Linux C 编程.doc

Linux C 编程 简述陈 锺一 GCC最基本的开发环境必须具备C语言的支持能力，C作为一种编译型的高级语言，这就是说运行C程序之前要将其先编译成可执行的由机器指令构成的执行程序，因此就需要使用一个编译器来对C源代码进行处理，Linux使用的是GNU的C编译器。GCC作为当前最流行的、支持平台数量最多的编译器，其性能和效率也非常之好。按照C语言的习惯，第一个程序通常为hello.c：$ cat hello.cmain() printf(“Hello, world!n”);简单的编译过程如下：$ cc hello.c$ ./a.outHello, world!Linux下缺省使用a.out作为生成的文件名，可以使用-o参数指出生成的执行文件名。事实上前面的编译生成执行文件的过程由两步组成，一是生成目标文件，通常使用.o为后缀，然后进行连接生成执行文件。因此，可以使用ar将多个目标文件组合成一个函数库文件，而可以使用nm来查看库文件的内容。$ cc -c f1.c$ cc -c f2.c$ ar c mlib.a f1.o f2.o$ nm mlib.aLinux使用的C语言编译器gcc是一种非常流行的，多平台、高效率的C语言编译器，它提供了多种选项用于生成应用软件。以下为常用的一些选项：-L定义连接库文件的目录-I 定义C源码的头文件的目录-o后面跟的参数为要生成的执行文件的名-O进行编译优化，可以指定使用不同的优化级别，从O2到O6，每个不同的级别使用的优化设置不同。相关的选项还有定义生成的指令码类型的参数，如-m486生成486指令，缺省的gcc版本（2.7.2）不支持Pentium代码。-g 加入调试代码，可以在完成后使用strip命令删除用于调试的信息-c仅仅进行编译而不进行连接，生成目标文件-fPic生成相对地址的代码，可用于最后生成动态连接库-static强制生成静态连接的程序-aout生成a.out格式的执行文件、目标代码等，缺省使用ELF格式-elf3.0之后为缺省设置，生成ELF格式的目标和执行代码可以通过命令行参数查看当前使用的GNU C编译器的版本：$ cc -versionGcc version Linux当前使用GNU的C编译器有时候不是gcc编译器的最新版本，因为有时候最新版本的软件不可避免的有些小问题。当然，使用者完全可以自己手工升级到最新版本的gcc，这可是一个有趣的联系。二GDB调试器(比如象GDB)能让你观察另一个程序在执行时的内部活动，或程序出错时 发生了什么。 GDB主要能为你做四件事(包括为了完成这些事而附加的功能)，帮助你找出程序 中的错误。 * 运行你的程序，设置所有的能影响程序运行的东西。 * 保证你的程序在指定的条件下停止。 * 当你程序停止时，让你检查发生了什么。 * 改变你的程序。那样你可以试着修正某个bug引起的问题，然后继续查找另一 个bug. 你可以用GDB来调试C和C+写的程序。(参考 *C 和C+) 现在拿一个操作系统的进程调度原码来说明把。 首先这个程序叫os.c是一个模拟进程调度的原程序。 先说明一下如何取得包括原代码符号的可执行代码。大家有心的话可以去看一下gcc的 man文件(在shell下打man gcc)。gcc -g -o -g 的意思是生成带原代码调试符号的可执行文件。 -o 的意思是指定可执行文件名。 (gcc 的命令行参数有一大堆，有兴趣可以自己去看看。) 反正在linux下把os.c用以上方法编译连接以后就产生了可供gdb使用的可执行文件。 我用gcc -g os.c -o os，产生的可执行文档叫os. 然后打gdb os,就可进入gdb，屏幕提示： GDB is free software and you are welcome to distribute copies of it under certain conditions; type show copying to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB; type show warranty for details. GDB 4.16, Copyright 1995 Free Software Foundation, Inc. (gdb) (gdb)是提示符，在这提示符下可以输入命令，直到退出。(退出命令是q/Q) 为了尽量和原文档说明的命令相符，即使在本例子中没用的命令我也将演示。 首先我们可以设置gdb的屏幕大小。键入： (gdb)set width 70 就是把标准屏幕设为70列。 然后让我们来设置断点。设置方法很简单:break或简单打b后面加行号或函数名 比如我们可以在main 函数上设断点： (gdb)break main 或(gdb)b main 系统提示：Breakpoint 1 at 0x8049552: file os.c, line 455. 然后我们可以运行这个程序，当程序运行到main函数时程序就会停止返回到gdb的 提示符下。运行的命令是run或r(gdb中有不少alias,可以看一下help,在gdb下打help) run 后面可以跟参数，就是为程序指定命令行参数。 比如r abcd，则程序就会abcd以作为参数。(这里要说明的是可以用set args来指定参 数)。打入r或run后，程序就开始运行直到进入main的入口停止，显示： Starting program: /os Breakpoint 1, main () at os.c:455 455 Initial(); 这里455 Initial();是将要执行的命令或函数。 gdb提供两种方式：1.单步进入,step into就是跟踪到函数内啦。命令是step或s 2.单步，next，就是简单的单步，不会进入函数。命令是next或n 这两个命令还有别的用法以后再说。 我们用n命令，键入: (gdb)n Success forking process# 1 ,pid is 31474 Success forking process# 2 ,pid is 31475 Success forking process# 3 ,pid is 31476 Success forking process# 4 ,pid is 31477 Success forking process# 5 ,pid is 31478 Success forking process# 6 ,pid is 31479 Dispatching Algorithm : FIFO * PCB# PID Priority PC State 1 31474 24 0 WAITING 2 31475 19 0 WAITING 3 31476 16 0 WAITING 4 31477 23 0 WAITING 5 31478 22 0 WAITING 6 31479 20 0 WAITING * CPU : NO process running IO : No process Waiting CPU! 31474 31475 31476 31477 31478 31479 Waiting IO NONE 456 State=WAITING; 最后的一行就是下一句要执行的命令。我们现在在另一个函数上加断点。注意我们 可以用l/list命令来显示原代码。这里我们键入 (gdb)l 451 main() 452 453 int message; 454 455 Initial(); 456 State=WAITING; 457 printf(Use Control-C to halt n); 458 signal(SIGALRM,AlarmMessage); 459 signal(SIGINT,InteruptMessage); 460 signal(SIGUSR2,IoMessage); (gdb) l 461 alarm(TimeSlot); 462 for(;) 463 464 message=GetMessage(); 465 switch(message) 466 467 case INTERRUPT : printf(Use Control-C t; 468 break; 469 case CHILD_IO: WaitingIo(); 470 break; 显示了原代码，现在在AlarmMessage上加断点。 (gdb) b AlarmMessage Breakpoint 2 at 0x8048ee3: file os.c, line 259. (gdb) 然后我们继续运行程序。 (gdb)c c或continue命令让我们继续被中断的程序。 显示： Continuing. Use Control-C to halt Breakpoint 2, AlarmMessage () at os.c:259 259 ClearSignal(); 注意我们下一句语句就是ClearSignal(); 我们用s/step跟踪进入这个函数看看它是干什么的。 (gdb) s ClearSignal () at os.c:227 227 signal(SIGINT,SIG_IGN); 用l命令列出原代码： (gdb) l 222 223 224 225 void ClearSignal() /* Clear other signals */ 226 227 signal(SIGINT,SIG_IGN); 228 signal(SIGALRM,SIG_IGN); 229 signal(SIGUSR2,SIG_IGN); 230 231 (gdb) 我们可以用s命令继续跟踪。现在让我们来试试bt或backtrace命令。这个命令可以 显示栈中的内容。 (gdb) bt #0 ClearSignal () at os.c:227 #1 0x8048ee8 in AlarmMessage () at os.c:259 #2 0xbffffaec in ? () #3 0x80486ae in _crt_dummy_ () (gdb) 大家一定能看懂显示的意思。栈顶是AlarmMessage，接下来的函数没有名字-就是 没有原代码符号。这显示了函数调用的嵌套。 好了，我们跟踪了半天还没有检查过变量的值呢。检查表达式的值的命令是p或print 格式是p 444444让我们来找一个变量来看看。：-) (gdb)l 1 还记得l的作用吗？l或list显示原代码符号，l或list加就显示从开始的 原代码。好了找到一个让我们来看看WaitingQueue的内容 (gdb) p WaitingQueue $1 = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 0 (gdb) WaitingQueue是一个数组，gdb还支持结构的显示， (gdb) p Pcb $2 = Pid = 0, State = 0, Prior = 0, pc = 0, Pid = 31474, State = 2, Prior = 24, pc = 0, Pid = 31475, State = 2, Prior = 19, pc = 0, Pid = 31476, State = 2, Prior = 16, pc = 0, Pid = 31477, State = 2, Prior = 23, pc = 0, Pid = 31478, State = 2, Prior = 22, pc = 0, Pid = 31479, State = 2, Prior = 20, pc = 0 (gdb) 这里可以对照原程序看看。 原文档里是一个调试过程，不过我想这里我已经把gdb的常用功能介绍了一遍，基本上 可以用来调试程序了。以上，将GDB的常用功能基本介绍完毕。大家可以自己写一个程序然后使用GDB调试一下，另外，程序中重要点输出相关信息，也是我们调试的重要手段，尤其是对于嵌入式Linux编程来说。三 共享内存共享内存可以说是最有用的进程间通信方式，也是最快的IPC形式。两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然。由于多个进程共享同一块内存区域，必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可以。采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高，因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。对于像管道和消息队列等通信方式，则需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝，而共享内存则只拷贝两次数据1：一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件。mmap与System机制对比mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write（）等操作。实际上，mmap()系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的。它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式，进程可以像读写内存一样对普通文件的操作。而Posix或系统V的共享内存IPC则纯粹用于共享目的，当然mmap()实现共享内存也是其主要应用之一。System V共享内存机制，进程间需要共享的数据被放在一个叫做IPC共享内存区域的地方，所有需要访问该共享区域的进程都要把该共享区域映射到本进程的地址空间中去。System V共享内存通过shmget获得或创建一个IPC共享内存区域，并返回相应的标识符。内核在保证shmget获得或创建一个共享内存区，初始化该共享内存区相应的shmid_kernel结构注同时，还将在特殊文件系统shm中，创建并打开一个同名文件，并在内存中建立起该文件的相应dentry及inode结构，新打开的文件不属于任何一个进程（任何进程都可以访问该共享内存区）。所有这一切都是系统调用shmget完成的。每一个共享内存区都有一个控制结构struct shmid_kernel，shmid_kernel是共享内存区域中非常重要的一个数据结构，它是存储管理和文件系统结合起来的桥梁。对比System V与mmap()映射普通文件实现共享内存通信，可以得出如下结论：1、 System V共享内存中的数据，从来不写入到实际磁盘文件中去；而通过mmap()映射普通文件实现的共享内存通信可以指定何时将数据写入磁盘文件中。注：前面讲到，系统V共享内存机制实际是通过映射特殊文件系统shm中的文件实现的，文件系统shm的安装点在交换分区上，系统重新引导后，所有的内容都丢失。2、 System V共享内存是随内核持续的，即使所有访问共享内存的进程都已经正常终止，共享内存区仍然存在（除非显式删除共享内存），在内核重新引导之前，对该共享内存区域的任何改写操作都将一直保留。3、 通过调用mmap()映射普通文件进行进程间通信时，一定要注意考虑进程何时终止对通信的影响。而通过系统V共享内存实现通信的进程则不然。目前，我们使用System V机制。需要包含的头文件： ， 创建空享内存Int shmget(key_t key,int size,int shmflag); 返回-1失败Key为要创建的共享内存的关键字，size为要创建的共享内存的字节数，Shmflag 为创建标志，它可以是以下数值集合：IPC_CREAT:如果对象不存在，则创建之，否则进行打开操作。IPC_EXCL:和IPC_CREATE一起使用（用“|”连接），如果对象不存在则创建之，否则产生一个错误，返回-1。此标志还可以有存取权限控制符，|0660表示加入存取控制符。映射共享内存Int shmat（int shmid，char * shmaddr,int shmflag）;返回-1失败Shmid为shmget函数返回的值Shmaddr指定共享内存映射的地址。因为这样十分不便，所以我们一般将这个参数置为0，由系统自动映射。Shmflag如果是SHM_RND将强迫将内存大小设置为页面大小；如果是SHM_REDONLY则为只读。我们一般也将此函数设为0。此函数返回映射内存的指针。断开映射当一个进程不需要某个共享内存映射时，应使用shmdt函数断开映射。Int shmdt（char * shmaddr）;返回-1失败Shmaddr是shmat的返回值。控制共享内存Int shmctl（int shmid，int cmd，struct shmid_ds *buf）;返回-1失败Shmid为shmget返回函数。Cmd为IPC_STAT返回共享内存信息，IPC_SET设定共享内存信息，IPC_RMID删除共享内存（buf=0）。当删除操作时，系统并不是立即将其删除，而是将其标示为“待删”，等待与其连接的进程都断开连接（shmdt）后，系统就执行删除操作。使用ipcs命令管理共享内存ipcs -m 显示共享内存ipcrm -m 删除指定id的共享内存ipcrm -M 删除指定key的共享内存四 信号量信号量被用于保护代码的临界区或数据结构。 请注意每次对临界数据的访问， 例如访问一个目录的 VFS i节点， 是由核心代码代表用户进程进行的。 允许一个进程能够改变另一个进程的也在使用的临界数据结构是非常危险的。 一种办法是使用 buzz 锁来防止冲突， 但是这种最简单的方法性能很差。 Linux 系统中使用信号量来做保护： 只有得到信号量保护的资源的那个进程能够访问临界区， 而其它等待资源的进程被暂停。 假设信号量的初始值是1， 第一个来访的进程看到数值1， 并把它减1 变为0。 这个进程就拥有了被信号量锁保护的资源。 当进程不再需要使用资源之后， 就把信号量的计数加1。 最理想的情况就是没有其它的进程竞争这个资源。 Linux 对信号量的实现在这种最常见的情况下效率很高。需要包含的头文件： ， 创建信号量Int semget(key_t key,int nsems,int semflag); 返回-1失败Key为要创建的信号量的关键字，nsems为要创建的信号量个数，我们一般只创建1个信号量（即nsems=1），Semflag 为创建标志，它可以是以下数值集合：IPC_CREAT:如果对象不存在，则创建之，否则进行打开操作。IPC_EXCL:和IPC_CREATE一起使用（用“|”连接），如果对象不存在则创建之，否则产生一个错误，返回-1。此标志还可以有存取权限控制符，|0660表示加入存取控制符。改变信号量状态Int semop（int semid，struct sembuf * sops,unsigned nsops）;返回-1失败Semid为semget函数返回的值，为要操作的信号量idSops是sembuf结构的数组，它定义了所要完成的操作序列。Nsops为sops的个数。等待信号量 直到信号量可用 ok=1struct sembuf sem_get=0,-1,0;semop(semid,&sem_get,1)释放信号量 ok=1struct sembuf sem_release=0,1,0;semop(semid,&sem_release,1)控制信号量Int semctl（int semid，int semnum，int cmd ，union semun arg）;返回-1失败Semid为semget返回函数，为要操作的信号量id。Semnum为信号量序号（第一个=0）Cmd为 IPC_STAT返回信号量对象的semid_ds信息IPC_SET设定信号量信息IPC_RMID删除信号量（buf=0）。GETVAL返回信号量计数值SETVAL设置信号量计数值给信号量赋初值union semun semopts;semopts.val=val;semctl(semid,0,SETVAL,semopts)得到信号量状态，一般我们在释放信号量时先判断信号量计数值是否0，0则不必释放。Int i=semctl(semid,0,GETVAL,0)千万要保证信号量等待/释放成对出现使用ipcs命令管理共享内存ipcs -s 显示共享内存ipcrm -s 删除指定id的信号量ipcrm -S 删除指定id的信号量五 共享内存与信号量的结合共享内存使用非常简便，只要取得映射的指针就可以直接存取，因此效率极高。但是如果两个进程同时对共享内存进行读写的时候，会影响程序的正确性。为了避免这个问题，在使用中常常将共享内存和信号量结合使用，利用信号量的保护机制来防止内存的不正确共享。简单流程为等待信号量 直到信号量可用 对共享内存进行操作释放信号量 基于对性能的考虑，务必使对共享内存进行的操作精简，避免不必要的操作。对于共享内存、信号量的速度测试，请参见关于共享内存的速度测试一文。六 共享库的建立和调用大家都知道，在WINDOWS系统中有很多的动态链接库(以.DLL为后缀的文件，DLL即Dynamic Link Library)。这种动态链接库，和静态函数库不同，它里面的函数并不是执行程序本身的一部分，而是根据执行程序需要按需装入，同时其执行代码可在多个执行程序间共享，节省了空间，提高了效率，具备很高的灵活性，得到越来越多程序员和用户的青睐。那么，在LINUX系统中有无这样的函数库呢？答案是肯定的，LINUX的动态链接库不仅有，而且为数不少。在/lib目录下，就有许多以.so作后缀的文件，这就是LINUX系统应用的动态链接库，只不过与WINDOWS叫法不同，它叫so，即Shared Object，共享对象。(在LINUX下，静态函数库是以.a作后缀的) X-WINDOW作为LINUX下的标准图形窗口界面，它本身就采用了很多的动态链接库(在/usr/X11R6/lib目录下)，以方便程序间的共享，节省占用空间。著名的APACHE网页服务器，也采用了动态链接库，以便扩充程序功能。你只需将PHP动态链接库拷到其共享目录，修改一下配置，APACHE就可以支持PHP网页了。如果你愿意，可以自己编写动态链接库，让APACHE支持你自己定义的网页格式。这就是动态链接的好处。1、 LINUX下动态链接库的创建在LINUX系统下，创建动态链接库是件再简单不过的事情。只要在编译函数库源程序时加上-shared选项即可，这样所生成的执行程序即为动态链接库。从某种意义上来说，动态链接库也是一种执行程序。按一般规则，程序名应带.so后缀。下面举个例子说说。我准备编写两个函数，一个用于查询当前日期getdate，一个用于查询当前时间gettime，并将这两个函数存于动态链接库my.so中。为此，需要做以下几项工作。1.1 编写用户接口文件datetime.h：#ifndef _DATETIME_H#define _DATETIME_H/* 日期结构 */typedef structint year;int mon;int day;DATETYPE;/* 时间结构 */typedef structchar hour;char min;char sec;TIMETYPE;/* 函数原型说明 */#ifdef SHAREDint (*getdate)(DATETYPE *d);#elseint getdate(DATETYPE *d);#endif#ifdef SHAREDint (*gettime)(TIMETYPE *t);#elseint gettime(TIMETYPE *t);#endif#endif这个用户接口文件中，先定义了日期与时间结构，接着定义一下函数的原型。动态函数与静态函数的原型说明不同的是，动态函数应使用(*函数名)的形式，以便引用其指针。若要引用文件中的动态函数说明，用户应该定义一下SHARED宏，这样才能使用。1.2 编写getdate.c，源程序如下#include time.h#include datetime.hint getdate(DATETYPE *d)long ti;struct tm *tm;time(&ti);tm=localtime(&ti);d-year=tm-tm_year+1900;d-mon=tm-tm_mon+1;d-day=tm-tm_mday;在getdate函数中，先调用time取得以秒计的系统时间，再用localtime函数转换一下时间结构，最后调整得到正确的日期。1.3 编写gettime.c，源程序如下：#include time.h#include datetime.hint gettime(TIMETYPE *t)long ti;struct tm *tm;time(&ti);tm=localtime(&ti);t-hour=tm-tm_hour;t-min=tm-tm_min;t-sec=tm-tm_sec;gettime函数与getdate函数相仿，先用time函数取得以秒计的系统时间，再用localtime函数转换一下时间结构，最后返回当前的时间(不需调整)。1.4 编译my.Sogcc -c getdatetime.c -fpic getdatetime.cgcc -fpic -o my.so getdatetime.o -shared2、LINUX下动态链接库的使用2.1 重要的dlfcn.h头文件LINUX下使用动态链接库，源程序需要包含dlfcn.h头文件，此文件定义了调用动态链接库的函数的原型。下面详细说明一下这些函数。2.1.1 dlerror 原型为: const char *dlerror(void);当动态链接库操作函数执行失败时，dlerror可以返回出错信息，返回值为NULL时表示操作函数执行成功。2.1.2 dlopen 原型为: void *dlopen (const char *filename, int flag);dlopen用于打开指定名字(filename)的动态链接库，并返回操作句柄。filename: 如果名字不以/开头，则非绝对路径名，将按下列先后顺序查找该文件。(1) 用户环境变量中的LD_LIBRARY值；(2) 动态链接缓冲文件/etc/ld.so.cache(3) 目录/lib，/usr/libflag表示在什么时候解决未定义的符号(调用)。取值有两个:1) RTLD_LAZY : 表明在动态链接库的函数代码执行时解决。2) RTLD_NOW : 表明在dlopen返回前就解决所有未定义的符号，一旦未解决，dlopen将返回错误。dlopen调用失败时，将返回NULL值，否则返回的是操作句柄。2.1.3 dlsym : 取函数执行地址原型为: void *dlsym(void *handle, char *symbol);dlsym根据动态链接库操作句柄(handle)与符号(symbol)，返回符号对应的函数的执行代码地址。由此地址，可以带参数执行相应的函数。如程序代码: void (*add)(int x,int y); /* 说明一下要调用的动态函数add */add=dlsym(xxx.so,add); /* 打开xxx.so共享库,取add函数地址 */add(89,369); /* 带两个参数89和369调用add函数 */2.1.4 dlclose : 关闭动态链接库原型为: int dlclose (void *handle);dlclose用于关闭指定句柄的动态链接库，只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。2.2 在程序中使用动态链接库函数2.2.1 程序范例下面的程序装载了动态链接库my.so，并用getdate,gettime取得当前日期与时间后输出。#include stdio.h /* 包含标准输入输出文件 */#include dlfcn.h /* 包含动态链接功能接口文件 */#define SOFILE ./datetime.so /* 指定动态链接库名称 */#define SHARED /* 定义宏,确认共享,以便引用动态函数 */#include datetime.h /* 包含用户接口文件 */main()DATETYPE d;TIMETYPE t;void *dp;char *error;puts(the example using shared lib);dp=dlopen(SOFILE,RTLD_LAZY); /* 打开动态链接库 */if (dp=NULL) /* 若打开失败则退出 */fputs(dlerror(),stderr);exit(1);getdate=dlsym(dp,getdate); /* 定位取日期函数 */error=dlerror(); /* 检测错误 */if (error) /* 若出错则退出 */fputs(error,stderr);exit(1);getdate(&d); /* 调用此共享函数 */printf(nowdate: %04d-%02d-%02dn,d.year,d.mon,d.day);gettime=dlsym(dp,gettime); /* 定位取时间函数 */error=dlerror(); /* 检测错误 */if (error) /* 若出错则退出 */fputs(error,stderr);exit(1);gettime(&t); /* 调用此共享函数 */printf(nowtime: %02d:%02d:%02dn,t.hour,t.min,t.sec);dlclose(dp); /* 关闭共享库 */exit(0); /* 成功返回 */ Gcc后面加上-ldl七 守护进程守护进程（Daemon）是运行在后台的一种特殊进程。它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。守护进程是一种很有用的进程。Linux的大多数服务器就是用守护进程实现的。比如，Internet服务器inetd，Web服务器httpd等。同时，守护进程完成许多系统任务。比如，作业规划进程crond，打印进程lpd等。守护进程的编程本身并不复杂，复杂的是各种版本的Unix的实现机制不尽相同，造成不同Unix环境下守护进程的编程规则并不一致。这需要读者注意，照搬某些书上的规则（特别是BSD4.3和低版本的System V）到Linux会出现错误的。下面将全面介绍Linux下守护进程的编程要点并给出详细实例。一 守护进程及其特性守护进程最重要的特性是后台运行。在这一点上DOS下的常驻内存程序TSR与之相似。其次，守护进程必须与其运行前的环境隔离开来。这些环境包括未关闭的文件描述符，控制终端，会话和进程组，工作目录以及文件创建掩模等。这些环境通常是守护进程从执行它的父进程（特别是shell）中继承下来的。最后，守护进程的启动方式有其特殊之处。它可以在Linux系统启动时从启动脚本/etc/rc.d中启动，可以由作业规划进程crond启动，还可以由用户终端（通常是shell）执行。总之，除开这些特殊性以外，守护进程与普通进程基本上没有什么区别。因此，编写守护进程实际上是把一个普通进程按照上述的守护进程的特性改造成为守护进程。如果读者对进程有比较深入的认识就更容易理解和编程了。二 守护进程的编程要点前面讲过，不同Unix环境下守护进程的编程规则并不一致。所幸的是守护进程的编程原则其实都一样，区别在于具体的实现细节不同。这个原则就是要满足守护进程的特性。同时，Linux是基于Syetem V的SVR4并遵循Posix标准，实现起来与BSD4相比更方便。编程要点如下；1. 在后台运行。为避免挂起控制终端将Daemon放入后台执行。方法是在进程中调用fork使父进程终止，让Daemon在子进程中后台执行。if(pid=fork()exit(0);/是父进程，结束父进程，子进程继续2. 脱离控制终端，登录会话和进程组有必要先介绍一下Linux中的进程与控制终端，登录会话和进程组之间的关系：进程属于一个进程组，进程组号（GID）就是进程组长的进程号（PID）。登录会话可以包含多个进程组。这些进程组共享一个控制终端。这个控制终端通常是创建进程的登录终端。控制终端，登录会话和进程组通常是从父进程继承下来的。我们的目的就是要摆脱它们，使之不受它们的影响。方法是在第1点的基础上，调用setsid()使进程成为会话组长：setsid();说明：当进程是会话组长时setsid()调用失败。但第一点已经保证进程不是会话组长。setsid()调用成功后，进程成为新的会话组长和新的进程组长，并与原来的登录会话和进程组脱离。由于会话过程对控制终端的独占性，进程同时与控制终端脱离。3. 禁止进程重新打开控制终端现在，进程已经成为无终端的会话组长。但它可以重新申请打开一个控制终端。可以通过使进程不再成为会话组长来禁止进程重新打开控制终端：if(pid=fork()exit(0);/结束第一子进程，第二子进程继续（第二子进程不再是会话组长）4. 关闭打开的文件描述符进程从创建它的父进程那里继承了打开的文件描述符。如不关闭，将会浪费系统资源，造成进程所在的文件系统无法卸下以及引起无法预料的错误。按如下方法关闭它们：for(i=0;i 关闭打开的文件描述符close(i);5. 改变当前工作目录进程活动时，其工作目录所在的文件系统不能卸下。一般需要将工作目录改变到根目录。对于需要转储核心，写运行日志的进程将工作目录改变到特定目录如/tmpchdir(/)6. 重设文件创建掩模进程从创建它的父进程那里继承了文件创建掩模。它可能修改守护进程所创建的文件的存取位。为防止这一点，将文件创建掩模清除：umask(0);7. 处理SIGCHLD信号处理SIGCHLD信号并不是必须的。但对于某些进程，特别是服务器进程往往在请求到来时生成子进程处理请求。如果父进程不等待子进程结束，子进程将成为僵尸进程（zombie）从而占用系统资源。如果父进程等待子进程结束，将增加父进程的负担，影响服务器进程的并发性能。在Linux下可以简单地将SIGCHLD信号的操作设为SIG_IGN。signal(SIGCHLD,SIG_IGN);这样，内核在子进程结束时不会产生僵尸进程。这一点与BSD4不同，BSD4下必须显式等待子进程结束才能释放僵尸进程。三 守护进程实例守护进程实例包括两部分：主程序test.c和初始化程序init.c。主程序每隔一分钟向/tmp目录中的日志test.log报告运行状态。初始化程序中的init_daemon函数负责生成守护进程。读者可以利用init_daemon函数生成自己的守护进程。1 init.c清单#include #include #include #include include void init_daemon(void)int pid;int i;if(pid=fork()exit(0);/是父进程，结束父进程else if(pid 0)exit(1);/fork失败，退出/是第一子进程，后台继续执行setsid();/第一子进程成为新的会话组长和进程组长/并与控制终端分离if(pid=fork()exit(0);/是第一子进程，结束第一子进程else if(pid 0)exit(1);/fork失败，退出/是第二子进程，继续/第二子进程不再是会话组长for(i=0;i NOFILE;+i)/关闭打开的文件描述符close(i);chdir(/tmp);/改变工作目录到/tmpumask(0);/重设文件创建掩模return;2 test.c清单#include #include void init_daemon(void);/守护进程初始化函数main()FILE *fp;time_t t;init_daemon();/初始化为Daemonwhile(1)/每隔一分钟向test.log报告运行状态sleep(60);/睡眠一分钟if(fp=fopen(test.log,a) =0)t=time(0);fprintf(fp,Im here at %sn,asctime(localtime(&t) );fclose(fp);以上程序在RedHat Linux下编译通过。步骤如下：编译：gcc g o test init.c test.c执行：./test查看进程：ps ef从输出可以发现test守护进程的各种特性满足上面的要求。八 串口通讯串行口是计算机一种常用的接口，具有连接线少，通讯简单，得到广泛的使用。常用的串口是RS-232-C接口(又称EIA RS-232-C)它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。传输距离在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺。在windows中，我们知道串口编号为com1,com2comX。而在linux中，串口的编号为tyyS0,tyyS1tyySX。串口操作需要的头文件#include /*标准输入输出定义*/#include /*标准函数库定义*/#include /*Unix 标准函数定义*/#include #include #include /