的压缩程序                      gzip [选项] 压缩（解压缩）的文件名
gunzip          解压被 gzip 压缩过的文件                gunzip [选项] .gz 文件名
unzip           解压 winzip 压缩的.zip 文件             unzip [选项] .zip 压缩文件
compress        早期的压缩或解压程序(压缩后文件名为.Z)  compress [选项] 文件
tar             对文件目录进行打包或解包                tar [选项] [打包后文件名]文件目录列表

Linux比较和合并文件命令：


diff            比较两个不同的文件或不同目录下的两个同名文件功能，并生成补丁文件     
   diff[选项] 文件1 文件2
    $:' diff hello1.c hello2.c > hello.patch
patch           把生成的补丁文件应用到现有代码上         
   patch [选项] [待 patch 的文件[patch 文件]]
    $:' patch ./hello1.c < hello1.patch

Linux常见网络相关命令：


netstat         显示网络连接、路由表和网络接口信息      netstat [-an]
nslookup        查询一台机器的 IP 地址和其对应的域名    nslookup [IP 地址/域名]
finger          查询用户的信息                          finger [选项] [使用者] [用户@主机]
ping            用于查看网络上的主机是否在工作          ping [选项] 主机名/IP 地址
ifconfig        查看和配置网络接口的参数                ifconfig [选项] [网络接口]
ftp             利用 ftp 协议上传和下载文件             ftp [选项] [主机名/IP]
telnet          利用 telnet 协议浏览信息                telent [选项] [IP 地址/域名]
ssh             利用 ssh 登录对方主机                   ssh [选项] [IP 地址]

定制linux系统服务流程步骤：

（1）查看系统的默认运行级别。

$:' cat /etc/inittab（设其结果为 N）

（2）进入到相应级别的服务脚本目录，查看哪些服务是系统启动的独立运行的服务，并做下记录。

$:' cd /etc/rc.d/rcN.d

（3）利用命令查看系统开机自启动服务，并与上次查看结果进行比较，找出其中的区别，并思考其中的原因。

$:' chkconfig –list

（4）记录 chkconfig –list 命令中由 xinet 管理的服务，并将其中启动的服务做下记录。

（5）进入 xinet 配置管理的相应目录，查看是否于 chkconfig –list 所得结果相吻合并查看相应脚本文件。

$:' cd /etc/xinetd.d

（6）将 sshd 服务停止。

$:' service sshd stop

（7）将 sshd 服务设置为开机不启动。

$:' chkconfig –level N sshd stop

（8）查看该设置是否生效。

$:' chkconfig –list

（9）查看系统中所有服务及其端口号列表。

$:' cat /etc/services

（10）将 sshd 服务端口改为 4022。

$:' vi /etc/services；转到插入模式并修改其端口号

（11）重启 sshd 服务，验证所改的端口号是否生效。

$:' service sshd start

（12）重启 Linux 系统，验证所改的服务开机启动是否生效。

【linux下的C编程】

编辑器：vim

编译器：gcc

调试器：gdb

make工程管理器：Makefile

Makefile常见预定义变量：


AR          库文件维护程序的名称，默认值为 ar
AS          汇编程序的名称，默认值为 as
CC          C 编译器的名称，默认值为 cc
CPP         C 预编译器的名称，默认值为$(CC) –E
CXX         C++编译器的名称，默认值为 g++
FC          FORTRAN 编译器的名称，默认值为 f77
RM          文件删除程序的名称，默认值为 rm –f
ARFLAGS     库文件维护程序的选项，无默认值
ASFLAGS     汇编程序的选项，无默认值
CFLAGS      C 编译器的选项，无默认值
CPPFLAGS    C 预编译的选项，无默认值
CXXFLAGS    C++编译器的选项，无默认值
FFLAGS      FORTRAN 编译器的选项，无默认值

Makefile自动变量：

$* 不包含扩展名的目标文件名称

$+ 所有的依赖文件，以空格分开，并以出现的先后为序，可能包含重复的依赖文件

$< 第一个依赖文件的名称

$? 所有时间戳比目标文件晚的依赖文件，并以空格分开

$@ 目标文件的完整名称

$^ 所有不重复的依赖文件，以空格分开

$% 如果目标是归档成员，则该变量表示目标的归档成员名称

Makefile 中常见隐式规则：

C 编译：.c 变为.o $(CC) –c $(CPPFLAGS) $(CFLAGS)

C++编译：.cc 或.C 变为.o $(CXX) -c $(CPPFLAGS) $(CXXFLAGS)

Pascal 编译：.p 变为.o $(PC) -c $(PFLAGS)

Fortran 编译：.r 变为-o $(FC) -c $(FFLAGS)

autotools自动生成Makefile：

首先要确认系统是否装了以下工具（可以用 which 命令进行查看）。

· aclocal

· autoscan

· autoconf

· autoheader

· automake

没有安装就进行安装。$:' sudo apt-get install aclocal autoscan autoconf autoheader automake

1. 使用 aclocal 生成一个“aclocal.m4”文件，该文件主要处理本地的宏定义；

2. 改写“configure.scan”文件，并将其重命名为“configure.in”，并使用 autoconf 文件生成 configure 文件。

【嵌入式系统基础】

RAM（随机存取存储器），内存，掉电丢失。

ROM（只读存储器），硬盘，掉电不丢失。

RAM 又可分为 SRAM（静态存储器）和 DRAM（动态存储器）。

SDRAM 是 DRAM 的一种，它是同步动态存储器。

Flash 也是一种非易失性存储器（掉电不会丢失），它擦写方便，访问速度快。

NOR Flash 的特点是芯片内执行（Execute In Place），这样应用程序可以直接在 flash 闪存内运行，而不必再把代码读到系统 RAM 中。

NAND Flash 结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，NAND 读和写操作采用 512 字节的块，单元尺寸几乎是 NOR 器件的一半，同时由于生产过程更为简单，大大降低了生产的成本。

常见的 CPU 指令集分为 CISC 和 RISC 两种：

CISC（Complex Instruction Set Computer）是“复杂指令集”。

RISC（Reduced Instruction Set Computing）是“精简指令集”。

MMU 是内存管理单元，它把内存以“页（page）”为单位来进行处理。一页内存是指一个具有一定大小的连续的内存块，通常为 4096B 或 8192B。

【嵌入式Linux开发环境搭建】

交叉编译器下载： ftp://gcc.gnu.org/pub/

多个编译包： cross-3.3.2.bar.bz2

超级终端：115200,8,N,1

Minicom：

CTRL+A Z，来查看 minicom 帮助；

CTRL-A O，来进行配置串口参数，同样是 115200,8,N,1

下载映像到开发板：

>> tftp

$:' vi /etc/xinetd.d/tftp

// 主要要将“disable=yes”改为“no”，另外，从“server_args”可以看出，tftp服务器端的默认根目录为“/tftpboot”。

$:' service xinetd restart

$:' netstat -au

// 确认tftp服务是否已经开启

接下来，用直连线（注意：不可以使用网线）把目标板和宿主机连起来，并且将其配置成一个网段的地址。

#:' tftpboot 0x30200000 zImage

// 进行下载。

编译linux内核、制作文件系统镜像、u-boot移植，这些基本操作：略。

【文件I/O编程】

系统调用：操作系统提供给用户程序调用的一组“特殊”接口，用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的服务。

Linux 中的文件主要分为 4 种：普通文件、目录文件、链接文件和设备文件。

一个进程启动时，都会打开 3 个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理。这 3 个文件分别对应文件描述符为 0、1 和 2（也就是宏替换 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 STDERR_FILENO，鼓励使用这些宏替换）。

不带缓存的文件 I/O 操作，主要用到 5 个函数： open、 read、 write、 lseek和 close。

函数较简单，用法：略。

不带缓存是指每一个函数都只调用系统中的一个函数。

在文件已经共享的情况下如何操作，也就是当多个用户共同使用、操作一个文件的情况，这时，Linux 通常采用的方法是给文件上锁，来避免共享的资源产生竞争的状态。

fcntl 函数：


/* fcntl 使用实例 lock_set 函数 */
void lock_set(int fd, int type)
{
    struct flock lock;
    lock.l_whence = SEEK_SET;//赋值 lock 结构体
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len =0;
    while(1)
    {
        lock.l_type = type;
        /*根据不同的 type 值给文件上锁或解锁*/
        if((fcntl(fd, F_SETLK, &lock)) == 0){
            if( lock.l_type == F_RDLCK )
            printf("read lock set by %d\n",getpid());
        else if( lock.l_type == F_WRLCK )
            printf("write lock set by %d\n",getpid());
        else if( lock.l_type == F_UNLCK )
            printf("release lock by %d\n",getpid());
        return;
    }
    /*判断文件是否可以上锁*/
    fcntl(fd, F_GETLK,&lock);
    /*判断文件不能上锁的原因*/
    if(lock.l_type != F_UNLCK){
    /*/该文件已有写入锁*/
        if( lock.l_type == F_RDLCK )
            printf("read lock already set by %d\n",lock.l_pid);
        /*该文件已有读取锁*/
        else if( lock.l_type == F_WRLCK )
            printf("write lock already set by %d\n",lock.l_pid);
        getchar();
        }
    }
}


/*fcntl_write.c 测试文件写入锁主函数部分*/
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    int fd;
    /*首先打开文件*/
    fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if(fd < 0){
        perror("open");
        exit(1);
    }
    /*给文件上写入锁*/
    lock_set(fd, F_WRLCK);
    getchar();
    /*给文件接锁*/
    lock_set(fd, F_UNLCK);
    getchar();
    close(fd);
    return 0;
}

终端一：

[root@localhost file]# ./fcntl_write

write lock set by 4994

release lock by 4994

终端二：

[root@localhost file]# ./fcntl_write

write lock already set by 4994

write lock set by 4997

release lock by 4997


/*fcntl_read.c 测试文件读取锁主函数部分*/
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    int fd;
    fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if(fd < 0){
        perror("open");
        exit(1);
    }
    /*给文件上读取锁*/
    lock_set(fd, F_RDLCK);
    getchar();
    /*给文件接锁*/
    lock_set(fd, F_UNLCK);
    getchar();
    close(fd);
    return 0;;
}

}终端一：

[root@localhost file]# ./fcntl2

read lock set by 5009

release lock by 5009

终端二：

[root@localhost file]# ./fcntl2

read lock set by 5010

release lock by 5010

I/O 处理的模型有 5 种：

· 阻塞 I/O 模型：在这种模型下，若所调用的 I/O 函数没有完成相关的功能就会使进程挂起，直到相关数据到才会出错返回。如常见对管道设备、终端设备和网络设备进行读写时经常会出现这种情况。

· 非阻塞模型：在这种模型下，当请求的 I/O 操作不能完成时，则不让进程睡眠，而且返回一个错误。非阻塞 I/O 使用户可以调用不会永远阻塞的 I/O 操作，如 open、write和 read。如果该操作不能完成，则会立即出错返回，且表示该 I/O 如果该操作继续执行就会阻塞。

· I/O 多路转接模型：在这种模型下，如果请求的 I/O 操作阻塞，且它不是真正阻塞 I/O，而是让其中的一个函数等待，在这期间，I/O 还能进行其他操作。如 select函数和 poll 函数，就是属于这种模型。

· 信号驱动 I/O 模型：在这种模型下，通过安装一个信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到来，从而启动 I/O。这是由内核通知用户何时可以启动一个 I/O 操作决定的。

· 异步 I/O 模型：在这种模型下，当一个描述符已准备好，可以启动 I/O 时，进程会通知内核。现在，并不是所有的系统都支持这种模型。

select函数：

select 的 I/O 多路转接模型是处理 I/O 复用的一个高效的方法。

int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exeptfds, struct timeval *timeout);

功能：I/O 多路转接，具体设置每一个所关心的文件描述符的条件、希望等待的时间等。

参数：

@numfds：需要检查的号码最高的文件描述符加 1

@readfds：由 select()监视的读文件描述符集合

@writefds：由 select()监视的写文件描述符集合

@exeptfds：由 select()监视的异常处理文件描述符集合

@timeout：

NULL：永远等待，直到捕捉到信号或文件描述符已准备好为止

具体值：struct timeval 类型的指针，若等待为 timeout 时间还没有文件描符准备好，就立即返回

0：从不等待，测试所有指定的描述符并立即返回

函数返回值：成功：准备好的文件描述符，-1：出错

select 函数根据希望进行的文件操作对文件描述符进行了分类处理，这里，对文件描述符的处理主要涉及到 4 个宏函数：


FD_ZERO(fd_set *set)            清除一个文件描述符集
FD_SET(int fd,fd_set *set)      将一个文件描述符加入文件描述符集中
FD_CLR(int fd,fd_set *set)      将一个文件描述符从文件描述符集中清除
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)    测试该集中的一个给定位是否有变化
 
// 一般来说，在使用 select 函数之前，首先使用 FD_ZERO 和 FD_SET 
来初始化文件描述符集，在使用了 select 函数时，可循环使用
 FD_ISSET 测试描述符集，在执行完对相关后文件描述符后，使用 FD_CLR 来清楚描述符集。

本实例中主要实现将文件 hello1 里的内容读出，并将此内容每隔 10s 写入 hello2 中去。在这里建立了两个描述符集，其中一个描述符集 inset1 是用于读取文件内容，另一个描述符集 inset2 是用于写入文件的。两个文件描述符 fds[0]和 fds[1]分别指向这一文件描述符。在首先初始化完各文件描述符集之后，就开始了循环测试这两个文件描述符是否可读写，由于在这里没有阻塞，所以文件描述符处于准备就绪的状态。这时，就分别对文件描述符 fds[0]和fsd[1]进行读写操作。


/*select.c*/
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main(void)
{
    int fds[2];
    char buf[7];
    int i,rc,maxfd;
    fd_set inset1,inset2;
    struct timeval tv;
    /*首先按一定的权限打开 hello1 文件*/
    if((fds[0] = open ("hello1", O_RDWR|O_CREAT,0666))<0)
        perror("open hello1");
    /*再按一定的权限打开 hello2 文件*/
    if((fds[1] = open ("hello2", O_RDWR|O_CREAT,0666))<0)
        perror("open hello2");
    if((rc = write(fds[0],"Hello!\n",7)))
        printf("rc=%d\n",rc);
    lseek(fds[0],0,SEEK_SET);
    /*取出两个文件描述符中的较大者*/
    maxfd = fds[0]>fds[1] ? fds[0] : fds[1];
    /*初始化读集合 inset1，并在读集合中加入相应的描述集*/
    FD_ZERO(&inset1);
    FD_SET(fds[0],&inset1);
    /*初始化写集合 inset2，并在写集合中加入相应的描述集*/
    FD_ZERO(&inset2);
    FD_SET(fds[1],&inset2);
    tv.tv_sec=2;
    tv.tv_usec=0;
    /*循环测试该文件描述符是否准备就绪，并调用 select 函数对相关文件描述符做对应操作*/
    while(FD_ISSET(fds[0],&inset1)||FD_ISSET(fds[1],&inset2))
    {
        if(select(maxfd+1,&inset1,&inset2,NULL,&tv)<0)
            perror("select");
        else
        {
            if(FD_ISSET(fds[0],&inset1))
            {
                rc = read(fds[0],buf,7);
                if(rc>0)
                {
                    buf[rc]='\0';
                    printf("read: %s\n",buf);
                }
                else
                perror("read");
            }
            if(FD_ISSET(fds[1],&inset2))
            {
                rc = write(fds[1],buf,7);
                if(rc>0)
                {
                    buf[rc]='\0';
                    printf("rc=%d,write: %s\n",rc,buf);
                }
                else
                    perror("write");
                sleep(10);
            }
        }
    }
    return 0;
}

运行结果：

[root@(none) 1]#:' ./select

rc=7

read: Hello!

rc=7,write: Hello!

rc=7,write:Hello!

…

[root@(none) 1]#:' cat hello1

Hello!

[root@(none) 1]#:' cat hello2

Hello!

…

使用 select 可以很好地实现 I/O 多路复用，在有阻塞的情况下更能够显示出它的作用。

Linux 串口应用开发 page203

在 Linux 中，所有的设备文件一般都位于“/dev”下，其中串口一、串口二对应的设备名依次为“/dev/ttyS0”、“/dev/ttyS1”，可以查看在“/dev”下的文件以确认。

标准 I/O 开发 - 基于流缓冲

标准 I/O 提供流缓冲的目的：尽可能减少使用 read 和 write 系统调用的次数。

打开文件函数： fopen、 fdopen和 freopen

fopen 可以指定打开文件的路径和模式，fdopen可以指定打开的文件描述符和模式，而 freopen 除可指定打开的文件、模式外，还可指定特定的 IO 流。

关闭文件函数： fclose

文件读写函数： fread 和 fwrite

输入输出函数：

字符输入， getc/ fgetc/ getchar

字符输出， putc/ fputc/ putchar

// 这几个函数功能类似，其区别仅在于 getc 和 putc 通常被实现为宏，而 fgetc 和 fputc 不能实现为宏，因此，函数的实现时间会有所差别。

行输入， gets/ fgets

行输出， puts/ fputs

// 行输入输出函数一次操作一行。

格式化输入， scanf/ fscanf/ sscanf

格式化输出， printf/ fprintf/ sprintf、vprintf/vfprintf/vsprintf

// 格式化输入输出函数使用的是可变参数。


/* 打开一个文件，然后将该文件上写入锁，并写入 hello 字符串。
接着在解锁后再将该文件上读取锁，并读取刚才写入的内容。
最后模拟多进程，同时读写一个文件时的情况。 expr1.c 实验源码*/
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
void lock_set(int fd, int type)
{
    struct flock lock;
    lock.l_whence = SEEK_SET;//赋值 lock 结构体
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len =0;
    while(1)
    {
        lock.l_type = type;
        /*根据不同的 type 值给文件上锁或解锁*/
        if((fcntl(fd, F_SETLK, &lock)) == 0){
            if( lock.l_type == F_RDLCK )
            printf("read lock set by %d\n",getpid());
        else if( lock.l_type == F_WRLCK )
            printf("write lock set by %d\n",getpid());
        else if( lock.l_type == F_UNLCK )
            printf("release lock by %d\n",getpid());
        return;
    }
    /*判断文件是否可以上锁*/
    fcntl(fd, F_GETLK,&lock);
    /*判断文件不能上锁的原因*/
    if(lock.l_type != F_UNLCK){
    /*/该文件已有写入锁*/
        if( lock.l_type == F_RDLCK )
            printf("read lock already set by %d\n",lock.l_pid);
        /*该文件已有读取锁*/
        else if( lock.l_type == F_WRLCK )
            printf("write lock already set by %d\n",lock.l_pid);
        getchar();
        }
    }
}
int main(void)
{
    int fd,nwrite,nread,len;
    char *buff="Hello\n";
    char buf_r[100];
    len=strlen(buff);
    fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if(fd < 0){
        perror("open");
        exit(1);
    }
    /*加上写入锁*/
    lock_set(fd, F_WRLCK);
    if((nwrite=write(fd,buff,len))==len){
        printf("write success\n");
    }
    getchar();
    /*解锁*/
    lock_set(fd, F_UNLCK);
    getchar();
    /*加上读取锁*/
    lock_set(fd, F_RDLCK);
    lseek(fd,0,SEEK_SET);
    if((nread=read(fd,buf_r,len))==len){
        printf("read:%s\n",buf_r);
    }
    getchar();
    /*解锁*/
    lock_set(fd, F_UNLCK);
    getchar();
    close(fd);
    return 0;
}
// 同一个终端内运行测试，开两个终端运行测试多进程情况，测试结果均不会收到影响。

【进程控制开发】

进程创建： fork

进程中启动进程： exec函数族(execve为系统调用，其他都为库函数)

进程退出： exit/ _exit

进程阻塞等待： wait/ waitpid

守护进程Daemon编写 5 步骤：

1. 创建子进程，父进程退出； fork/ exit


    /*父进程退出*/
    pid=fork();
    if(pid>0){
        exit(0);
    }

2. 在子进程中创建新会话； setsid

4. 重设文件权限掩码； umask

5. 关闭文件描述符； close


/* 守护进程需要关闭标准I/O MAXFILE==3 */
for(i=0;i<MAXFILE;i++)
    close(i);

汇总：开始 >> fork()/exit() >> setsid() >> chdir("/") >> umask(0) >> close >> 结束(守护进程创建)


/* 实现守护进程的一个完整实例 */
/*dameon.c 创建守护进程实例*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#define MAXFILE 65535
int main()
{
    pid_t pc;
    int i,fd,len;
    char *buf="This is a Dameon\n";
    len =strlen(buf);
    pc=fork(); // 第一步
    if(pc<0)
    {
        printf("error fork\n");
        exit(1);
    }else if(pc>0)
        exit(0);
    /*第二步*/
    setsid();
    /*第三步*/
    chdir("/");
    /*第四步*/
    umask(0);
    /*第五步*/
    for(i=0;i<MAXFILE;i++)
        close(i);
    /*这时创建完守护进程，以下开始正式进入守护进程工作*/
    while(1)
    {
        if((fd=open("/tmp/dameon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600))<0)
        {
            perror("open");
            exit(1);
        }
        write(fd, buf, len+1);
        close(fd);
        sleep(10);
    }
}
// 该程序每隔 10s 就会在对应的文件中输入相关内容。

守护进程的进程要如何调试呢？

一种通用的办法是使用 syslog服务，将程序中的出错信息输入到" /var/log/messages "系统日志文件中，需要root权限，从而可以直观地看到程序的问题所在。

系统日志函数： openlog、 syslog和 closelog

openlog 函数用于打开系统日志服务的一个连接；syslog 函数是用于向日志文件中写入消息，在这里可以规定消息的优先级、消息输出格式等；closelog 函数是用于关闭系统日志服务的连接。

【进程间通信】

1. UNIX 进程间通信（IPC）方式包括管道、FIFO、信号。

2. System V 进程间通信（IPC）包括 System V 消息队列、System V信号灯(信号量集)、System V共享内存区。

3. Posix 进程间通信（IPC）包括 Posix 消息队列、Posix 信号灯(信号量集)、Posix 共享内存区。

4. 基于socket的进程间通信。

管道的创建和关闭： pipe/ close

管道的读写： read/ write

标准流管道： popen/ pclose

信号的发送： kill / raise / alarm / pause

信号的处理： signal / 信号量集函数组

信号量集功能模块：

创建信号集合， sigemptyset / sigfillset / sigaddset / sigdelset / sigismember

登记信号处理器， sigprocmask / sigaction

检测信号， sigpending

共享内存： shmget / shmat/ shmdt

消息队列： msgget / msgsnd/ msgrcv/ msgctl

【多线程通信】

线程创建和退出： pthread_create / pthread_exit / pthread_join

修改线程属性： pthread_attr_init / pthread_attr_setscope
/ pthread_attr_setdetachstate/ pthread_attr_getschedparam/ pthread_attr_setschedparam

这些属性主要包括绑定属性、分离属性、堆栈地址、堆栈大小、优先级。

线程同步：

· 互斥锁初始化： pthread_mutex_init

· 互斥锁上锁： pthread_mutex_lock

· 互斥锁判断上锁： pthread_mutex_trylock

· 互斥锁接锁： pthread_mutex_unlock

· 销毁互斥锁： pthread_mutex_destroy

信号量线程控制：PV操作

· sem_init 用于创建一个信号量，并能初始化它的值。

· sem_wait 和 sem_trywait相当于 P 操作，它们都能将信号量的值减一，两者的区别在于若信号量小于零时，sem_wait 将会阻塞进程，而 sem_trywait 则会立即返回。

· sem_post 相当于 V 操作，它将信号量的值加一同时发出信号唤醒等待的进程。

· sem_getvalue 用于得到信号量的值。

· sem_destroy 用于删除信号量。

经典例程：生产者与消费者模型。

【网络编程】

TCP 对话通过三次握手来初始化的。

三次握手的目的：使数据段的发送和接收同步，告诉其他主机其一次可接收的数据量，并建立虚连接。

socket三种类型：

（1）流式 socket（ SOCK_STREAM）

流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流；它使用 TCP 协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。

（2）数据报 socket（ SOCK_DGRAM）

数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠、无差错的。它使用数据报协议 UDP。

（3）原始 socket

原始套接字允许对底层协议如 IP 或 ICMP 进行直接访问，它功能强大但使用较为不便，主要用于一些协议的开发。

网络字节序与主机字节序的转化： htons、 ntohs、 htonl、 ntohl

// h 代表 host，n 代表 network，s 代表 short，l 代表 long。通常 16 位的 IP 端口号用 s 代表，而 IP 地址用 l 来代表。

地址格式转化：IPv4， inet_aton、 inet_addr、 inet_ntoa；IPv4和IPv6兼容函数， inet_pton和 inet_ntop

主机名和地址的转化： gethostbyname、 gethostbyaddr、 getaddrinfo


Struct hostent{
    char *h_name;/*正式主机名*/
    char **h_aliases;/*主机别名*/
    int h_addrtype;/*地址类型*/
    int h_length;/*地址长度*/
    char **h_addr_list;/*指向 IPv4 或 IPv6 的地址指针数组*/
}
 
struct addrinfo{
    int ai_flags;/*AI_PASSIVE,AI_CANONNAME;*/
    int ai_family;/*地址族*/
    int ai_socktype;/*socket 类型*/
    int ai_protocol;/*协议类型*/
    size_t ai_addrlen;/*地址长度*/
    char *ai_canoname;/*主机名*/
    struct sockaddr *ai_addr;/*socket 结构体*/
    struct addrinfo *ai_next;/*下一个指针链表*/
}

socket编程基本函数： socket、 bind、 listen、 accept、 send、 sendto、 recv、 recvfrom

网络高级编程： fcntl

· 非阻塞 I/O：可将 cmd 设置为 F_SETFL，将 lock 设置为 O_NONBLOCK。

· 信号驱动 I/O：可将 cmd 设置为 F_SETFL，将 lock 设置为 O_ASYNC。

网络高级编程： select

使用 select 函数还可以设置等待的时间，减少CPU资源浪费。详解可单独查阅专题。

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