Linux高级程序设计

目　录

第1章　Linux下C语言开发环境　1

1.1　Linux操作系统简介　2

1.1.1　Linux操作系统简介　2

1.1.2　GNU/Linux简介　3

1.1.3　相关术语介绍　3

1.2　Linux开发初步　5

1.2.1　Linux下C程序标准　5

1.2.2　库函数和系统调用　7

1.2.3　在线文档介绍　8

1.2.4　获取错误信息　9

1.3　部分常用工具简介　10

1.3.1　tar打包器　10

1.3.2　Linux常用命令及工具　11

1.4　Linux下编码风格　15

1.4.1　GNU编码规范　16

1.4.2　Linux内核编码规范　17

第2章　Linux下C语言开发工具　19

2.1　常用编辑工具　20

2.1.1　VIM编辑器　20

2.1.2　Emacs编辑器　22

2.1.3　Source Insight工具　23

2.2　GCC/GDB编译调试工具基础　27

2.2.1　GCC/G 简单介绍　28

2.2.2　GDB调试工具简介　30

2.2.3　使用GCC编译C程序示例　31

2.2.4　使用g 编译C 程序示例　32

2.2.5　GDB演示示例　33

第3章　Linux进程存储管理　35

3.1　Linux程序存储结构与进程结构　36

3.1.1　Linux可执行文件结构　36

3.1.2　Linux进程结构　37

3.1.3　C变量及函数存储类型　39

3.1.4　栈和堆的区别　44

3.1.5　示例：查看代码中各数据存储位置　45

3.1.6　常见内存错误示例分析　48

3.2　ANSI C动态内存管理　50

3.2.1　内存分配的基本方式　50

3.2.2　示例：为程序申请动态内存空间　50

3.2.3　内存数据管理函数　54

3.3　Valgrind及valkyrie内存管理工具　56

3.3.1　Valgrind介绍　57

3.3.2 Valgrind安装与使用　59

3.3.3　valgrind图形化工具Valkyrie　61

3.3.4　内存检测示例　62

3.4　Linux进程环境及系统限制　64

3.4.1　进程与命令行选项及参数　64

3.4.2　进程与环境变量　69

3.4.3　Linux系统限制　70

3.4.4　Linux时间管理　72

第4章　ANSI C文件IO管理　75

4.1　文件及文件流　77

4.1.1　文件与流的基本概念　77

4.1.2　标准流及流主要功能　78

4.1.3　文件流指针　79

4.1.4　缓冲区类型　81

4.1.5　指定流缓冲区　82

4.2　ANSI C文件I/O操作　85

4.2.1　打开关闭文件　85

4.2.2　读/写文件流　86

4.2.3　文件流定位　91

4.2.4　实现文件复制操作示例　92

4.3　流的格式化输入/输出操作　94

4.3.1　printf/scanf函数分析　94

4.3.2　fprintf/fscanf函数分析　95

4.3.3　sprintf函数分析　96

4.3.4　sscanf函数分析　97

第5章　POSIX文件及目录管理　99

5.1　文件描述符与内核文件表项　100

5.1.1　文件流与文件描述符的区别　100

5.1.2　文件表结构图　101

5.1.3　文件描述符与文件流的转换操作　101

5.2　POSIX标准下文件IO管理　103

5.2.1　创建/打开/关闭文件　104

5.2.2　文件控制fcntl　107

5.2.3　读/写文件内容　110

5.2.4　使用POSIX IO实现大于2G文件复制　111

5.2.5　文件定位　112

5.2.6　同步内核缓冲区　113

5.2.7　映射文件到内存　114

5.2.8　锁定/解锁文件　116

5.3　目录流基本操作　118

5.3.1　打开/关闭目录文件　118

5.3.2　读/写目录内容　119

5.3.3　定位目录位置　121

5.3.4　添加和删除目录　121

5.3.5　当前工作路径操作　122

5.3.6　文件流、目录流、文件描述符总结　123

5.4　应用案例：递归文件目录复制操作　123

5.4.1　应用需求及流程图　123

5.4.2　示例代码　125

第6章　普通文件、连接文件及目录文件属性管理　128

6.1　Linux文件系统管理　129

6.1.1　Linux下VFS虚拟文件系统　129

6.1.2　ext2文件系统结构　130

6.1.3　目录文件及常规文件存储方法　132

6.2　Linux系统下文件类型及属性　132

6.2.1　Linux文件类型及权限　132

6.2.2　Linux文件类型　133

6.2.3　文件权限修饰位　136

6.2.4　文件访问权限位　137

6.3　Linux文件属性管理　138

6.3.1　读取文件属性　138

6.3.2　修改文件权限操作　141

6.3.3　修改系统umask值　142

6.3.4　修改文件的拥有者及组　143

6.3.5　用户名/组名与UID/GID的转换　144

6.3.6　创建/删除硬连接　145

6.3.7　符号连接文件特殊操作　146

6.3.8　文件时间属性修改与时间处理　147

6.4　示例：ls l以排序方式列出目录信息　149

6.4.1　需求及知识点涵盖　149

6.4.2　流程及源代码实现　149

6.5　示例：实现tree系统命令　152

第7章　终端及串口编程　156

7.1　终端设备类型　157

7.1.1　实际的物理串口　157

7.1.2　控制台终端　158

7.1.3　虚拟终端　159

7.1.4　当前终端　159

7.2　终端属性控制　160

7.2.1　读取/设置终端属性信息　160

7.2.2　c_cflag终端控制选项　161

7.2.3　c_lflag终端本地选项　163

7.2.4　c_iflag终端输入选项　165

7.2.5　c_oflag终端输出选项　166

7.2.6　c_cc终端控制字符　166

7.2.7　IOCTLs控制终端　167

7.2.8　进程与终端　168

7.3　串口编程　169

7.3.1　串口物理设备　169

7.3.2　串口终端基本操作　170

7.3.3　串口编程示例　171

7.4　控制台终端应用基础　175

7.4.1　终端属性设置　175

7.4.2　控制命令基本格式　176

7.4.3　从控制台终端获取信息不回显　178

第8章　Linux进程管理与程序开发　180

8.1　进程环境及进程属性　181

8.1.1　程序、进程与进程资源　181

8.1.2　进程状态　182

8.1.3　进程基本属性　183

8.1.4　进程用户属性　187

8.2　进程管理及控制　190

8.2.1　创建进程　190

8.2.2　在进程中运行新代码　197

8.2.3　回收进程用户空间资源　201

8.2.4　回收内核空间资源　203

8.2.5　孤儿进程与僵死进程　205

8.2.6　修改进程用户相关信息　206

8.3　Linux特殊进程　210

8.3.1　守候进程及其创建过程　210

8.3.2　日志信息及其管理　211

8.3.3　守候进程应用示例　214

第9章　进程间通信——管道　216

9.1　进程间通信——PIPE　218

9.1.1　无名管道概念　218

9.1.2　无名管道文件操作的特殊性　218

9.1.3　文件描述符重定向　221

9.1.4　实现who|sort　225

9.1.5　流重定向　226

9.2　进程间通信——FIFO　228

9.2.1　有名管道概念　228

9.2.2　有名管道管理及其特殊性　228

9.2.3　管道基本特点总结　232

第10章　Linux异步信号处理机制　233

10.1　Linux常见信号与处理　234

10.1.1　信号与中断　234

10.1.2　信号基本概念　236

10.1.3　信号的生命周期　236

10.1.4　发送信号　237

10.2　安装信号与捕获信号　242

10.2.1　信号处理办法　242

10.2.2　signal安装信号　243

10.2.3　sigaction安装信号　244

10.2.4　signal的系统漏洞　248

10.3　安装信号与捕获信号　250

10.3.1　设置进程屏蔽信号集　250

10.3.2　获取当前未决的信号　251

10.3.3　信号集合操作　251

10.3.4　信号集合操作应用示例　252

10.4　等待信号　256

10.4.1　pause函数　256

10.4.2　sigsuspend函数　256

10.5　信号应用实例　258

第11章　System V进程间通信　261

11.1　System V IPC基础　263

11.1.1　key值和ID值　263

11.1.2　拥有者及权限　265

11.2　消息队列　265

11.2.1　消息队列IPC原理　265

11.2.2　Linux消息队列管理　267

11.2.3　消息队列应用实例　269

11.3　信号量通信机制　273

11.3.1　信号量IPC原理　273

11.3.2　Linux信号量管理操作　274

11.3.3　SEM_UNDO参数的应用　279

11.3.4　使用信号量实现生产消费问题　282

11.4　共享内存　285

11.4.1　共享内存IPC原理　285

11.4.2　Linux共享内存管理　286

11.4.3　共享内存的权限管理示例　287

11.4.4　共享内存处理应用示例　288

第12章　Linux多线程编程　293

12.1　线程基本概念与线程操作　294

12.1.1　线程与进程的对比　294

12.1.2　创建线程　295

12.1.3　线程退出与等待　297

12.1.4　取消线程　299

12.1.5　线程与私有数据　302

12.2　线程同步机制　305

12.2.1　互斥锁通信机制　305

12.2.2　条件变量通信机制　308

12.2.3　读写锁通信机制　314

12.3　多线程异步管理——信号　319

12.3.1　线程信号管理　319

12.3.2　线程信号应用实例　320

12.4　线程属性控制　322

12.4.1　获取线程ID　323

12.4.2　初始化线程属性对象　324

12.4.3　获取/设置线程detachstate属性　325

12.4.4　获取/设置线程栈相关属性　326

第13章　Linux Socket网络编程基础　328

13.1　网络通信基础　329

13.1.1　TCP/IP协议簇基础　329

13.1.2　IPv4协议基础　330

13.1.3　点分十进制IP地址与二进制IP地址转换　333

13.1.4　网络数据包封包与拆包过程　335

13.1.5　字节顺序与大小端问题　340

13.2　BSD Socket网络通信编程　344

13.2.1　BSD TCP通信编程流程　344

13.2.2　BSD Socket网络编程API　346

13.3　使用TCP实现简单聊天程序　351

13.3.1　服务器端代码分析　352

13.3.2　客户器端代码分析　354

13.4　网络调试工具　356

13.4.1　tcpdump的使用　356

13.4.2　netstat工具使用　359

13.4.3　lsof工具使用　360

第14章　TCP高级应用　362

14.1　文件I/O方式比较　363

14.2　I/O阻塞与非阻塞操作　364

14.2.1　阻塞与非阻塞基本概念　364

14.2.2　非阻塞应用示例　365

14.3　socket多路复用应用　368

14.3.1　select()与pselect函数介绍　368

14.3.2　poll与ppoll函数　370

14.3.3　多路复用应用示例　371

14.4　控制socket文件描述符属性　376

14.4.1　set/getsockopt()修改socket属性　376

14.4.2　fcntl控制socket　379

14.4.3　ioctl控制文件描述符　379

第15章　UDP网络编程应用　383

15.1　UDP网络编程基础　384

15.1.1　UDP网络通信流程　384

15.1.2　使用AF_INET实现UDP点对点通信示例　385

15.2　UDP广播通信　388

15.2.1　广播地址与广播通信　388

15.2.2　UDP广播通信示例　390

15.3　UDP组播通信　393

15.3.1　组播地址与组播通信　393

15.3.2　UDP组播应用示例　394

15.4　socket信号驱动　399

15.4.1　异步信号处理机制流程　399

15.4.2　信号驱动方式处理UDP数据　400

15.5　域名与IP信息解析　403

15.5.1　Linux下域名解析过程　403

15.5.2　通过域名返回主机信息　404

15.5.3　通过域名和IP返回主机信息　405

15.5.4　getaddrinfo获取主机信息　406

第16章　网络服务器应用设计　410

16.1　迭代服务器设计　411

16.1.1　xinetd服务介绍　411

16.1.2　时间服务器应用　412

16.2　多进程/多线程并发服务器设计　414

16.2.1　多进程实现多客户端　414

16.2.2　多线程实现多客户端　418

16.2.3　基于HTTP的多进程并发文件服务器　418

16.3　进程池/线程池服务器设计　428

16.3.1　进程池/线程池服务器模型　428

16.3.2　线程池文件服务器示例　431

第17章　本地通信与原始套接口　440

17.1　sock实现本地进程间通信　441

17.1.1　使用socket实现本地进程通信　441

17.1.2　使用AF_UNIX实现本机数据流　442

17.2　本地socket传递文件描述符　445

17.2.1　sendmsg/recvmsg函数　446

17.2.2　传递文件描述符示例　446

17.3　原始套应用程序开发　450

17.3.1　原始套接口基本原理　450

17.3.2　原始套接口实现ping应用程序　450

17.3.3　原始套实现DOS攻击　456

第18章　音频应用程序开发基础　459

18.1　WAV音频文件格式分析　460

18.1.1　数字音频基本参数　460

18.1.2　WAV音频文件结构　460

18.1.3　读出WAV格式文件头信息　463

18.4.4　MP3文件格式　464

18.2　OSS音频设备编程　467

18.2.1　OSS音频设备基本架构　467

18.2.2　OSS音频编程应用示例　469

18.3　ALSA音频设备编程　474

18.3.1　ALSA基本架构　474

18.3.2　alsa-libs基本应用　476

18.3.3　ALSA音频编程示例　481

全面介绍Linux编程实战的书籍作者总结多年教学及工程实践整合Linux程序设计知识点涵盖了Linux操作系统下C应用编程所有内容每一个知识点都用一个应用程序进行介绍《Linux高级程序设计(第三版)》围绕Linux操作系统“一切都是文件”的特点，讲述了Linux操作系统下应用层“一段执行单元(进程)对系统资源(CPU资源、各类文件资源)的管理”。详细介绍了Linux系统编程环境及编程工具(GCC/Makefile/GDB)、文件管理(文件属性控制、ANSI以及POSIX标准下文件读写操作、终端编程)、进程管理(创建、退出、执行、等待、属性控制)、进程间通信(管道、消息队列、共享内存)、进程间同步机制(信号量)、进程间异步机制(信号)、线程管理(创建、退出、取消等以及属性控制)、线程间同步(互斥锁、读写锁、条件变量)、线程与信号以及BSD socket编程中的TCP、UDP、原始套接口、网络服务器应用开发等内容，并对Linux系统下的音频应用程序开发做了讲解。　　《Linux高级程序设计(第三版)》内容丰富、紧扣应用，适合从事Linux下C应用编程的人员阅读，也适合从事嵌入式Linux开发的人员阅读。