linux下c语言基本知识点和使用

编译和链接

文件类型介绍

• .c c语言源文件
• .h 程序所包含的头文件
• .i 已经预处理过的C源代码
• .s 汇编语言源代码
• .o 编译后的目标文件

gcc编译器使用

gcc可以编译其他的语言，具体有预处理，编译，汇编，链接四个步骤
常用选项

• -o 生成目标
• -c 取消链接步骤，编译源码并最后生成目标文件 也就是编译后停下来
• -S 生成汇编语言文件后停止编译(.s文件) 也就是汇编后停下来
• -L 指定链接库文件的路径，一般分为静态库和共享库
• -l 指定要链接的库的名称
• -I 指定头文件的目录
• -D 传递宏定义
  要注意多文件的编译
• 示范
  • gcc -Wall fun.c main_fun.c –o main_fun
  • gcc –Wall –c main_fun.c –o main_fun.o

正式内容

魔术变量

• __FILE__ 文件名
• __FUNCTION__ 函数名
• __LINE__ 当前是第几行

标准流

程序在运行的时候会默认有三个流stdin(文件描述符为0),stdout(文件描述符为1),stderr(文件描述符为2)分别是标准输入，标准输入，错误信息 也就是说这三个变量是全局变量

常用类库（如果想知道函数的用法可以使用man查询）

可以安装手册来快速查看函数被使用是要的类库

• stdio.h 标准输入输出库
  • fgets 从指定的流读取内容(一般常用这个代替scanf)
• stdbool.h
  • bool 可以使用基本数据类型bool 这个类型代替的是_Bool
• stdlib.h
  • exit 结束进程
  • system 创建一个子进程执行command
  • atoi 将字符串转化成整型
• limits.h 里面定义了一些基本数据类型的最大值最小值
  • INT_MAX int类型的最大值
• error.h 里面定义了错误的相关处理等信息
  • errno 错误的错误码
  • strerror 将错误码转化为实际的错误信息
• string.h
  • bzero 将一段内存区域清零
• time.h 里面定义了一些和时间相关的函数
  • time 获取时间戳
  • localtime 将时间戳转化为当前的时间 这个会返回一个tm_t的结构体，可以使用strftime来转换成指定格式
  • strftime 格式化时间
• unistd.h unix标准头文件 里面定义了一些常用的unix函数
  • sleep 睡眠当前程序
  • close 关闭打开文件 参数是一个文件描述符
  • read write lseek 文件IO的相关函数
  • _exit 结束当前进程，但是不刷新标准输出缓冲区
• fcntl 里面定义了文件IO的相关函数
  • open 以文件IO的形式打开文件 这个是可以打开设备文件的 返回值是一个文件描述符
• dirent.h 关于目录读取的相关内容
  • opendir readdir closedir
• sys/stat.h 存放系统相关命令的内容
  • chmod fchmod
  • stat lstat 获取文件属性
• sys/types.h 存放一些固定的系统相关的结构体内容,大部分的库相关的结构体都会定义在这里
• sys/wait.h
  • wait 等待子进程结束 并接收返回值
• pthread.h posix标准的线程库 这个是第三方库，编译时要指定-lpthread 不然会出错
• semaphore.h 信号量相关库
• sys/ipc.h ipc通信相关库 ipc即进程system IPC 下面的库和这个搭配使用
  • sys/shm.h 创建共享内存相关库
  • sys/msg.h 消息队列相关库
  • sys/sem.h 信号灯集相关库
• sys/socket.h 网络相关库
  • socket 创建一个套接字
  • bind 绑定套接字
  • listen 将套接字主动变为被动
  • accept 阻塞等待客户端请求
  • conncet 连接服务器
  • send,sendto,recv,recvfrom 接收发送数据
• sys/select.h
  • select fd_set监听函数
• sqlite3.h sqlite相关库
  • sqlite3_open 打开数据库
  • sqlite3_exec 执行sql语句

静态库和共享库

静态库是将被程序使用的函数等代码复制到程序中，所以程序在运行时无依赖，而共享库是将不将库文件复制到程序中，所以程序体积不会有太大变化，而且易于升级库文件，一般推荐使用共享库 共享库一般需要注意如何让系统能找到要加载的共享库

库的扩展名

• 静态库 .a
• 共享库 .so

进程相关

c语言创建进程要使用到unistd.h库中的fork函数 fork函数创建进程后子进程会复制父进程的所有资源，从fork的下一条指令开始执行，若父进程先结束，子进程将会被init进程收养，转为后台执行，若子进程先结束，如果父进程未回收好子进程，子进程将会变成僵尸进程
进程相关函数一般使用unistd.h库，但是这是在linux情况下，windows下面情况不确定

进程相关术语

• 中断 中断一般是指在cpu正常工作时，硬件可以发出中断，cpu会马上处理中断，处理完后返回继续工作

进程类型

一般linux进程分为下面三种

• 交互进程 shell就是这种类型
• 批处理进程 顺序执行作业
• 守护进程

守护进程

守护进程的生命周期一般比较长，通常在系统启动时运行，系统关闭时结束。Linux以会话、进程组的方式管理进程，每个进程属于一个进程组，会话是一个或多个进程组的集合，通常用户打开一个终端时，系统会创建一个会话，一个会话最多有一个终端，所有通过该终端运行的进程都属于这个会话，终端关闭时，所有该会话下的所有相关进程都会被释放
Linux下C语言守护进程创建

1. 创建子进程，父进程退出
   • 这样是为了让子进程变成孤儿进程，被init进程收养 可以通过fork的返回值来判断是子进程还是父进程（返回值等于零为子进程）
2. 子进程创建新会话
   • 这样是为了让子进程成为新的会话组长，同时脱离原先的终端
   • 脱离终端后 如果没有创建终端stdin/stdout/stderr 无法在使用
3. 更改当前工作目录
   • 守护进程一直在后台运行，其工作目录不能被卸载 所以要重新设定当前工作目录
4. 重设文件权限掩码
   • 文件权限掩码设置为0 只影响当前进程
5. 关闭打开的文件描述符
   • 这样是为了关闭所有从父进程继承的打开文件

// 创建守护进程实例 创建一个守护进程 用来每隔一秒获取时间记录在time.log中
int main(){
    pid_t pid;
    FILE *fp;
    time_t t;
    int i;
    if((pid=fork())<0){
        perror("fork"); //创建子进程失败
        exit(-1);
    }
    else if (pid>0){
        exit(0); // 关闭父进程
    } 
    setsid();   // 开启新的会话
    umask(0);   //更改文件掩码
    chdir("/tmp")   // 修改工作目录
    for(i=0;i<getdtablesize();i++){ // 关闭父进程的文件描述符
        close(i);
    }
    if((fp=fopen("time.log","a"))==NULL){
        perror("fopen");
        exit(-1);
    }
    while(1){
        time(&t);
        fprintf(fp,"%s",ctime(&t));
        fflush(fp);
        sleep(1);
    }
}

进程间通信

• 早期UNIX进程间通信
  • 无名管道
    • 无名管道只能用于具有亲缘关系的进程，而且是单工模式 创建时会返回两个文件描述符，分别用于读写管道 如果想要实现读写需要两个无名管道
  • 有名管道
    • 有名管道对应管道文件，可以用于任意进程之间通信 读写等操作靠的是文件IO 要先创建有名管道，然后读写端同时开启，如果只有一端的话，打开管道会阻塞 内容存放在内存中
  • 信号
    • 信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，linux通过信号通知用户进程，不同的信号代表不同的事件，进程有三种响应方式 缺省 忽略 捕捉
• System V IPC 每个IPC对象都有一个唯一的ID,创建后会一直存在，直到被显式删除 且每个IPC对象有一个唯一的key
  • 共享内存
    • 共享内存是一种最高效的进程通信方式，进程可以直接读写内存，不需要任何数据的拷贝，所以效率最高，访问方式就好像直接访问内存，使用前要将内存进行映射而且使用时要注意同步和互斥配合使用
    • 使用步骤
      1. 创建/打开共享内存
      2. 映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
      3. 读写共享内存
      4. 撤销共享内存映射 如果没有主动撤销，进程结束自动撤销
      5. 删除共享内存对象
  • 消息队列
    • 消息队列就是一个消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息，读取消息，消息队列可以按照类型来发送/接收消息 消息可以自定义，但是必须有一个long mtype成员，代表消息类型，其他成员都属于消息正文
  • 信号灯集
    • 信号灯集是一个或多个计数信号灯的集合，信号灯的解释可以看下面的信号量，不过这里的信号灯集是可以用于进程之间的通信的，信号灯集可以申请多个资源时解决死锁问题
    • 步骤
      1. 打开/创建信号灯
      2. 初始化信号灯 如果是创建的进程要初始化信号灯
      3. P/V操作
      4. 删除信号灯
• 套接字

exec函数族

unistd.h
进程调用exec函数族执行某个程序 进程当前内容被指定的程序替换，可以实现父子进程执行不同的程序

• execl 执行命令
• execlp

int execl(char *path,char *arg,...)
int execlp(char *file,char *arg,...)
execv和execvp差别和上面类似 file会在环境变量PATH中找程序
int execv(char *path,char *argv[])
int execvp(char *file,char *argv[])
返回EOF代表失败 所有exec函数族最后一个参数要加NULL
examples
if(execl("/bin/ls","ls","-a -l","/etc",NULL)<0)

• execv
• execvp

进程相关联函数

默认函数不写库都在unsitd.h

• 回收子进程
  • wait 随机回收一个子进程，那个先结束就先回收（子进程自动结束），回收未成功会处于阻塞状态 失败会返回EOF 可以通过一些特定的函数来获取子进程的返回值等其他信息
  • waitpid 回收指定pid的子进程 可以指定回收方式 参数这里不写出了
• 进程通信相关函数
  • pipe 创建无名管道
  • mkfifo 创建有名管道文件
  • 信号 可能要使用signal.h
    • kill 对指定的进程发送信号
    • raise 对当前进程发送信号
    • alarm 指定定时器 到时间会向当前进程发送定时器信号 一个进程只能设定一个定时器 第二次调用会重新设定定时器
    • pause 进程阻塞 知道被信号中断
    • signal 指定信号的响应方式
    • 如果想要知道更多相关函数查阅手册
  • ftok 创建一个IPC所需要的唯一的key值
  • 共享内存
    • shmget 创建共享内存
    • shmat 映射共享内存地址
    • shmdt 撤销共享内存映射
    • shmctl 共享内存控制 可以通过执行这个函数进行删除共享内存等操作
  • 消息队列
    • msgget 打开/创建消息队列
    • msgsnd 向消息队列发送消息
    • msgrcv 从消息队列接收消息
    • msgctl 控制消息队列
  • 信号灯集
    • semget 打开/创建信号灯集
    • semctl 可以进行初始化信号灯集等操作
    • semop 信号灯P/V操作 需要用的特定的结构体

线程相关

下面相关函数在pthread.h库中
在任何一个线程中调用exit会导致进程结束

线程相关术语

• 同步 同步是指多个任务按照约定的先后次序相互配合完成一件事
• 信号量 可以用来实现线程间同步的一种机制，信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量，资源足够就可以运行不然就会阻塞,可以通过信号量来实现锁 信号量是一个受保护的变量，只能通过三种方式访问
  • 初始化
  • P操作(申请资源) 资源不做会阻塞
  • V操作(释放资源) 通知系统资源数增加了
• 临界资源 一次只允许一个任务(进程，线程)访问的共享资源
• 互斥锁 使用互斥锁保证一个资源在访问时是临界资源

线程相关函数

• pthread_create 创建线程
• pthread_join 等待线程执行完成，并接受返回值
• semaphore.h 信号量库
  • sem_init 初始化信号量
  • sem_wait P操作
  • sem_post v操作
• pthread_mutex_init 初始化互斥锁
• pthread_mutex_lock 获得锁
• pthread_mutex_unlock 释放锁
• pthread_cond_init 初始化条件
• pthread_cond_wait 进入等待集合
• pthread_cond_singal 唤醒等待集合
• pthrad_exit 退出线程
• fflush 刷新缓冲区
• 这里省略了相关参数和需要的变量类型，如果需要请查手册

网络相关

基本知识点

c/s模式基本创建过程

TCP:

• Server:socket(),bind(),listen(),accept()
• Client:socket(),bind(),connect(),close()

UDP

• Server:socket(),bind(),recvfrom(),sendto()
• Client:socket(),bind(),sendto(),recvfrom()

网络字节序

一般来说本地字节序是采用大端法表示的，而网络字节序是采用小端法表示的

TCP/UDP编程

TCP相关函数(下面函数一般返回值小于0代表发生错误)

• socket 创建一个套接字（下面是参数介绍和参数常用的值） 成功返回文件描述符
  • int domain
    • AF_INET,AF_INET6 ipv4和ipv6
  • int type 套接字类型
    • SOCK_STREAM 流式套接字 唯一对应于TCP
    • SOCK_DGRAM 数据包套接字 唯一对应于UDP
  • protocol 一般填0 使用原始套接字的时候需要注意
• bind 绑定IP地址等信息
  • int sockfd 通过socket得到的fd也就是文件描述符
  • sockaddr *addr 这个参数一般不适用sockaddr这个结构体而采用sockaddr_in这个结构体，如果是IPV6使用sockaddr_in6或者sockaddr_storage,关于ipv6详细的信息使用man 7 ipv6查看
    • sockaddr_in 使用这个时先使用bzero将变量的内存区域清零
      • sin_family 协议类型 2字节
      • sin_port 端口号(端口为0代表自动分配端口) 2字节
      • sin_addr 地址 4字节
        • 绑定到任意IP上,如果这样写的话，只要发送到这个机器上，端口一致，协议一致就能被接收到，如果有两块网卡照样能接收到 sock_in.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR _ANY)
  • socklen_t addrlen 地址长度
• listen 监听端口，将主动套接字转化为被动套接字
  • sockfd 套接字的文件描述符
  • backlog 同时允许几路客户端与服务器正在连接（正在进行三次握手）一般填5 ARM最大为8
• accept 阻塞等待客户端连接请求 ，成功时返回已经建立好连接的新的newfd(文件描述符)
  • 这个的参数和bind一致，不过用处不一样，这个的sockaddr可以获得连接客户端的ip地址等信息，如果不关心可以设置为NULL
• connect 向服务器发送连接请求 后面的读取发送操作可以通过socket返回的文件描述符
  • 参数和bind一致，不过地址要新建一个sockaddr_in用来记录服务器的地址
• send 发送数据到连接端（这个的用法和write差不多一致不过新增了一个参数flags）
  • flags 表示发送方式一般填0，下面是其他的值的意思
    • MSG_DONTWAIT 以非阻塞的方式发送，也就是立即发送
    • MSG_OOB 发送TCP类型的带外数据(out-of-band)
• • recv 接收来自连接端的数据（这个的用法和read差不多一致不过新增了一个参数flags）
    • flags 表示发送方式一般填0，下面是其他的值的意思
      • MSG_DONTWAIT 非阻塞版本
      • MSG_OOB 接收TCP类型的带外数据(out-of-band)
      • MSG 从缓冲区的顶端取数据，但是不改变缓冲区，也就是说缓冲区下一次读仍然还是原来的内容。
• setsockopt
  • 用法:允许绑定地址快速重用

int b_reuse=1;
setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&b_reuse,sizeof(int));

• 字节序转换相关函数
  • inet_pton 将ip地址转化为网络字节序的形式 成功返回1
    • inet_pton(AF_INET,“192.168.12.12”,(void *)&target)
  • inet_ntop 将网络字节序转化为本地字节序的形式 成功返回1
    • inet_ntop(AF_INET,address,target,len)
  • 主机字节序转换成网络字节序
    • htonl,htons这两个唯一的不同在于接受参数的类型不同一个接受u_long,一个接受u_short
  • 网络字节序到主机字节序
    • ntohl,ntohs这个和上面的不同处相似

UDP相关函数(下面函数一般返回值小于0代表发生错误)

• sendto 这个函数和recv差不多，但是多了发送者信息的参数也就是sockaddr这个类型，还有目标信息的长度，可以通过这个来获取是谁发送的数据
• recvfrom 这个函数和recv差不多，但是多了目标信息的参数也就是sockaddr这个类型，还有目标信息的长度

IO多路复用模型

服务器端常用的IO模型有：

• 同步阻塞IO
• 同步非阻塞IO
• IO多路复用模型 也称为异步阻塞IO
• 异步IO 也称为异步非阻塞IO

介绍

多路复用IO即在同一个线程内同时处理多个TCP连接，最大优势是减少系统开销，不必创建/维护过多的线程
大致过程：

1. 将关心的文件描述符加入到集合中(fd_set)，文件描述符的分配是递增的
2. 调用select/poll函数去监控fd_set中那些文件描述符(阻塞等待集合中文件描述符有数据)
3. 当有资源更新时，select会停止阻塞并且更新fd_set,然后退出,在select之后fd_set中存放有数据的文件描述符
4. 判断文件描述符是否在更新后的fd_set中
5. 依次处理文件描述符中的数据

IO多路复用相关函数

• fd_set 存放文件描述符的集合
  • fd_set的实现原理
    • 在linux中一个进程可以分配的文件描述符最多1024个，也就是0-1023，但是标准流占3个,所以我们取1024位就可以了，也就是128个字节,32个long型。
  • 下面时fd_set相关操作的宏定义
    • void FD_ZERO(fd_set *fdset) 将fd_set的内存区域清空
    • void FD_SET(int fd,fd_set *fdset) 添加一个文件描述符到fd_set中
    • void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset) 在fd_set中删除一个文件描述符
    • int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset) 判断一个文件描述符是否在fd_set中
• select 阻塞检查fd_set中是否有文件描述符数据更新(下面是参数介绍)
  • int maxfd 在fd_set中在该值下的文件描述符会被监听
  • fd_set *readfds 监听是否有可读数据的fd_set(这些如果fd_set如果没有可填NULL)
  • fd_set *readfds 监听是否有可写的fd_set
  • fd_set *readfds 异常fd_set
  • struct timeval *timeout 设置超时返回
• epoll 此函数需要后续查找学习
• poll 这个函数也可以用于多路复用，具体使用省略

网络扩展

相关函数介绍

下面的函数有些没有做详细的介绍，要知道详情可以使用man查询

• gethostbyname 可以根据域名获取IP地址
• setsockopt 设置套接字的属性，具体函数和相关参数设置参照图片存放处

网络超时优化

一般来说，套接字等待接收数据，如果没有数据会一直阻塞，如果对此方法不满意可以采取下面的解决办法

• 采用多路复用解决
• 使用setsockopt设置设置接收超时
• 设置定时器，捕捉SIGALRM信号参考代码如下

void handler(int sinno){return ;}
struct sigaction act;
sigaction(SIGALRM,NULL,&act);
act.sa_handler=handler;
act.sa_flags &=~SA_RESTART;
sigaction(SIGALRM,&act,NULL);
alarm(5);
if(recv()<0)[]

网络连接保持

• 每个一段时间，一方发送一点数据，对方给出特定的应答，如果超出设定次数大小的时间内没有应答，则认为异常
• 通过改变套接字的属性来实现，具体看图片

广播,组播

• 广播的步骤
  • 广播发送
    1. 创建用户数据报套接字
    2. 设置套接字属性，缺省创建的套接字不允许广播
    3. 接收方地址指定为广播地址，指定端口信息
    4. 发送数据包
  • 广播接收
    1. 创建用户数据报套接字
    2. 绑定本机IP地址和端口（绑定的端口必须和发送方指定的端口相同）
    3. 等待接收数据
• 组播的步骤
  • 组播发送
    1. 创建用户数据报套接字
    2. 接收方地址为组播地址(一般组播地址为D类地址)
    3. 指定端口信息
    4. 发送数据包
  • 组播接收
    1. 创建用户数据报套接字
    2. 加入组播组
    3. 绑定本机IP地址和端口（绑定的端口必须和发送方指定的端口相同）
    4. 等待接收数据

// 加入组播代码
struct ip_mreq mreq;
bzero(&mreq,sizeof(mreq));
mreq.imr_multiaddr.s_addr=inet_addr(group_address);
mreq.imr_interface.s_addr=htol(INADDR_ANY);
setsockopt(fd,IPPORT_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));

unix域套接字

unix域套接字，在易用性和效率上都有不错的效果,使用上面和TCP，UDP都差不多，不过改了域类型和bind的时候绑定地址有点特殊

unix域套接字在使用方法和TCP和UDP没什么区别，不过域类型改为AF_LOCAL或AF_UNIX,不过在绑定地址的时候，要注意使用sockaddr_un类型， 里面有两个参数一个是域类型(sun_family)AF_UNIX,一个是文件的绝对路径(sun_path)，但是文件必须不存在，因为绑定成功后文件会存在在内存中

Sqlite3

请查找相关sqlite的手册，下面给出代码的示范，只包括简单使用

int scallback(void *data,int argc,char **argv,char **azColName){
    sqliteR *tdata=(sqliteR *)data;
    int i=0;
    int len=0;
    char buf[NDATAL/4];
    if(!tdata){
        return 0;
    }
    len=tdata->length;
    bzero(tdata->data[tdata->length], sizeof(tdata->data[0]));
    for(;i<argc;i++){
        bzero(buf, sizeof(buf));
        snprintf( buf,NDATAL/4-1,"%s:%s",azColName[i],argv[i]);
        strncat(tdata->data[len], buf, NDATAL/4);
    }
    tdata->length+=1;
    return 0;
}
void test(){
    Perror(sqlite3_open("/Volumes/Other/Code/dictionary/inline dictionary/inline dictionary/data.db", &db), "sqlite3 open");
    sqliteR data;
    data.length=0;
    char *zErrMsg=0;
    char *sql="select username,passWord from User limit 5";
    int rc;
    rc=sqlite3_exec(db,sql, scallback, (void *)&data,  &zErrMsg);
    printf("%d",rc);
    if( rc != SQLITE_OK ){
       fprintf(stderr, "SQL error: %s\n", zErrMsg);
       sqlite3_free(zErrMsg);
    }else{
       fprintf(stdout, "Operation done successfully\n");
    }
    sqlite3_close(db);
}