Linux 学习记录23(IO篇+静/动态库+多进程理论)

原创 于 2023-05-29 20:05:54 发布
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#linux #学习 #运维

本文详细介绍了Linux中的文件状态获取，包括stat函数的使用来获取文件属性，如文件类型和权限。接着讨论了对目录的操作，如打开、读取和关闭目录。然后讲解了Linux系统中的静态库和动态库的创建及使用。最后，文章深入探讨了多进程理论，包括进程的概念、内存管理和进程的组成部分。

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Linux 学习记录23(IO篇+静/动态库+多进程理论)

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本文目录

一、文件状态获取(stat)

1. 获取文件属性信息

文件属性包括：
1. 包含文件的设备的ID
2. inode号，文件系统识别文件的唯一标识
3. 文件类型和权限
4. 硬链接号
5. 用户ID
6. 组ID
7. 硬件设备号(如果是特殊文件)
8. 文件大小，以字节为单位
9. 块字节大小
10. 块的个数 
11. 最后一次被访问的时间
12. 最后一次权限修改时间
13. 最后一次状态修改时间

函数原型：int stat(const char*pathname，struct stat *statbuf);
功能：获取文件的属性信息
参数1：要获取属性的文件路径
参数2：struct stat: 文件属性结构体指针，该结构体中包含了文件
===================================================================
文件属性结构体指针
struct stat {
	dev_t     st_dev;/* ID of device containing file */ //包含文件的设备的ID
	ino_t     st_ino;/* Inode number */ //inode号，文件系统识别文件的唯一标识
	mode_t    st_mode;/* File type and mode */ //文件类型和权限
	nlink_t   st_nlink;/* Number of hard links */ //硬链接号
	uid_t     st_uid;/* User ID of owner */ //用户ID
	gid_t     st_gid;/* Group ID of owner */ //组ID
	dev_t     st_rdev;/* Device ID (if special file) */ //硬件设备号(如果是特殊文件)
	off_t     st_size;        /* Total size, in bytes */ //文件大小，以字节为单位
	blksize_t st_blksize;     /* Block size for filesystem I/O */ //块字节大小
	blkcnt_t  st_blocks;      /* Number of 512B blocks allocated */ //块的个数
	
	/* Since Linux 2.6, the kernel supports nanosecond
	precision for the following timestamp fields.
	For the details before Linux 2.6, see NOTES. */
	
	struct timespec st_atim;  /* Time of last access */ //最后一次被访问的时间
	struct timespec st_mtim;  /* Time of last modification */ //最后一次权限修改时间
	struct timespec st_ctim;  /* Time of last status change */ //最后一次状态修改时间
};

2. 文件类型与权限

终端指令：man 7 inode

man手册：
在这里插入图片描述

使用结构体的mode_t st_mode参数能够获得文件的类型与权限

  1. st mode&S_IFMT ------------>能够得到文件类型

在这里插入图片描述
S_IFSOCK 套接字文件
S_IFLNK软连接文件
S_IFREG 普通文件
S_IFBLK 块设备文件
S_IFDIR 目录文件
S_IFCHR 字符设备文件
S_IFIFO 管道文件

  1. 使用函数 ------------>能够得到文件类型

在这里插入图片描述

  1. st_mode&0777 —>得到文件权限

在这里插入图片描述

3. 使用函数打印部分文件信息到终端

int main(int argc, char const *argv[])
{
    struct stat sb;
    /*获取文件属性*/
    stat("./01file.txt", &sb);

    /*类型*/
    switch(sb.st_mode&__S_IFMT)
    {
        case __S_IFSOCK : printf("flie type: 套接字文件\n"); break;
        case __S_IFLNK : printf("flie type: 软连接文件\n"); break;
        case __S_IFREG : printf("flie type: 普通文件\n"); break;
        case __S_IFBLK : printf("flie type: 块设备文件\n"); break;
        case __S_IFDIR : printf("flie type: 目录文件\n"); break;
        case __S_IFCHR : printf("flie type: 字符设备文件\n"); break;
        case __S_IFIFO : printf("flie type: 管道文件\n"); break;
        default : break;
    }
    /*权限*/
    printf("flie mode: %#o\n",sb.st_mode&0777);
    /*大小*/
    printf("flie size: %ld byte\n", sb.st_size);
    /*inode号*/
    printf("flie inode ID: %ld\n",sb.st_ino);
    return 0;
}
输出>>
flie type: 普通文件
flie mode: 0664
flie size: 155 byte
flie inode ID: 529027

终端查看文件结果：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

二、对目录的操作

1. 打开目录

函数原型：DIR *opendir(const char *name);
功能：通过指定的路径打开一个目录
参数1：目录的路径
返回值：成功返回DIR*的目录指针，失败返回NULL并置位错误码
======================================================

2. 读取目录下的内容

函数原型：struct dirent *readdir(DIR *dirp);
功能：通过指定的目录指针读取出一条文件的信息，将信息放置于struct dirent类型的指针中
	通过该指针获取文件的信息
参数1：指定的目录指针
返回值：成功返回struct dirent的结构体指针，失败返回NULL并置位错误码

每读取一次向下偏移一次
======================================================
struct dirent {
	ino_t          d_ino;/* Inode number */ //inode号
	off_t          d_off;/* Not an offset; see below */ //偏移量
	unsigned short d_reclen;/* Length of this record */ //当前文(子目录)件大小
	unsigned char  d_type;/* Type of file; not supported 
	                       by all filesystem types */ //文件类型
	char           d_name[256]; /* Null-terminated filename */ //文件名
};
========================================================
文件类型：
DT_BLK------>This is a block device.
DT_CHR------>This is a character device.
DT_DIR------>This is a directory.
DT_FIFO----->This is a named pipe (FIFO) .
DT_LNK------>This is a symbolic link.
DT_REG------>This is a regular file.
DT_SOCK----->This is a UNIX domain socket.
DT_UNKNOWN-->The file type could not be determined.

3. 关闭目录

函数原型：int closedir(DIR *dirp);
功能：关闭当前目录
参数1：指定的目录指针
返回值：成功返回0，失败返回-1并置位错误码

4. 目录操作的实例

int main(int argc, char const *argv[])
{
    DIR* dp;

    if((dp=opendir("./"))==NULL)
    {
        perror("opendir: ");
        return -1;
    }

    struct dirent* tp;
    while((tp = readdir(dp)) != NULL)
    {
        printf("%s\t",tp->d_name);
        printf("%c\t",tp->d_type);
        printf("%-4d\t",tp->d_reclen);
        printf("%ld\t",tp->d_ino);
        printf("\r\n");
    }

    return 0;
}

三、Linux系统中的库

  1. Linux中的库本质上是一个二进制文件，由.c文件(不包含main)编译而来其他程序可以使用该库调用相关的函数
  2. 包含静态库，动态库两种
  3. 不同操作系统对库的格式有所不同
  1. windows: xxx.lib=静态库,xxx.dll=动态库两种
  2. Linux: libxxx.a = 静态库,libxxx.so = 动态库两种
  1. 由于库是二进制文件，.c文件编译后生成库后，函数的实现过程是看不到的，所以使用库比较安全
使用ldd命令可以查看文件所依赖的头文件

在这里插入图片描述

例如 printf函数需要头文件------>#include <stdio.h>
但是该头文件只有函数的声明，
函数的实现在lib.so库中（Linux系统中的动态库）

1. 静态库

将xxx.c文件编译生成的一个库名为.a的二进制文件，当需要使用该库中的某个函数时，直接调用该函数即可，前提是编译时链接了该库

  1. 动态态：在使用gcc编译时，会将你的我加你和库文件一起生成一个可执行文件，在最终可执行程序在包含了静态库，但是程序体积一般比较大，但是在执行程序时，无需去寻找该库的位置，效率较高

(1. 静态库的创建

  1. 准备好.c源文件
    在这里插入图片描述
  2. 准备好对于的.h头文件
    在这里插入图片描述
  3. 准备测试文件
    在这里插入图片描述
  4. 编译生成
    在这里插入图片描述
  5. 编译测试
    在这里插入图片描述

命令：gcc -c add.c -o add.o

  1. 只生成不链接

命令：ar -cr libadd.a add.o

  1. ar->说明这是静态库的命令
  2. -c->创建
  3. -r->允许使用该函数
  4. 如果使用多个.o文件生成库 ar -crs 库名.a add1.o add2.o…

命令：gcc main.c -L ./ -ladd -I ./

  1. -L ： 指定库的路径
  2. -l ：所需库的名字
  3. -I ：指定头文件的路径

2. 动态库

静态库只，将xxx.c文件编译生成的一个库名为.a的二进制文件，当需要使用该库中的某个函数时，直接调用该函数即可，前提是编译时链接了该库

  1. 静态：在使用gcc编译时，会将你的我加你和库文件一起生成一个可执行文件，但是程序体积较小，但是在执行程序时，需去寻找该库的位置，效率较低，但是可以由多个文件共享一个文件，动态库又称共享库

(1. 动态库的创建

  1. 准备好.c源文件
    在这里插入图片描述
  2. 准备好对于的.h头文件
    在这里插入图片描述
  3. 准备测试文件
    在这里插入图片描述
  4. 编译生成
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  5. 测试
    在这里插入图片描述
  6. 解决上述错误
  1. 在命令行指定库的路径：export LD_LIBRARY_PATH=库的路径(仅在当前终端有效)
    在这里插入图片描述
  2. 将上述的库放入系统库中(/lib或/usr/lib)
    在这里插入图片描述
  3. 更改系统在库的配置文件
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

命令：gcc -fPIC -c add.c -o add.o

-fPIC:忽略文件位置，生成二进制文件

命令：gcc -shared add.o -o libadd.so

生成动态库，依赖于add.o生成的库名为libadd.so库

命令：gcc -fpIC -shared add.6+c -o libadd.so

上面两条指令可以合成一条指令

四、多进程理论

1. 进程的概念

进程：程序的一次执行过程

  1. 进程就是正在执行的程序
  2. 进程是一个动态的过程，是有生命周期的，随着经常的创建而出现，随着经常的消亡而销毁
  3. 进程是分配资源的最小单位，每个进程都会拥有自己的0-3G的用户空间，但是共享3–4G的内核空间
  4. 这0–3G的用户空间又被分为三个部分: 栈区、堆区、静态区
  5. 进程在内核空间由一个task struct结构体表示

2. 进程的内存管理 (重点!!!)

  1. 每个进程都会分配4G的空间(虚拟内存)
  2. 每个进程都都拥有独立的0-3G的用户空间，3-4G的内核空间是共享的

3. 程序和进程的区别

进程：进程是动态的，有生命周期，是程序的一次执行过程，每个进程拥有0--3G的用户空间
并且共享3--4G的内核空间

程序:程序是静态的，没有生命周期可言，它是在磁盘上的一个二进制文件

4. 进程的组成

  1. 进程由三部分组成:进程控制段(PCB)、数据段、程序段
  2. 进程控制段:是内核空间分配的一个task strut的结构体，包含了一个进程的所有信息: PID、进程的状态、相关寄存器
  3. 数据段:在进程执行过程中，中间数据存放的位置:.data bss
  4. 程序段:存放程序允许的代码: text

5. 进程的种类

  1. 进程一共有三种:交互进程、批处理进程、守护进行
  2. 交互进程:他是由shel脚本控制，可以直接跟用户进行交互的进程，例如文本编辑器
  3. 批处理进程:维护了一个队列，被放到该队列中的进程会统一被处理，例如终端执行./a.out
  4. 守护进程:他是脱离终端而存在，例如服务进程

6. 进程的PID概念

  1. 进程号: PID (process id)计算机系统识别进程的唯一标识
  2. 父进程号:PPID
  3. 无论是PID还是PPID都是一个大于等于0的数字，而且每个进程的PID不可能相同
  4. linux系统想要查看能够创建多少个进程:cat/proc/sys/kernel/pid max
  5. 在linux系统下，在根目录下的proc目录下，以数字命名的目录，全部都是一个进程
    查看当前系统可以创建PID的最大值：
    在这里插入图片描述
    查看当前进程：以数字为开头的都是正在执行的进程
    在这里插入图片描述

思维导图

在这里插入图片描述

练习

1. 完成ls -la功能

int main(int argc, char const *argv[])
{
    DIR* dp;
    struct stat sb;//获取文件详情
    struct tm* file_time;

    int i = 0;
    int z = 0;
    int buff=0;
    int buff1=0;
    char power[11]={0};//权限
    char file_name[50]={'.','/'};//文件名
    
    if((dp=opendir("./"))==NULL)
    {
        perror("opendir: ");
        return -1;
    }
    struct dirent* tp;
    while((tp = readdir(dp)) != NULL)
    {//循环查看文件夹下的文件
        buff1=0x100;
        z=0;
        strcpy(file_name+2,tp->d_name);
        /*获取文件属性*/
        stat(file_name, &sb);
        file_time = localtime(&sb.st_ctime);//计算文件时间

        switch(sb.st_mode&__S_IFMT)
        {
            case __S_IFSOCK : power[0] = 's'; break;//套接字文件
            case __S_IFLNK : power[0] = 'l'; break;//软连接文件
            case __S_IFREG : power[0] = '-'; break;//普通文件
            case __S_IFBLK : power[0] = 'b'; break;//块设备文件
            case __S_IFDIR : power[0] = 'd'; break;//目录文件
            case __S_IFCHR : power[0] = 'c'; break;//字符设备文件
            case __S_IFIFO : power[0] = 'p'; break;//管道文件
            default : break;
        }
        buff=sb.st_mode&0777;
        for(i=1;i<10;i++)
        {
            z++;
            if(z>3) z=1;
            // printf("%#x\r\n",buff1);
            switch(z)
            {
                case 1 : (buff&buff1)?(power[i] = 'r'):(power[i] = '-'); break;
                case 2 : (buff&buff1)?(power[i] = 'w'):(power[i] = '-'); break;
                case 3 : (buff&buff1)?(power[i] = 'x'):(power[i] = '-'); break;
            }
            buff1=buff1>>1;
        }
        printf("%s ",power);//链接号
        printf("%3ld ",sb.st_nlink);//链接号
        printf("%5d ",sb.st_uid);//所属用户
        printf("%5d ",sb.st_gid);//所属组用户
        printf("%7ld ",sb.st_size);//文件大小
        printf("%.2dmon ",file_time->tm_mon+1);//文件最后修改日期(月)
        printf("%.2dday ",file_time->tm_mday);//文件最后修改日期(日)
        printf("%.2d:",file_time->tm_hour);//文件最后修改日期(时)
        printf("%.2d ",file_time->tm_sec);//文件最后修改日期(时)
        printf("%s",file_name+2);//文件名
        printf("\r\n");//换行
    }
    return 0;
}
运行结果>>
drwxrwxr-x   6  1000  1000    4096 05mon 29day 08:56 ..
-rw-rw-r--   1  1000  1000     427 05mon 29day 13:51 public.h
-rwxrwxr-x   1  1000  1000   12848 05mon 29day 20:22 main.out
drwxrwxr-x   2  1000  1000    4096 05mon 29day 08:56 .vscode
-rw-rw-r--   1  1000  1000       0 05mon 29day 09:17 02file.txt
-rw-rw-r--   1  1000  1000      19 05mon 29day 08:56 public.c
-rw-rw-r--   1  1000  1000    2362 05mon 29day 20:19 main.c
drwxrwxr-x   3  1000  1000    4096 05mon 29day 20:22 .
-rw-rw-r--   1  1000  1000     155 05mon 29day 09:23 01file.txt
-rw-------   1  1000  1000  380928 05mon 29day 08:56 core

终端结果：
在这里插入图片描述

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