The TCP network programming based on Linux

基于LinuxTCP网络编程

.LinuxTCP编程框架

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TCP网络编程的流程包含服务器和客户端两种模式。服务器模式创建一个服务程序,等待客户端用户的连接,接收到用户的连接请求后,根据用户的请求进行处理;客户端模式则根据目的服务器的地址和端口进行连接,向服务器发送请求并对服务器的响应进行数据处理。

1.服务器端程序包括

Ø  Ø  建立套接字( socket()

Ø  Ø  套接字与端口的绑定(bind())

Ø  Ø  设置服务器的侦听连接(listen()

Ø  Ø  接收客户端连接(accept()

Ø  Ø  接收和发送数据(send(),recv()

Ø  Ø  关闭套接字(close())

2.说明

1>套接字初始化过程中,根据用户对套接字的需求来确定套接字的选项。按照用户定义的网络类型,协议类型和具体的协议标号等参数来定以socket()函数。系统根据用户的需求生成一个套接字文件描述符供用户使用。

2>套接字与端口的绑定过程中,将套接字与一个地址结构进行绑定。绑定之后,套接字所代表IP地址和端口地址及协议类型等参数按照绑定值进行操作。

3>由于一个服务器需要满足多个客户端的连接请求,而服务器在某个时间仅能处理有限个数的客户端连接请求,所以服务器需要设置服务器端排队队列的长度。

4>在客户端发送连接请求之后,服务器需要接收客户端的连接,然后才能进行其他的处理。

5>在服务器接收客户端请求之后,可以从套接字文件描述符中读取数据或者向文件描述符发送数据。接收数据后服务器按照定义的规则对数据进行处理,并将结果发送给客户端。

6>当服务器处理完数据,要结束与客户端的通信过程的时候,需要关闭套接字连接

2.客户端程序包括

Ø  Ø  建立套接字(socket())

Ø  Ø  连接服务器(connect())

Ø  Ø  读写网络数据(send(),recv())

Ø  Ø  关闭套接字(close())

3.服务器端和客户端程序的区别

客户端程序和服务器端程序不同之处是客户端在建立套接字之后可以不进行地址绑定,而是直接连接服务器端。

服务器端有listen()accept()两个函数,而客户端不需要这两个函数。

.基于LinuxTCP套接字函数

1. socket

1> 函数原型:

int socket(int domain,int type,int protocol)

2> 函数功能:

函数socket()用于创建一个套接字描述符。

3> 形参:

Ø  domain:用于指定创建套接字所使用的协议族,在头文件

<linux/socket.h>中定义。有时候程序中会使用PF_INET,在头文件中AF_INETPF_INET的数值是一致的。

常见的协议族如下:

AF_UNIX:创建只在本机内进行通信的套接字。

AF_INET:使用IPv4TCP/IP协议

AF_INET6:使用IPv6 TCP/IP协议

说明:

AF_UNIX只能用于单一的UNIX系统进程间通信,而AF_INET是针对Interne的,因而可以允许在远程主机之间通信。一般把它赋为AF_INET

Ø  type:指明套接子通信的类型,对应的参数如下

SOCK_STREAM:创建TCP流套接字

SOCK_DGRAM:创建UDP数据报套接字

SOCK_RAW:创建原始套接字

Ø  protocol:指定某个协议的特定类型

参数protocol通常设置为0,表示通过参数domain指定的协议族和参数type指定的套接字类型来确定使用的协议。当为原始套接字时,系统无法唯一的确定协议,此时就需要使用使用该参数指定所使用的协议。

4> 返回值:执行成功后返回一个新创建的套接字;若有错误发生则返回一个-1,错误代码存入errno中。

5> 举例:调用socket函数创建一个UDP套接字

int sock_fd;

sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

if(sock_fd< 0){

       perror(“socket”);

       exit(1);

}

2. bind

1> 函数原型:

int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr,socklen_t addrlen)

2> 函数功能

函数bind()的作用是将一个套接字文件描述符与地址和端口绑定。

3> 形参:

Ø  sockfd:sockfd是调用socket函数返回的文件描述符;

Ø  addrlensockaddr结构的长度。

Ø  my_addr: 是一个指向sockaddr结构的指针,它保存着本地套接字的地址(即端口和IP地址)信息。不过由于系统兼容性的问题,一般不使用这个结构,而使用另外一个结构(structsockaddr_in)来代替

4> 套接字地址结构:

(1)struct sockaddr:

结构struct  sockaddr定义了一种通用的套接字地址,它在

sys/socket.h 中定义。

struct sockaddr{

       unsigned short  sa_family;/*地址类型,AF_XXX*/

       char          sa_data[14];/*14字节的协议地址*/

}

a. sin_family:表示地址类型,对于使用TCP/IP协议进行的网络编程,该值只能是AF_INET.

b. sa_data:存储具体的协议地址。

(2)sockaddr_in

每种协议族都有自己的协议地址格式,TCP/IP协议组的地址格式为结构体struct sockaddr_in,它在netinet/in.h头文件中定义。

structsockaddr_in{

   unsigned short  sin_family;/*地址类型*/

   unsigned short  sin_port;/*端口号*/

   struct in_addr   sin_addr;/*IP地址*/

   unsigned char  sin_zero[8];/*填充字节,一般赋值为0*/

}

a. sin_family:表示地址类型,对于使用TCP/IP协议进行的网络编程,该值只能是AF_INET.

b. sin_port:是端口号

c. sin_addr:用来存储32位的IP地址。

d. 数组sin_zero为填充字段,一般赋值为0.

e. struct in_addr的定义如下:

structin_addr{

                     unsigned long s_addr;

}

结构体sockaddr的长度为16字节,结构体sockaddr_in的长度为16字节。可以将参数my_addrsin_addr设置为INADDR_ANY而不是某个确定的IP地址就可以绑定到任何网络接口。对于只有一IP地址的计算机,INADDR_ANY对应的就是它的IP地址;对于多宿主主机(拥有多个网卡)INADDR_ANY表示本服务器程序将处理来自所有网络接口上相应端口的连接请求

5> 返回值:

函数成功后返回0,当有错误发生时则返回-1,错误代码存入errno中。

6>举例:调用socket函数创建一个UDP套接字

struct sockaddr_in addr_serv,addr_client;/*本地的地址信息*/

memset(&serv_addr,0,sizeof(structsockaddr_in));

addr_serv.sin_family= AF_INET;/*协议族*/

addr_serv.sin_port= htons(SERV_PORT);/*本地端口号*/

addr_serv.sin_addr.s_addr= htonl(INADDR_ANY); /*任意本地地址*/
/*
套接字绑定
*/

if(bind(sock_fd,(structsockaddr *)&addr_serv),sizeof(struct sockaddr_in)) <0)

{

       perror(“bind”);

       exit(1);

}

3. 监听本地端口listen()

1>函数功能:函数listen()用来初始化服务器可连接队列,服务器处理客户端连接请求的时候是顺序处理的,同一时间仅能处理一个客户端连接。当多个客户端的连接请求同时到来的时候,服务器并不是同时处理,而是将不能处理的客户端连接请求放到等待队列中,这个队列的长度由listen()函数来定义。

2>函数原型:

#includ<sys/socket.h>

int listen(int sockfd,int backlog);

3>形参

Ø  sockfd: sockfd是调用socket函数返回的文件描述符

Ø  backlog:指定该连接队列的最大长度。如果连接队列已经达到最大,之后的连接请求被服务器拒绝。大多数系统的设置为20,可以将其设置修改为5或者10,根据系统可承受负载或者应用程序的需求来确定。

4>返回值:当listen()函数成功运行时,返回值为0;当运行失败时,它的返回值为-1,错误代码存入errno中。

5>.listen()函数的例子:

#define SERV_PORT 3000

int main(int argc,char *argv[])

{

int sock_fd;

struct sockaddr_in addr_serv,addr_client;/*本地的地址信息*/

sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

if(sock_fd< 0){

       perror(“socket”);

       exit(1);

}

memset(&serv_addr,0,sizeof(structsockaddr_in));

addr_serv.sin_family= AF_INET;/*协议族*/

addr_serv.sin_port= htons(SERV_PORT);/*本地端口号*/

addr_serv.sin_addr.s_addr= htonl(INADDR_ANY); /*任意本地地址*/
/*
套接字绑定
*/

if(bind(sock_fd,(structsockaddr *)&addr_serv),sizeof(struct sockaddr_in)) <0)

{

       perror(“bind”);

       exit(1);

}

//设置服务器侦听队列的长度

if(listen(sock_fd,5) <0){

       perror(“listen”);

       exit(1);

}

4. accept(接收一个网络请求)

1>函数功能:

当一个客户端的连接请求到达服务器主机侦听的端口时,此时客户端的连接会在队列中等待,知道使用服务器处理接收请求。

函数accept()成功执行后,会返回一个新的套接口文件描述符来表示客户端的连接,客户端连接的信息可以通过这个新描述符来获得。因此当服务器成功处理客户端的请求连接后,会有两个文件描述符,老的文件描述符表示客户端的连接,函数send()recv()通过新的文件描述符进行数据收发。

2>函数原型:

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

int accept(int sock_fd,struct sockaddr*addr,socklen_t *addrlen);

3>形参

Ø  sock_fd:是由函数socket创建,经函数bind绑定到本地某一端口上,然后通过函数listen转化而来的监听套接字。

Ø  addr:用来保存发起连接请求的主机的地址和端口。

Ø  addrlenaddr 所指向的结构体的大小。

4>返回值:accept()函数的返回值是新连接的客户端套接字文件描述符,与客户端之间的通信是通过accept()返回的新套接字文件描述符来进行的,而不是通过建立套接字时的文件描述符。如果accept()函数发生错误,accept()会返回-1,通过errno可以得到错误值。

5>如果参数sock_fd所指定的套接字被设置为阻塞方式(Linux下的默认方式),且连接请求队列为空,则accept()将被阻塞直到有连接请求到此为止;如果参数s所指定的套接字被设置为非阻塞方式,如果队列为空,accept将立即返回-1errno被设置为EAGAIN.

6>实例:

int client_fd;

int client_len;

struct sockaddr_in  client_addr;

client_len = sizeof(struct sockaddr_in);

client_fd = accept(sock_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,&client_len);

if(conn_fd< 0){

       perror(“accept”);

exit(1);

}

5. connect(连接目标网络服务器)

1>函数功能:

客户端在建立套接字之后,不需要进行地址绑定,就可以直接连接服务器。连接服务器的函数为connect(),此函数连接指定参数的服务器,例如IP地址,端口号。

如果是TCP编程,则connect()函数用于服务器发出连接请求,服务器的IP地址和端口号由 参数serv_addr指定。

如果是UDP编程,则connect函数并不建立真正的连接,它只是告诉内核与该套接字进行通信的目的地址(由第二个参数指定),只有该目的地址发来的数据才会被该socket接收。调用connect函数的好处是不必在每次发送和接收数据时都指定目的地址。

2>函数原型:

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

int connect(int sock_fd,struct sockaddr  *serv_addr,socklen_taddrlen);

3>形参:

Ø  sock_fd:建立套接字时返回的套接字文件描述符,调用socket()返回的。

Ø  serv_addr:是一个指向数据结构sockaddr的指针,其中包括客户端需要连接的服务器的目的IP地址和端口号。

Ø  addrlen:表示了第二了参数的大小,可以使用sizeof(struct sockaddr)

4>执行成功后返回0,有错误发生则返回-1,错误代码存入errno中。

5>实例:

int sock_fd;

struct sockaddr_in serv_addr;
if(-1 == (sock_fd == socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))){

              printf(“Error: Unable to createsocket(%i)…\n”,errno);

              perror(“sockets”);

              exit(1);

}

memset(&serv_addr,0,sizeof(structsockaddr_in));

serv_addr.sin_family= AF_INET;

serv_addr.sin_port= htons(DEST_PORT);

serv_addr.sin_addr.s_addr= inet(DEST_IP_ADDRESS);

if(-1== connect(sock_fd,(struct sockaddr *)&serv_add,sizeof(struct sockaddr))){

       printf(“Error:unable to the establishconnection to socket(%i)…\n”,errno);

       perror(“socks”);

       close(sock_fd);

       exit(1);

}

6. send(发送数据)

1>函数功能:函数send用来在TCP套接字上发送数据,send只能对处于连接状态的套接字使用。

2>函数原型

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

ssize_t send(int conn_fd,const void *msg,size_t len, int flags);

3>函数形参:

Ø  conn_fd:为已建立好连接的套接字描述符,即调用accept()函数后返回的套接字描述符。

Ø  msg:存放发送数据的缓冲区。

Ø  len:发送缓冲区的长度

Ø  flags:为控制选项,一般设置为0,或取以下值:

²  MSG_OOB:在指定的套接字上发送带外数据(out-of-band data,该类型的套接字必须支持带外数据(如:SOCK_STREAM.

²  MSG_DONTROUTE:通过最直接的路径发送数据,而忽略下层协议的路由设置。

4>返回值:

执行成功返回实际发送数据的字节数,出错则返回-1,错误代码存入errno中。

执行成功只是说明数据写入套接字的缓冲区中,并不表示数据已经成功地通过网络发送到目的地。

5>实例:

#define  BUFFERSIZE  1500

char  send_buf[BUFFERSIZE];

……

if(send(conn_fd,send_buf,len,0)< 0){

       perror(“send”);

exit(1);

}

7. recv(接收数据)

1>函数功能:recv()用来TCP套接字上接收数据。函数recv从指定的套接字描述符上接收数据并保存到指定buf中。

2>函数原型

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

ssize_t recv(int conn_fd,void *buf,size_t len,int flags);

3>函数形参:

Ø  conn_fd: 为已建立好连接的套接字描述符,即调用accept()函数后返回的套接字描述符

Ø  buf:接收缓冲区

Ø  len:接收缓冲区的大小

Ø  flags:为控制选项,一般设置为0或取以下数值

²  MSG_OOB:请求接收带外数据

²  MSG_PEEK:只查看数据而不读出

²  MSG_WAITALL:只在接收缓冲区满时才返回。

4>函数返回值

函数执行成功返回接收到的数据字节数,出错返回-1,错误代码存入errno中。

5>实例:

#define  BUFFERSIZE  1500

char recv_buf[BUFFERSIZE];

……

if(recv(conn_fd,recv_buf,sizeof(recv_buf),0)< 0){

       perror(“recv”);

exit(1);

}

8. close

1>函数原型:

int  close(int fd);

2>函数功能:

函数close用来关闭一个套接字描述符。

3>函数形参:

Ø  参数fd为一个套接字描述符。

4>返回值:

执行成功返回0,出错则返回-1.错误代码存入errno中。

说明:close()函数的头文件是#include<unistd.h>.

.基于LinuxTCP套接字编程实例

1.实例程序分为服务器端和客户端,客户端把Hello tigerjibo发送给服务器端;服务器端接收到字符串后,发送接收到的总字符串个数给客户端;

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2.服务器端程序:

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clip_image004

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<string.h>
  4 #include<errno.h>
  5
  6
  7 #include<sys/types.h>
  8 #include<sys/socket.h>
  9 #include<unistd.h>//close()
10 #include<netinet/in.h>//struct sockaddr_in
11 #include<arpa/inet.h>//inet_ntoa
12 #define  QUEUE_LINE  12
13 #define  SOURCE_PORT 8000
14
15 #define  SOURCE_IP_ADDRESS “192.168.1.6”
16
17 void process_info(int s)
18 {
19         int recv_num;
20         int send_num;
21         char recv_buf[50];
22         char send_buf[50];
23         while(1){
24                 printf(“begin recv:\n”);
25                 recv_num = recv(s,recv_buf,sizeof(recv_buf),0);
26                 if(recv_num <0){
27                         perror(“recv”);
28                         exit(1);
29                 } else {
30                         recv_buf[recv_num] = ‘\0’;
31                         printf(“recv sucessful:%s\n”,recv_buf);
32                 }
33                 sprintf(send_buf,”recv %d numbers bytes\n”,recv_num);
34                 printf(“begin send\n”);
35                 send_num = send(s,send_buf,sizeof(send_buf),0);
36                 if (send_num < 0){
37                         perror(“sned”);
38                         exit(1);
39                 } else {

40                         printf(“send sucess\n”);
41                 }
42         }
43 }
44 int main()
45 {
46         int sock_fd,conn_fd;
47         int client_len;
48         pid_t pid;
49         struct sockaddr_in addr_serv,addr_client;
50         sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
51         if(sock_fd < 0){
52                 perror(“socket”);
53                 exit(1);
54         } else {
55                 printf(“sock sucessful\n”);
56         }
57         //
初始化服务器端地址

58         memset(&addr_serv,0,sizeof(addr_serv));
59         addr_serv.sin_family = AF_INET;
60         addr_serv.sin_port = htons(SOURCE_PORT);
61         addr_serv.sin_addr.s_addr =inet_addr(SOURCE_IP_ADDRESS);
62         client_len = sizeof(struct sockaddr_in);
63         if(bind(sock_fd,(struct sockaddr *)&addr_serv,sizeof(struct sockaddr_in))<0){
64                 perror(“bind”);
65                 exit(1);
66         } else {
67                 printf(“bind sucess\n”);
68         }
69         if (listen(sock_fd,QUEUE_LINE) < 0){
70                 perror(“listen”);
71                 exit(1);
72         } else {
73                 printf(“listen sucessful\n”);
74         }
75         while(1){
76                  printf(“begin accept:\n”);
77                  conn_fd = accept(sock_fd,(struct sockaddr *)&addr_client,&client_len);

78                  if(conn_fd < 0){
79                         perror(“accept”);
80                         exit(1);
81                  }
82                  printf(“accept a new client,ip:%s\n”,inet_ntoa(addr_client.sin_addr));
83                  pid = fork();
84                  if(0 == pid){         //
子进程
85                         close(sock_fd);//
在子进程中关闭服务器的侦听
86                         process_info(conn_fd);//
处理信息
87                  } else {
88                         close(conn_fd);//
在父进程中关闭客户端的连接

89                  }
90         }
91
92 }

3.客户端程序:

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  1 #include<stdio.h>
  2 #include<string.h>
  3 #include<stdlib.h>
  4 #include<errno.h>
  5
  6 #include<sys/types.h>
  7 #include<sys/socket.h>
  8 #include<unistd.h>//close()
  9 #include<netinet/in.h>//struct sockaddr_in
10 #include<arpa/inet.h>//inet_ntoa
11
12 #define DEST_PORT 8000
13 #define DEST_IP_ADDRESS “192.168.1.6”
14
15 /*
客户端的处理过程
*/
16 void process_info(int s)
17 {
18         int send_num;
19         int recv_num;
20         char send_buf[]=”tigerjibo”;
21         char recv_buf[50];
22         while(1){
23                 printf(“begin send\n”);
24                 send_num = send(s,send_buf,sizeof(send_buf),0);
25                 if (send_num < 0){
26                         perror(“send”);
27                         exit(1);
28                 } else {
29                         printf(“send sucess:%s\n”,send_buf);
30                 }
31                 printf(“begin recv:\n”);
32                 recv_num = recv(s,recv_buf,sizeof(recv_buf),0);
33                 if(recv_num < 0){
34                         perror(“recv”);
35                         exit(1);
36                 } else {
37                         recv_buf[recv_num]=’\0′;
38                         printf(“recv sucess:%s\n”,recv_buf);
39                 }

40         }
41 }
42 int main(int argc,char *argv[])
43 {
44         int sock_fd;
45         struct sockaddr_in addr_serv;//
服务器端地址

46
47         sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
48         if(sock_fd < 0){
49                 perror(“sock”);
50                 exit(1);
51         } else {
52                 printf(“sock sucessful:\n”);
53         }
54         memset(&addr_serv,0,sizeof(addr_serv));
55         addr_serv.sin_family = AF_INET;
56         addr_serv.sin_port =  htons(DEST_PORT);
57         addr_serv.sin_addr.s_addr = inet_addr(DEST_IP_ADDRESS);
58        if( connect(sock_fd,(struct sockaddr *)&addr_serv,sizeof(struct sockaddr)) < 0){
59                 perror(“connect”);
60                 printf(“connect (%d)\n”,errno);
61                 exit(1);
62        } else {
63                 printf(“connect sucessful\n”);
64        }
65         process_info(sock_fd);
66         close(sock_fd);
67 }

 

linux system programming–memory management

Linux系统编程内存管理

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对于一个进程而言,内存是最基本也是最重要的资源。

      内存管理包括存储器分配allocation,内存操控manipulation,和内存释放release

      像所有的现代操作系统一样,Linux将它的物理内存虚拟化,进程并不能直接在物理内存上寻址,而是由linux内核为每个进程维护一个特殊的虚拟地址空间virtual address space,这个地址空间是线性的,从零到最大值。

页面调度算法

目前有许多页面调度算法,本实验主要涉及先进先出调度算法、最近最少调度算法、最近最不常用调度算法。本实验使用页面调度算法时作如下假设,进程在创建时由操作系统为之分配一个固定数目物理页,执行过程中物理页的数目和位置不会改变。也即进程进行页面调度时只能在分到的几个物理页中进行。

下面对各调度算法的思想作一介绍。

<1> 先进先出调度算法

先进先出调度算法根据页面进入内存的时间先后选择淘汰页面,先进入内存的页面先淘汰,后进入内存的后淘汰。本算法实现时需要将页面按进入内存的时间先后组成一个队列,每次调度队首页面予以淘汰。

<2>最近最少调度算法

先进先出调度算法没有考虑页面的使用情况,大多数情况下性能不佳。根据程序执行的局部性特点,程序一旦访问了某些代码和数据,则在一段时间内会经常访问他们,因此最近最少用调度在选择淘汰页面时会考虑页面最近的使用,总是选择在最近一段时间以来最少使用的页面予以淘汰。算法实现时需要为每个页面设置数据结构记录页面自上次访问以来所经历的时间。

<3>最近最不常用调度算法

由于程序设计中经常使用循环结构,根据程序执行的局部性特点,可以设想在一段时间内经常被访问的代码和数据在将来也会经常被访问,显然这样的页面不应该被淘汰。最近最不常用调度算法总是根据一段时间内页面的访问次数来选择淘汰页面,每次淘汰访问次数最少的页面。算法实现时需要为每个页面设置计数器,记录访问次数。计数器由硬件或操作系统自动定时清零。

缺页调度次数和缺页中断率、缺页置换率计算

缺页中断次数是缺页时发出缺页中断的次数。

缺页中断率=缺页中断次数/总的页面引用次数*100%

缺页调度次数是调入新页时需要进行页面调度的次数

缺页置换率=缺页调度次数/总的页面引用次数*100%

动态内存分配(Dynamic Memory Allocation)就是指在程序执行的过程中动态地分配或者回收存储空间的分配内存的方法。动态内存分配不象数组等静态内存分配方法那样需要预先分配存储空间,而是由系统根据程序的需要即时分配,且分配的大小就是程序要求的大小。

system programming and API and ABI

系统编程、API及ABI

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系统编程

Linux系统编程中有三大基石:系统调用、C库和C编译器

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系统调用

       系统编程始于系统调用,系统调用syscalls是为了从操作系统获得服务或者资源而从用户空间向内核发起的函数调用。比如我们比较熟悉的readwrite函数。

       操作系统的主要功能是为应用程序的运行创建良好的环境,为了达到这个目的,内核提供一系列具备预定功能的多内核函数,通过一组称为系统调用(system call)的接口呈现给用户。系统调用把应用程序的请求传给内核,调用相应的的内核函数完成所需的处理,将处理结果返回给应用程序,如果没有系统调用和内核函数,用户将不能编写大型应用程序。

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C

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ClibcUnix应用程序的核心。就算你使用别的语言,c库也常常扮演着非常重要的角色,它常被高级的库封装,提供核心服务或者方便的系统调用。

glibclinux系统中最底层的api,几乎其它任何运行库都会依赖于glibcglibc除了封装linux操作系统所提供的系统服务外,它本身也提供了许多其它一些必要功能服务的实现。由于 glibc 囊括了几乎所有的 UNIX 通行的标准,可以想见其内容包罗万有。而就像其他的 UNIX 系统一样,其内含的档案群分散于系统的树状目录结构中,像一个支架一般撑起整个作业系统。在 GNU/Linux 系统中,其C函式库发展史点出了GNU/Linux 演进的几个重要里程碑,用 glibc 作为系统的C函式库,是GNU/Linux演进的一个重要里程碑。

C编译器

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       Linux中,标准的C编辑器是GNU编辑器工具集gcc

       GCCGNU Compiler CollectionGNU编译器集合)是一套由GNU工程开发的支持多种编程语言的编译器。GCC是自由软件发展过程中的著名例子,由自由软件基金会以GPL协议发布。GCC是大多数类Unix操作系统(如LinuxBSDMac OS X等)的标准的编译器,GCC同样适用于微软的WindowsGCC支持多种计算机体系芯片,如x86ARM,并已移植到其他多种硬件平台。GCC原名为GNU C编译器(GNU C Compiler),因为它原本只能处理C语言。GCC很快地扩展,并支持处理C++。后来又扩展能够支持更多编程语言,如FortranPascalObjective-CJavaAdaGo等。

API以及ABI

在系统级别上,影响可移植性的因素主要包括两个互相独立的定义和描述集合,一个是应用程序接口API,另一个是应用程序二进制接口ABI。两个都定义和描述了软件不同模块间的接口。

API

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APIApplication Programming Interface,应用程序编程接口)是一些预先定义的函数,目的是提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力,而又无需访问源码,或理解内部工作机制的细节。

ABI

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应用程序二进制接口(application binary interfaceABI 描述了应用程序和操作系统之间,一个应用和它的库之间,或者应用的组成部分之间的低接口 ABI不同于API API定义了源代码和库之间的接口,因此同样的代码可以在支持这个API的任何系统中编译 ,然而ABI允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行。 ABI掩盖了各种细节,例如:调用约定控制着函数的参数如何传送以及如何接受返回值;系统调用的编码和一个应用如何向操作系统进行系统调用;以及在一个完整的操作系统ABI中,对象文件的二进制格式、程序库等等。一个完整的ABI,像 Intel二进制兼容标准 (iBCS) ,允许支持它的操作系统上的程序不经修改在其他支持此ABI的操作体统上运行。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

details of printk

详解printk

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比较简单的一个内核程序:


#include
<linux/init.h>
#include
<linux/module.h>

MODULE_LICENSE("Dual
BSD/GPL"
);

#define KERN_LEVEL_NO
"<0>"

static int
hello_init(void)
{

printk(KERN_LEVEL_NO "Hello ,
world\n"
);

return
0;
}

static void
hello_exit(void)
{

printk(KERN_LEVEL_NO "Goodbye , curl
world\n"
);
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

关于printk

函数printk的使用方法和printf相似,用于内核打印消息。printk根据日志级别(loglevel)对消息进行分类。

日志级别用宏定义,日志级别宏展开为一个字符串,在编译时由预处理器将它和消息文本拼接成一个字符串,因此printk 函数中日志级别宏和格式字符串间不能有逗号。

 

比如下面是两个printk的例子,一个用于打印调试信息,另一个用于打印临界条件信息。


printk(KERN_DEBUG "Here
I am: %s:%i\n"
, _ _FILE_ _, _ _LINE_ _);
printk(KERN_CRIT "I'm
trashed; giving up on %p\n"
, ptr);

 

       我们可以查看kern_level.h文件(/usr/src/kernels/`uname -r`/include/linux,


#ifndef
__KERN_LEVELS_H__
#define
__KERN_LEVELS_H__

#define KERN_SOH
"\001"
/* ASCII Start Of Header */
#define KERN_SOH_ASCII '\001'

#define KERN_EMERG KERN_SOH
"0" /* system is
unusable */
#define KERN_ALERT KERN_SOH
"1" /* action must be
taken immediately */
#define KERN_CRIT KERN_SOH
"2" /* critical
conditions */
#define KERN_ERR
KERN_SOH "3" /*
error conditions */
#define KERN_WARNING KERN_SOH "4" /* warning conditions
*/
#define KERN_NOTICE KERN_SOH "5" /* normal but significant
condition */
#define KERN_INFO KERN_SOH
"6" /* informational
*/
#define KERN_DEBUG KERN_SOH
"7" /* debug-level
messages */

#define KERN_DEFAULT KERN_SOH "d" /* the default kernel
loglevel */

/*
*
Annotation for a "continued" line of log printout (only done after
a
* line
that had no enclosing \n). Only to be used by core/arch
code
*
during early bootup (a continued line is not SMP-safe
otherwise).
*/
#define KERN_CONT
""

#endif

 

内核可把消息打印到当前控制台上,可以指定控制台为字符模式的终端或打印机等。默认情况下,控制台就是当前的虚拟终端。

为了更好地控制不同级别的信息显示在控制台上,内核设置了控制台的日志级别console_loglevelprintk日志级别的作用是打印一定级别的消息,与之类似,控制台只显示一定级别的消息。

当日志级别小于console_loglevel时,消息才能显示出来。控制台相应的日志级别定义如下:

如果系统运行了klogdsyslogd,则无论console_loglevel为何值,内核消息都将追加到/var/log/messages中。如果klogd没有运行,消息不会传递到用户空间,只能查看/proc/kmsg。其中syslogd负责记录系统运作中,kernel或应用程式产生的各种讯息。这些讯息被写入到系统的纪录档中,让管理人员,进行故障排除、追踪尝试非法入侵的使用者、进行使用者的分析等等。而kernel产生的讯息交由klogd处理,klogd再交由syslogd处理。

所以如果需要看到相关信息,我们需要安装yum install klogsyslog

Fedora使用的syslogd叫做rsyslogd,配置文件为/etc/rsyslog.conf,在该文件中指定了syslog记录日志的信息来源、信息类型以及保存位置。

klogd所记录的信息会比syslogd 的顺序优先,原因是klogd所记录的是尚未进入操作系统的信息,但其实一开始的这些信息并不是由klogd所记录的,而是自加载kernel 时,就已经开始记录的。在系统尚未进入操作系统阶段,还在加载kernel及执行initrd时,会将信息先记录在/proc/kmsg文件中(因为在initrd阶段没有实体硬盘可供记录),等进入操作系统执行完klogd后,klogd再将/proc/kmsg的所有内容全数填入/var/log/message文件中,这也是为何在/var/log/message文件的一开始,依然可以看到刚开机在加载kernel以及initrd阶段的信息。

       查看/proc/kmsg如下所示(每次操作模块时都有消息输出):

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PGDRAW — draw a line from the current pen position to a point

PGDRAW – 从当前点绘制到一个指定点的线条

对应的C函数为 void cpgdraw(float x, float y);
               从当前位置绘制一个到坐标(X,Y)的线条。越出视口的将被裁减掉。
参数:
 X      (输入)  :线条终点的x坐标
 Y      (输入)  :线条终点的y坐标
测试了一下,关于当前位置,需要绘图,比如这次我们画到了(1.0,2.0),下次要画到另一个点,那么当前位置就是我们上次画到的(1.0,2.0)。
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