Linux環境高級編程

Linux環境高級編程

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2011-08-20 14:09

一、課程目標

本次課程涵蓋Linux系統編程的幾個主要方面，通過本次課程的學習，學員將具備以下能力：

• 了解Linux系統調用和類庫的區別；
• 熟悉文件I/O、文件和目錄、進程管理、進程間通信(IPC)、信號、時間與定時器的編程。

二、參訓要求

參加本次課程的學員須具備以下能力：

• 本次課程使用 C語言 教學，所以學員需擁有較好的C語言基礎；
• 能熟練使用常用的Linux命令；
• 能熟練使用gcc、gdb、熟練撰寫makefile；
• 最好熟練使用vi、emacs等文本編輯器其中的一種。

三、課程實踐環境

• 學員自備電腦
• 操作系統：GNU/Linux 2.6+（建議使用Redhat AS 5+或Ubuntu、Fedora）
• 編譯器：GCC v4.1+、GDB v7.0+
• 可選IDE：Eclipse CDT

四、課程大綱

本次課程由以下幾個部分構成：

1、 預備知識

• UNIX歷史和標準

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  • UNIX; BSD & System V
  • GNU project; Linux Kernel
  • POSIX, SUSv3, SUSv4
• Linux系統相關概念

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  • 系統調用和庫函數
  • 錯誤處理
  • 特性測試宏
  • 系統數據類型
  • 系統限制和選項 (sysconf(), pathconf())
  • 系統參數： /proc文件系統

2、文件I/O

• Linux I/O系統調用與C標準庫stdio的比較
• I/O系統調用: open(), close(), read(), write()
• 控制I/O的Buffer
• 讀寫指針的定位：lseek()
• I/O控制：ioctl()
• 原子操作和數據競態
• 文件控制: fcntl()
• 文件打開的狀態標志(status flags)
• 文件描述符
• 復制文件描述符：dup(), dup2()

3、文件和目錄

• 文件屬性

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  • 獲取文件的屬性：stat()
  • 文件的時間戳
  • 文件的所有權：chown()
  • 文件的操作權限：chmod()
• 目錄和連接文件

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  • 硬連接和軟連接 (符號連接)
  • 目錄
  • 迭代目錄樹
  • 當前工作目錄(CWD)
  • 路徑名
• 監控文件系統的事件：inotify

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  • inotify API
  • inotify事件
  • inotify限制

4、 進程控制

• 進程屬性

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  • 進程ID(PID)和父進程ID(PPID)
  • 進程內存布局
  • 棧 (Stack)
  • 堆 (Heap)
  • 命令行參數和環境變量列表
  • 非局部goto (nonlocal goto)： setjmp() 和 longjmp()
• 創建和終止進程

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  • 創建進程：fork()
  • fork() 后的多進程數據競態
  • 進程終止：exit(3) 和 _exit(2)
  • 退出處理器：atexit()
  • 等待子進程的退出：wait(), waitpid(), waitid()
  • SIGCHLD 信號
• 執行程序

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  • execve()
  • exec() 系列庫函數
  • 解釋腳本
  • 文件描述符和 exec()
  • 信號和 exec()
  • 執行Shell命令：system()
• 守護進程 (Daemons)

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  • 創建守護進程的幾個步驟
  • 使用 SIGHUP 信號使一個進程變成守護進程
  • 系統中守護進程的示例：syslog

• 進程權限相關

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  • 文件 /etc/passwd 和 /etc/group
  • User ID, and Group ID
  • Real, effective, and saved set IDs
  • 其它 group IDs
  • Set-user-ID and set-group-ID programs
  • 獲取或修改進程權限

5、信號 (Signals)

• 信號類型和默認動作
• 信號處理方式
• 信號處理器
• 發送信號
• 信號集
• 阻塞信號(signal mask)
• 系統調用的中斷和重新執行
• 等待信號

6、時間和定時器(Timers) ?

• 時間相關的數據類型
• POSIX Clock
• 獲取當前時間
• 設置當前時間
• C標準庫 時間函數
• Sleep
• 定時器(Timers)

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  • 簡單的定時器：alarm()
  • interval Timers
  • 高級定時器

7、進程間通信 (Interprocess Communication, IPC)

• 傳統UNIX IPC

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  • 管道和優先隊列 (Pipe and FIFO)
  • SYSV 消息隊列 (SYSV Message Queue)
  • SYSV 信號量 (SYSV Semaphore)
  • SYSV 共享內存 (SYSV Shared Memory Segments)
  • 內存映射文件 (Memory Mapping Files)
• POSIX IPC

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  • POSIX IPC的優勢
  • POSIX 消息隊列 (POSIX Message Queue)
  • POSIX 信號量 (POSIX Semaphore)
  • POSIX 共享內存 (POSIX Shared Memory Segments)

五、時間安排

課程時間：3天，以每天6小時計，具體安排如下：

• Day1

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  • 1 - 預備知識
  • 2 - 文件I/O
  • 3 - 文件與目錄
• Day2

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  • 4 - 進程控制
  • 5 - 信號
  • 6 - 定時器
• Day3

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  • 7 - 進程間通信
  • 課程回顧與總結

六、課程資源

????? 可獲取的課程資源見： 教學資源 。

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