《嵌入式程序设计》第五周学习总结

《嵌入式程序设计》第五周学习总结

##教材学习总结 一.标准I/O编程 标准I/O提供流缓冲的目的是尽可能减少使用read（）和write（）等系统调用的数量。 二.标准I/O3种类型的缓冲存储 （1）全缓冲：在这种情况下，当填满标准 I/O 缓存后才进行实际I/O 操作。存放在磁盘上的文件通常是由标准I/O 库实施全缓冲的。在一个流上执行第一次I/O 操作时，通常调用malloc()就是使用全缓冲。 （2）行缓冲：在这种情况下，当在输入和输出中遇到行结束符时，标准 I/O 库执行I/O 操作。这允许我们一次输出一个字符（如fputc（）函数），但只有写了一行之后才进行实际I/O操作。标准输入和标准输出就是使用行缓冲的典型例子 （3）不带缓冲：标准 I/O 库不对字符进行缓冲。如果用标准I/O 函数写若干字符到不带缓冲的流中，则相当于用系统调用write()函数将这些字符全写到被打开的文件上。标准出错stderr通常是不带缓存的，这就使得出错信息可以尽快显示出来，而不管它们是否含有一个行结束符。 三.基本操作 （1）打开文件 ①函数说明 打开文件有三个标准函数，分别为：fopen（），fdopen（）和freopen（）。它们可以以不同的模式打开。但都返回一个指向FILE的指针，该指针指向对应的I/O流。此后，对文件的读写都是通过这个FILE指针来进行。其中fopen（）可以指定打开文件的路径和模式。 ②函数格式定义 所需头文件：```#include``` 函数原型：```FILE *fopen（const char *path,const char *mode）``` 函数传入值：Path：包含要打开的文件路径及文件名 mode：文件打开状态 函数返回值：成功：指向FILE的指针 失败：NULL （2）关闭文件 ①函数说明 关闭标准流文件的函数为fclose（），该函数将缓冲区内的数据全部写入到文件中，并释放系统所提供的文件资源。 ②函数格式说明 所需头文件：```#include``` 函数原型：```int fclose（FILE *stream）``` 函数传入值：stream：已打开的文件指针 函数返回值：成功：0 失败：EOF （3）读文件 ①fread（）函数说明 在文件流被打开之后，可对文件流进行读写等操作，其中读操作的函数为fread（）。 ②fread（）函数格式 所需头文件：```#include``` 函数原型：```size_t fread（void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream）``` 函数传入值：ptr:存放读入记录的缓冲区 size：读取的记录大小 nmemb：读取的记录数 stream：要读取的文件流 函数返回值：成功：返回实际读取到的nmemb数目 失败：EOF （4）写文件 ①fwrite（）函数说明 fwrite（）函数用于对指定的文件流进行写操作。 ②fwrite（）函数格式 所需头文件：```#include``` 函数原型：```size_t fwrite(const void*ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE* stream)``` 函数传入值：ptr：存放写入记录的缓冲区 size：写入的记录大小 nmemb：写入的记录数 stream：要写入的文件流 函数返回值：成功：返回实际写入的记录数目 失败：EOF 四.Linux中的进程包含三个段 （1）“数据段”：存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间，根据存放的数据，数据段又可以分成普通数据段（包括可读可写/只读数据段，存放静态初始化的全局变量或常量）、BSS数据段（存放未初始化的全局变量）以及堆（存放动态分配的数据） （2）“代码段”：存放的是程序代码的数据。 （3）“堆栈段”：存放的是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量等。 五.Linux下的进程管理 （1）启动进程 Linux下启动一个进程有两种进程：手工启动和调度启动。手工启动是由用户输入命令直接启动进程，而调度启动是指系统根据用户的设置自行启动进程 （2）调度进程 调度进程包括对进程的中断操作、改变优先级、查看进程状态等，在Linux下可以使用相关的系统命令实现其操作。 ①Linux中进程调度常见命令 ps：查看系统中的进程 top：动态显示系统中的进程 nice：按用户指定的优先级运行 renice：改变正在运行进程的优先级 kill：向进程发送信号（包括后台进程） crontab：用于安装、删除或者列出用于驱动cron后台进程的任务 bg：将挂起的进程放到后台执行 ##课堂学习延伸 一.进程的定义： 进程是具有独立功能的程序在某个数据集上的执行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。这里，程序指一组操作序列，而数据集则是接受程序规定操作的一组存储单元的内容。 二.进程的特征： ① 动态性：它由创建而产生，由调度而执行，由撤消而消亡。 ② 独立性：进程是CPU调度的一个独立单位。 ③ 并发性：任何进程都可以同其它进程一起向前推进。 ④ 异步性：每个进程都与其相对独立的不可预知的速度向前推进。  ⑤ 结构特征：进程的组成：程序+数据+PCB 。 三.进程和程序的区别 ① 进程是程序的执行，动态性。 ② 进程是程序的一次执行过程，生命周期。 ③ 进程是有结构的，PCB。 ④ 进程与程序并非一一对应，一个进程可以涉及到一个成几个程序的执行；反之，同一程序可以对应一个成多个进程，即同一程序段可以在不同数据集合上运行，可构成不同的进程。  四.进程的三种基本状态 （1）执行态（Running）。进程已获得处理机，其程序正在执行，单处理机中只有一个进程在执行，多处理机则有多个进程处于执行状态。

（2）就绪态（Ready）。当进程已分配到除处理机以外所有必要的资源时，它将处于准备执行状态，一旦获CPU，便立即执行。在一个系统中，可以有多个进程同时处于就绪状态。按时间片的大小，可构成多个就绪队列。

（3）阻塞态（Blocked）。一个进程正等待输入输出或等待某一事件发生而暂时停止执行，即使把处理机分配给该进程也无法执行。称此刻进程所处的状态为阻塞状态（等待状态）。引起进程阻塞的事件有多种，例如，请求I/O，申请缓冲区，等待某个信号或消息，系统中同时处于阻塞状态的进程可以有多个，根据阻塞的原因（比如，阻塞到哪个资源信号量上），可分成多个阻塞队列。

五.引起创建进程的事件：
1.用户登录：
为终端用户建立一进程
2.作业调度：（不是进程调度）
为被调度的作业建立进程
3.提供服务：
如要打印时建立打印进程
4.应用请求：
由应用程序建立多个进程
六.进程创建的方式
① 由系统模块统一创建。例如，在批处理系统中，由操作系统的作业调度程序为用户创建，相应的进程以完成用户作业的要求功能。
② 由父进程创建。例如，在层次结构的系统中，父进程创建子进程以完成并行工作。子进程还可以创建新的子进程，从而整个系统可以形成一个树型结构的家族。
七.进程创建原语
其步骤如下：
① 从系统的PCB表中找出一个空闲的PCB，并指定唯一的标识符PID。
② 为新进程分配资源，包括必要的内存空间、存放程序和数据的工作区等。
③ 根据调用者提供的参数，将新进程PCB初始化。这些参数包括新的进程名、进程优先级、进程状态等。
④ 将新进程加到就绪队列中。
八.进程创建图示

课后作业总结

一.fork（）函数
1.fork（）函数说明
fork（）函数用于从已存在的进程中创建一个新进程，新进程称为子进程，而原进程称为父进程。
使用fork（）函数得到的子进程是父进程的一个复制品，从父进程处继承了整个进程的地址空间，而子进程所独有的只有它的进程号、资源使用和计时器等,使用fork（）函数，执行速度不是很快。
2.fork（）函数语法
①所需头文件

#include<sys/types.h> // 提供类型 pid_t的定义
#include<unistd.h>

②函数原型

pid_t fork(void)

③函数返回值
0：子进程
子进程ID（大于0的整数）：父进程
-1：出错
3.函数使用注意点
fork（）函数使用一次就创建一个进程，所以若把fork（）函数放在了if else判断语句中则要小心，不能多次使用fork（）函数

二.exec（）函数
1.exec函数族说明
exec函数族就提供了一个在进程中启动另一个程序执行的方法。它可以根据指定的文件名或目录名找到可执行文件，并用它来取代原调用进程的数据段、代码段和堆栈段，在执行完之后,原调用进程的内容除了进程号外，其他全部被新的进程替换了。
2.exec函数族语法
①所需头文件

#include<unistd.h>

②函数原型

int  execl（const  char *path, const char *arg,...）
int  execv（const  char *path, char *const argv[]）
int  execle（const char *path, const char *arg,..., char *const envp[]）
int  execve（const char *path, char *const argv[], char *const envp[]）
int  execlp（const  char *file, const char *arg,...）
int  execvp（const char *file, char *const argv[]）

③函数返回值
-1：出错
3.exec函数族使用注意点。
在使用exec函数族时，一定要加上错误判断语句。exec很容易执行失败，其中最常见的有
①找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT；
②数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT；
③没有对应可执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES；
三.exit（）和_exit（）函数
1.exit（）和_exit（）函数说明
exit（）和_exit（）函数都是用来终止进程的。当程序执行到exit（）或_exit（）时，进程会无条件地停止剩下的所有操作，清除包括PCB在内的各种数据结构，并终止本进程的运行。
_exit（）函数的作用是：直接使进程停止运行，清除其使用的内存空间，并清除其在内核中的各种数据结构：
exit（）函数则在这些基础上做了一些包装，在执行退出之前加了若干道工序。
2.exit（）和_exit（）区别
exit（）函数在调用exit系统之前要检查文件的打开情况，把文件缓冲区中的内容写回文件。
3.exit（）和_exit（）函数族语法
①所需头文件

exit：#include<stdib.h>
_exit：#include<unistd.h>

②函数原型

exit：void exit（int status）
_exit：void _exit（int status）

③函数传入值
status是一个整形的参数，可以利用这个参数传递进程结束时的状态。一般来说，0表示正常结束；其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束。
在实际编程时，可以用wait（）系统调用接受子进程的返回值，从而针对不同的情况进行不同的处理
四.wait（）和waitpid（）函数
1.wait（）和waitpid（）函数说明

wait（）函数是用于使父进程（也就是调用wait（）的进程）阻塞，直到一个子进程结束或者该进程接到了一个指定的信号为止。如果该父进程没有子进程或者他的子进程已经结束，则wait（）就会立即返回。
waitpid（）作用和wait（）一样，但它并不一定要等待第一个终止的子进程，它还有若干选项，如可提供一个非阻塞版本的wait（）功能，也能支持作业控制

2.wait（）函数族语法

①所需头文件

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

②函数原型

pid_t wait （int *status）

③函数传入值
这里的status是一个整形指针，是该子进程退出时的状态，status若不为空，则通过它可以获得子进程的结束状态。另外，子进程的结束状态可由Linux中一些特定的宏来测定

④函数返回值
成功：已结束运行的子进程的进程号
失败：-1

3.waitpid（）函数语法

①所需头文件

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

②函数原型

pid_t waitpid （pid_t  pid , int *status , int options）

③函数传入值

Pid :
pid>0：只等待进程ID等于pid的子进程，不管已经有其他子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束， waitpid（）就会一直等下去
pid=-1：等待任何一个子进程退出，此时和wait（）作用一样
pid=0：等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程
pid<-1：等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程

status：
这里的status是一个整形指针，是该子进程退出时的状态，status若不为空，则通过它可以获得子进程的结束状态。另外，子进程的结束状态可由Linux中一些特定的宏来测定

options：
WNOHANG：若由pid指定的子进程不立即可用，则waitpid（）不阻塞，此时返回值为0

WUNTRACED：若实现某支持作业控制，则由pid指定的任一子进程状态已暂停，且其状态自暂停以来还未报告过，则返回其状态

0：
同wait（），阻塞父进程，等待子进程退出

④函数返回值

正常：已经结束运行的子进程的进程号
使用选项WNOHANG且没有子进程退出：0
调用出错：-1

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	15	20/20
第一周	200/200	2/2	1/1	vi的使用
第二周	1000/1200	3/7	7/8	gcc,gdb,makefile
第三周	500/1700	1/8	4/12	U-Boot
第四周	1500/3200	1/9	6/18	Linux的内核
第五周	1200/4400	1/10	3/21	标准I/O的编程，linux下进程相关的基本系统调用

参考资料

• 《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》