课程设计报告-- Linux C 程序设计.doc

北京化工大学北方学院课程设计报告课程名称 系统软件实践 设计题目 Linux C 程序设计 专业、班级 软件1003班 学 号 100220071 姓 名 李超 指导教师 马睿 设计时间 2013年10月12日-2013年11月7日 2013年 10 月 27 日一、 引言（简要说明设计题目的目的、意义、内容、主要任务等）a) 目的i. 巩固和复习c语言的基础知识，进一步加深对c语言的理解和掌握ii. 课程设计提供了一个既动脑又动手，独立实践的机会，将课本上得理论知识和实际iii. 有机的结合起来，锻炼学生的分析解决实际问题的能力，提高学生适应实际，实践编程的能力；iv. 熟悉linux的基本操作，并且能够在linux环境下编写c语言程序、v. 培养在项目开发中团队合作精神，创新意识及能力b) 意义i. 综合应用c程序设计课程的理论基础和知识，掌握程序设计的一般方法，树立正确的设计思想，培养了分析问题和解决问题的能力ii. 学会了从实际的要求出发，合理的选择算法，正确的使用测试方法，培养了程序设计能力iii. 学会运用帮助和查阅有关技术资料的能力。c) 内容 程序一：有一个已经从小到大排列好的数组，先输入一个数，要求按照原来的规律将它插入到数组中。并用make工程管理器编译。（注意分割文件，可参考第一题的提示。）编写makefile文件。 程序二：设计两个程序，要求一个程序把三个人的姓名和帐号余额信息，通过一次流文件I/O操作写入文件“file”，另一个格式输出帐号信息，把每个人的帐号和余额一一对应显示输出。 程序三： 设计一个程序，要求复制进程，子进程显示自己的进程号(PID)后暂停一段时间，父进程等待子进程正常结束，打印显示等待的进程号(PID)和等待的进程退出状态。 程序四： 设计一个程序，要求创建一个管道，复制进程，父进程往管道中写入字符串，子进程从管道中读取并输出字符串 d) 主要任务程序一：要求按照原来的规律将它插入到数组中。并用make工程管理器编译。（注意分割文件，可参考第一题的提示。）编写makefile文件。程序二：要求设计两个程序，要求一个程序把三个人的姓名和帐号余额信息，通过一次流文件I/O操作写入文件“file”，另一个格式输出帐号信息，把每个人的帐号和余额一一对应显示输出。总结程序过程所用的相关知识（例如：语法，函数调用），分析解决程序运行过程出现的问题。写出程序代码的设计与运行结果。程序三：要求子进程显示自己的进程号，然后暂停一段时间，等正常结束后，父进程打印显示等待的进程号以及等待的进程的退出状态。总结程序过程所用的相关知识（例如：语法，函数调用），分析解决程序运行过程出现的问题。写出程序代码的设计与运行结果。程序四：此题目要求先创建一个管道，父进程往管道内写入一段字符串，子进程读取父进程写入的字符串并且输出。总结程序过程所用的相关知识（例如：语法，函数调用），分析解决程序运行过程出现的问题。写出程序代码的设计与运行结果。二、 正文（课程设计的主要内容，包括实验与观测方法和结果、仪器设备、计算方法、编程原理、数据处理、设计说明与依据、加工整理和图表、形成的论点和导出的结论等。正文内容必须实事求是、客观真切、准确完备、合乎逻辑、层次分明、语言流畅、结构严谨，符合各学科、专业的有关要求。）程序一: 程序描述：主程序调用其他程序的方法进行数组的插入。先定义一个排好序的数组，然后输入一个数排序。程序应用makefile文件进行了文件的分割。Makefile文件的作用：Makefile文件 Makefile 一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作，因为 makefile就像一个Shell脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。 源程序:4.c#include int main ()paixu();4_1.c#include void paixu ()int a8=1,23,34,38,56,67,89;int i,m;printf(原数组顺序:);for(m=0;m7;m+)printf(%d ,am);printf(n请输入一个数字);scanf(%d,&i);for(m=0;m8;m+)if(iam)int j;j=am;am=i;i=j;a7=i;printf(n得到数组:);for(m=0;m8;m+)printf(%d ,am);printf(n);Makefile文件main:4_1.o 4.ogcc 4_1.o 4.o -o aisDelta.o:4_1.cgcc 4_1.c -cmain.o:4.cgcc 4.c c运行结果：图1 排序程序二:程序描述：程序主要实现了文件流的操作，分别调用了fwrite和fread函数，两个函数的定义详细介绍如下：Fwrite函数和fread函数：直接输入输出操作是以记录为单位进行读写，相应的库函数如下： 表头文件：#include 定义函数：size_t fread (void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *fp);size_t fwrite (const void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *fp); fread 函数用于执行直接输出操作。 参数ptr是指向读取数据的缓冲区的指针。 参数size是读记录的大小。 参数nmemb是所读记录的个数。 参数fp是指向要读取的流的FILE结构指针。fwrite函数用于执行直接输入操作。 参数这ptr是指向存放要输入数据的缓冲区的指针。 参数size是写入记录的大小。 参数nmemb是所写记录的个数。 参数fp是指向要写入数据的流的FILE结构指针。调用函数fread和fwrite 的返回值是实际读取或写入的记录数目。 这个返回值应当同nmemb的预设值相同。只有当到达文件的末尾（只有在读取操作时有此情况）或出现读写错误时，会造成返回值比设定的nmemb值小，甚至是负值的情况。这时系统内的文件结束标志或文件错误标志会被置为相应的值。 源程序:2.c#include #define set_s(x,y,z) strcpy(,y);sx.pay=z;#define nmemb 3struct testchar name20;int pay;snmemb;int main()FILE *fp;set_s(0,赵普,1);set_s(1,赵国庆,0);set_s(2,吕玉彬,23);fp=fopen(yinhang,a+);fwrite(s,sizeof(struct test),nmemb,fp);fclose(fp);return 0;3.c#include #define nmemb 3struct testchar name20;int pay;snmemb;int main()FILE *fp;int i;fp=fopen(yinhang,r);fread(s,sizeof(struct test),nmemb,fp);fclose(fp);for(i=0;inmemb;i+)printf(账号%d:%-20s余额%d:%dn,i,,i,si.pay);return 0;运行结果：图2 读取程序三: 程序描叙：要创建一个进程，最基本的系统调用是fork。fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新进程，原来的进程称为父进程（Parent Process），新进程称为子进程（Child Process）。在Shell下输入命令可以运行一个程序，是因为Shell进程在读取用户输入的命令之后会调用fork复制出一个新的Shell进程，然后新的Shell进程调用exec执行新的程序#include #include pid_t fork(void);pid_t vfork(void)；调用fork时，系统将创建一个与当前进程相同的新的进程。它与原有的进程具有相同的数据、连接关系和在程序同一处执行的连续性。将原有的进程称为父进程，而把新生成的进程称为子进程。子进程是父进程的一个复制，子进程获得同父进程相同的数据，但是同父进程使用不同的数据段和堆栈段。流程图：源程序:#include #include #include #include int main ()pid_t pid,vpid;int status,i;pid=fork();if(pid=0)printf(zheshizijincheng jinchenghaoshi:%dn,getpid();sleep(5);exit(6);elseprintf(zheshifujincheng zhengzaidengdaizijincheng.n);vpid=wait(&status);i=WEXITSTATUS(status);printf(dengdaidejinchengde jinchenghaoshi:%d,jieshuzhutai:%dn,vpid,i);运行结果：图3 存款 程序四:程序描述：此程序主要实现了管道的创建，管道的读写操作。（1）管道的创建：表头文件：#include 定义函数：int pipe(int filedes2); 此函数用于创建一个管道。参数filedes是一个两元整型数组，用于存放调用该函数所创建管道的两个文件描述符。 filedes 0 存放管道读取端的文件描述符 ；filedes 1存放管道写入端的文件描述符。 调用成功时，返回值为0；调用失败时，返回值为-1。 （2）、管道的读写操作：read（由已打开的文件读取数据）表头文件：#include定义函数：ssize_t read(int fd,void * buf ,size_t count);函数说明：read()会把参数fd 所指的文件传送count个字节到buf指针所指的内存中。若参数count为0，则read()不会有作用并返回0。返回值为实际读取到的字节数，如果返回0，表示已到达文件尾或是无可读取的数据，此外文件读写位置会随读取到的字节移动。附加说明 ：如果顺利read()会返回实际读到的字节数，最好能将返回值与参数count 作比较，若返回的字节数比要求读取的字节数少，则有可能读到了文件尾、从管道(pipe)或终端机读取，或者是read()被信号中断了读取动作。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中，而文件读写位置则无法预期。错误代码：EINTR 此调用被信号所中断。EAGAIN 当使用不可阻断I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值。EBADF 参数fd 非有效的文件描述词，或该文件已关闭。write（将数据写入已打开的文件内）表头文件：#include定义函数：ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count);函数说明：write()会把参数buf所指的内存写入count个字节到参数fd所指的文件内。当然，文件读写位置也会随之移动。返回值 如果顺利write()会返回实际写入的字节数。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中。 错误代码：EINTR 此调用被信号所中断。EAGAIN 当使用不可阻断I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值。EADF 参数fd非有效的文件描述词，或该文件已关闭。程序源代码：Fuzhi.c:#include#include#includeint main(void) int n,fd2; pid_t pid; char line80; if(pipe(fd)0) printf(pipe errorn); exit(1);pid=fork();if(pid0) printf(子进程从管道读取%d个字符,读取的字符串是:%sn,n,line); close(fd0);else close(fd0);/关闭读取端 if(write(fd1,my name is 吕钰彬！,80)!=-1) printf(父进程向管道写入my name is 吕钰彬!n); close(fd1); waitpid(pid,NULL,0); exit(0);运行结果：图4父写子读三、 结论（应当准确、完整、明确精练；也可以在结论或讨论中提出建议、设想、尚待解决问题等。）Makefile 介绍make 命令执行时，需要一个Makefile 文件，以告诉make 命令需要怎么样的去编译和链接程序。信号是进程之间通信的一种方式。它包括3部分操作：1.设置信号处理函数。系统调用signal。内核调用sys_signal()，设置当前进程对某信号的处理函数。2.发送信号.系统调用kill。内核调用sys_kill()。向目标进程发送信号。3.接收并处理信号。目标进程调用do_signal()处理信号。从用户态的角度看，目标进程在执行用户态的代码时突然“中断”，转而去执行对应的信号处理函数（同样在用户态）。等到信号处理函数执行完后，又从原来被中断的代码开始执行。如何达到这样的效果呢？由前面的几种内核的伪装现场的手段，我们可以猜出它这次使用的手段。比如，要让目标进程执行信号处理函数，在内核态中当然不可能直接调用，但是可以通过设置pt_regs中的eip来达到这种效果。但是，要使目标进程在执行完信号处理函数后，又恢复到被中断的现场继续执行，那得花些技巧。不过，不外乎设置堆栈。这一次还包括了用户态堆栈。由于恢复的任务比较艰巨，系统干脆提供了一个系统调用sigreturn。既然内核希望用户在执行完信号处理函数后，调用sigreturn。接下去的思路就比较简单了。就是先把用户态的eip设置为signal_handler（通过修改pt_regs中的eip来实现），然后把堆栈中