《Unix/Linux系统编程》第1、2章学习笔记

第一章 引言

系统编程

系统编程是计算机科学和计算机工程教育不可或缺的一部分，对学习操作系统、嵌入式系统、数据库系统、数据挖掘、人工智能等方面有着重要的作用。

本书目标

• 强化编程背景知识
  • 详细介绍了程序开发步骤，包括汇报器、编译器、链接器等。
• 动态数据结构的应用
  • 字符串标记化、搜索树节点、插入和删除树节点等。
• 进程概念和进程管理
  • fork()、exit()、wait()等
• 并发编程
  • Pthreads 编程、线程连接、互斥量等
• 定时器和定时功能
• 信号、信号处理和进程间通信
• 文件系统
  • 存储设备、Unix\Linux内核中的文件系统支持、文件操作的系统调用、库I/O函数等。
• TCP/IP和网络编程
  • TCP\IP协议、套接字API、UDP和TCP套接字编程，以及网络计算中的服务器-客户机模型。

Unix

• AT&T Unix
• Berkeley Unix
• HP Unix
• IBM Unix
• Sun Unix

Linux

• Debian Linux
• Ubuntu Linux
• Linux Mint
• 基于RPM的Linux
• Slackware Linux

VirtualBox 安装Ubuntu

1. 下载VirtualBox（http://download.virtualbox.org）
2. 安装VirtualBox
3. 创建VirtualBox虚拟机
4. 下载Ubuntu
   
5. 安装Ubuntu
   

使用Ubuntu Linux

• Linux内核映像
  • Linux内核映像位于/boot目录中，一个可启动的Linux内核映像由三部分组成: |BOOT|SETUP|linux kernel|
• Linux启动程序
  • 最受欢迎的有GRUB和LILO。
• Linux启动
  1. 加载BOOT+SETUP至实模式内存的0x90000处
  2. 加载Linux内核至高端内存的1MB处
• Linux运行级别
  • Linux内核以单用户模式启动，以多用户模式运行。
• 登录进程
  • 三个文件流stdin、stdout、stderr，等待用户登录。
• 命令执行
  • 执行命令解释程序sh，后者将提示用户执行命令。

Unix/Linux文件系统组织

• Unix/Linux文件系统采用树形组织结构
  
• 文件类型
  • 目录文件
  • 非目录文件
    • 常规文件
    • 特殊文件
      • 字符特殊文件
      • 块特殊文件
      • 其他类型
    • 符号链接文件
• 文件路径名
  • 根目录
  • 当前工作目录

Unix/Linux命令

Unix/Linux 系统管理

• 用户账户
• 添加新用户
  • sudo adduer username

第二章 编程背景

文本编辑器

• vim
  • 命令模式
  • 插入模式
  • 末行模式
• gedit
• emacs

程序开发

• 创建源文件
• 用gcc把源文件转换成二进制可执行文件
• 静态与动态链接库
• 可执行文件格式
  • 二进制可执行平面文件
  • a.out 可执行文件
  • ELF可执行文件
• a.out文件
  • 文件头
    • tsize、dsize、bsize、total_size
  • 代码段
  • 数据段
  • 符号表
• 程序执行过程
  1. 读取a.out文件头，以确定所需的总内存大小。
  2. sh从总大小中分配一个内存区给执行映像。
  3. sh放弃放弃旧映像，开始执行新映像。
  4. 执行从crt0.o开始，调用main（）。
• 程序终止
  • 正常终止
  • 异常终止

C语言程序与汇编代码的链接

• 用汇编代码编程
  1. 将C代码编译成汇编代码
  2. 汇编代码说明
• 用汇编语言实现函数
• 从汇编中调用C函数

链接库

• 动态链接库
• 静态链接库

makefile

• make工具是一个程序，它按照顺序读取makefile，以自动有选择的执行编译链接。
  • 一个make文件由一系列目标项、依赖项和规则组成
    
• 当make程序读取makefile时，通过比较依赖项列表中源文件的时间戳来确定要构建哪些目标项

GDB调试工具

• GDB调试工具是一个交互式调试工具，可以调试用C、C++和其他几种语言编写的程序。
• GDB是一个功能强大的调试工具，使用非常简单，但应该注意，所有调试工具只能提供有限的帮助，在某些情况下用处不大，所以程序开发的最佳方法是仔细设计程序的算法，然后根据算法编写程序代码。

C语言结构体

• 结构体和指针
• 类型转换
• 链表
• 树和二叉树