基礎 Linux Programming

安裝 GNU/Linux 開發手冊

1. 安裝 manpages-dev 跟 glibc-doc-reference，其中 manpages-dev 提供常用 POSIX 的 C 函式庫 manpage，而 glibc-doc-reference 則提供 C 函式庫的 info 檔(內含更多範例程式)

   # sudo apt-get install manpages-dev glibc-doc-reference
   

2. 更新 manpage

     mandb
   

3. 常用語法
   • 查詢這所有 manpage 內「指令」的用法：

        man -a 指令
     

例如要查調 printf 對應到那些 manpages：

 man -a printf

• 查詢特定 manpages 內「指令」用法：

     man [section] 指令
  

例如要查詢 (1) Executable programs or shell commands 類的 printf 的用法。

   man 1 printf

網路程序連線流程

• Server：socket → blind → listen → accept。
• Client：socket → connect。

1. socket：
   • socket 可以視為管線 (pipe) 概念的延伸，只是它不止可以在本機電腦，還可以透過網路來傳輸資料。它與管線最大的不同在於它將程序區分為 server 與 client，可以進行一對一或多對一的資訊傳遞服務。
   • socket() 會在 linux 上產生一個檔案名稱，通常存在 /tmp 中，檔案名稱也就是服務的辨識子埠號 (port #)，負責將連接請求繞到正確的伺服器處理程序。wade/tcp_port_list。
   • 範例：

        int socket ( int domain, int type, int protocol );
        -- domain：
           PF_UNIX, PF_LOCAL  local connection    用在本機內資料傳輸。
             資料型態：#include <sys/un.h>
             struct sockaddr_un{
     	  sa_family_t  sun_family;  /*AF_UNIX*/
     	  char	       sun_path[];  /*pathname 代表檔案名稱 */
     	};
           PF_INET IPv4       Internet protocols  IP 的通訊協定。
             資料型態：#include <netinet/in.h>
             struct sockaddr_in{
     	  short int	  sin_family;    /*AF_INET*/
     	  unsigned short  int sin_port;  /*Port number*/
     	  struct in_addr  sin_addr;	 /*Internet address*/
     	};
             其中 struct in_addr 資料型態：
             struct in_addr{
               unsigned long int  s_addr;
             };
             可用#include <arpa/inet.h>  inet_addr("IP 位址") 函數將 IP 位址轉成 socket 的位址格式。
        -- type：
           SOCK_STREAM  TCP 提供循序、雙向、可確保完整性的資料傳輸。確保資料不會漏失、不會重複、不會有順序不對。
           SOCK_DGRAM   UDP 提供不需連接，不確保完整性的資料傳輸。佔用較少的資源，不須設定連結時間，較快速，傳送固定大小訊息。
        -- protocol：
           參考 /etc/protocols ，常用 0 代表預設通訊協定 。
     

2. blind：
   • socket 命名必須透過 blind() 這個 system call 。而 server 就在這具名的 socket 上等待 client 的連結請求。
3. listen：
   • listen() 這個 system call 是用來產生一個 queue ，接應連接請求。
4. accept：
   • accept() 這個 system call 是讓 server 真正的接受連接請求，當 server 呼叫 accept() 時，會產生一個未具名 socket ，具此不具名的 socket 只用在與 client 的連接上，原本具名的 socket 則繼續用來等待其它客戶端的連結請求，並將連結請求存入 queue 中。
5. connect：
   • client 利用 socket() 產生一個未具名的 socket ，再呼叫 connect() 連接指定 server 具名的 socket 位址。成功後可以使用檔案描述子 (file descriptor) 的方式進行資料雙向溝通，如 read()、 write()。

File Descriptors

可以想成他只是一個 index ，負責檔案的開啟與關閉，是一個 C type int。

1. 特殊的 FD：

FD	Name	功能描述
0	Standard Input (stdin)	標準輸入，如 keyboard
1	Standard Output (stdout)	標準輸出，如 monitor
2	Standard Error (stderr)	標準錯誤，特殊輸出

Pipe

• 範例：pipe.c

  // parent process 借由 fork() 產生一個跟自己一樣的 child process
  // 兩個 processes 間藉由 pipe 來傳遞資料
  // child → pipe → parent ，由 child 寫入資料至 pipe ， parent 再由 pipe 接收資料並寫入 stdout
  
  #include <unistd.h>
  #include <stdio.h>
  
  int main(void)
  {
    int n, fd[2];
    pid_t pid;
    char line[255];
  
    // 建立 pipe
    // fd[1] → pipe → fd[0]
    // pipe 的形勢與 FIFO 類似 
    if (pipe(fd) < 0)
    {
      printf("Can't create pipe!\n");
    }
  
    // fork 創造一個 child process ，他與 parent 相同
    if ( (pid = fork()) < 0)
    {
      printf("fork error\n");
    }
    else if (pid == 0)
    { // child process = 0
      close(fd[0]);
      // 將字串寫入 pipe 內 2 次
      write(fd[1], "hello world\n",12);
      write(fd[1], "second time\n",12);
    }
    else
    { // parent process
      close(fd[1]);
      n = read(fd[0], line, 255);
      // 將結果寫出到 FD=1 (stdout)
      write(1,line,n);
      write(1,line,n);
  
    }
  }
  

  • FD[0] 負責 read pipe。FD[1] 負責 write pipe，換句話說，寫入 FD[1] 的資料可以由 FD[0] 讀取。
  • 寫入 FD[1] → [PIPE] → 讀取 FD[0] 。
  • 由於 FD 是 file descriptor， 非 file stream。所以為法使用 fread 和 fwrite。要使用 read 和 write 函式。
  • read() 會被 block 住，所以不用擔心 parent 會比 child 先結束，而導致 child 也跟著結束 (因為 child process 是依附著 parent process 而存在，依存關係可透過 pstree 查詢)。
  • 先使用 pipe(FD[2])，再使用 fork() 時，FD[2] 也會同時複製兩份，child 跟 parent 有各自的 FD[0]、FD[1]，所以要記得關掉不必要的 FD ，兩個 processes 各自與 pipe 相接。
    
    
• 範例：pipe2.c

  // parent process 借由 fork() 產生一個跟自己一樣的 child process
  // 兩個 processes 間藉由 pipe 來傳遞資料
  // child → stdout → fd[1] → pipe → fd[0] → stdin → parent ，由 child 寫入資料至 pipe ， parent 再由 pipe 接收資料並寫入 stdout
  
  #include <unistd.h>
  #include <stdio.h>
  
  int main(void)
  {
    int n, fd[2];
    pid_t pid;
    // 建立 pipe
    if (pipe(fd) == 0)
    {
      // fork 創造一個 child process ，他與 parent 相同
      pid = fork();
      // 錯誤偵測，將結果寫入 stderr 中。
      if( pid == -1)
      {
        fprintf(stderr, "fore failure");
        exit(EXIT_FAILURE);
      }
  
      // child process PID = 0
      if (pid == 0)
      { 
        // 關閉標準輸入
        close(0);
        // 將讀取 pipe 的 fd[0] 與 標準輸入連起來，則從 pipe 來的資料會成為一個標準輸入
        dup(fd[0]);
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
        // 此時 more 會開起來等待標準輸入的資料，他會從標準輸入(pipe)讀取資料。
        execlp("more", "more",  NULL);
      }
      // parent process PID ≠ 0
      else
      { 
        // 關閉標準輸出
        close(1);
        // 將寫入 pipe 的 fd[1] 與 標準輸出結合，則所有的標準輸出會自動寫入 pipe 中
        dup(fd[1]);
        close(fd[0]);
        close(fd[1]); 
        // 執行 ls ，並將結果寫入標準輸出，而標準輸出已經與 pipe 結合，所以結果會寫入 pipe 中
        execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
      }
    }
  }
  

  • process 將自己的 stdout 寫入 write pipe ，將讀取 read pipe 轉換為本身的 stdin

Reference

• ​Jazz 教學檔案。
• ​http://en.wikipedia.org/wiki/File_descriptor。
• Linux 程式設計教學手機（第三版）, Richard Stones。
• LINUX 系統程式設計, Robert love。
• ​http://www.jollen.org/blog/2006/12/linux_device_driver_io_3.html linux 驅動程式