Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

• Название: Основы программирования в Linux
• Автор: Нейл Мэтью
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9775-0289-4

В четвертом издании популярного руководства даны основы программирования в операционной системе Linux. Рассмотрены: использование библиотек C/C++ и стан­дартных средств разработки, организация системных вызовов, файловый ввод/вывод, взаимодействие процессов, программирование средствами командной оболочки, создание графических пользовательских интерфейсов с помощью инструментальных средств GTK+ или Qt, применение сокетов и др. Описана компиляция программ, их компоновка c библиотеками и работа с терминальным вводом/выводом. Даны приемы написания приложений в средах GNOME® и KDE®, хранения данных с использованием СУБД MySQL® и отладки программ. Книга хорошо структурирована, что делает обучение легким и быстрым.

Для начинающих Linux-программистов

---

==4780== 1,024 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1

==4780==    at 0x4023785: malloc (in /usr/lib/valgrind/x86-linux/vgpreload_memcheck.so)

==4780==    by 0x8048420: main (checker.c: 6)

==4780==

==4780== LEAK SUMMARY:

==4780==    definitely lost: 1,024 bytes in 1 blocks.

==4780==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.

==4780==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks.

==4780==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks.

--4780--  memcheck: sanity checks: 0 cheap, 1 expensive

--4780--  memcheck: auxmaps: 0 auxmap entries (0k, 0M) in use

--4780--  memcheck: auxmaps: 0 searches, 0 comparisons

--4780--  memcheck: SMs: n_issued = 9 (144k, 0M)

--4780--  memcheck: SMs: n_deissued = 0 (0k, 0M)

--4780--  memcheck: SMs: max_noaccess = 65535 (1048560k, 1023M)

--4780--  memcheck: SMs: max_undefined = 0 (0k, 0M)

--4780--  memcheck: SMs: max_defined = 19 (304k, 0M)

--4780--  memcheck: SMs: max_non_DSМ = 9 (144k, 0M)

--4780--  memcheck: max sec V bit nodes: 0 (0k, 0M)

--4780--  memcheck: set_sec_vbits8 calls: 0 (new: 0, updates: 0)

--4780--  memcheck: max shadow mem size: 448k, 0M

--4780-- translate: fast SP updates identified: 1,456 ( 90.3%)

--4780-- translate: generic_known SP updates identified: 79 ( 4.9%)

--4780-- translate: generic_unknown SP updates identified: 76 ( 4.7%)

--4780--     tt/tc: 3,341 tt lookups requiring 3,360 probes

--4780--     tt/tc: 3,341 fast-cache updates, 3 flushes

--4780--  transtab: new 1,553 (33,037 -> 538,097; ratio 162:10) [0 scs]

--4780--  transtab: dumped 0 (0 -> ??)

--4780--  transtab: discarded 6 (143 -> ??)

--4780-- scheduler: 21,623 jumps (bb entries).

--4780-- scheduler: 0/1,828 major/minor sched events.

--4780--    sanity: 1 cheap, 1 expensive checks.

--4780--    exectx: 30,011 lists, 6 contexts (avq 0 per list)

--4780--    exectx: 6 searches, 0 full compares (0 per 1000)

--4780--    exectx: 0 cmp2, 4 cmp4, 0 cmpAll $

Вы видите, что обнаружены некорректные считывания и записи, и интересующие нас блоки памяти приводятся с указанием места, которое для них отведено. Для прерывания выполнения программы в ошибочном месте можно применить отладчик.

У программы valgrind есть много опций, включая подавление ошибок определенного типа и обнаружение утечки памяти. Для выявления такой утечки в примере вы должны использовать одну из опций, передаваемых valgrind. Для контроля утечек памяти после завершения программы следует задать опцию --leak-check=yes. Список опций можно получить с помощью команды valgrind --help.

Как это работает

Программа выполняется под контролем средства valgrind, которое перехватывает действия, совершаемые программой, и выполняет множество проверок, включая обращения к памяти. Если обращение относится к выделенному блоку памяти и некорректно, valgrind выводит сообщение. В конце программы выполняется подпрограмма "сбора мусора", которая определяет, есть ли выделенные и неосвобожденные блоки памяти. Об этих потерянных блоках выводится сообщение.

Резюме

В этой главе обсуждались некоторые методы и средства отладки. Система Linux предоставляет ряд мощных инструментов для удаления ошибок из ваших программ. Вы устранили несколько ошибок в программе с помощью отладчика gdb и познакомились с некоторыми средствами статического анализа, такими как cflow и splint. В заключение были рассмотрены проблемы, возникающие при использовании динамически распределяемой памяти, и некоторые средства, способные помочь обнаружить их, например ElectricFence и valgrind.

Утилиты, обсуждавшиеся в этой главе, в основном хранятся на FTP-серверах в Интернете. Авторы, имеющие к ним отношение, могут порой сохранять авторские права на них. Информацию о многих утилитах можно найти в архиве Linux, по адресу http://www.ibiblio.org/pub/Linux. Мы надеемся, что новые версии будут появляться на этом Web-сайте по мере их выхода в свет. 

Глава 11 Процессы и сигналы

Процессы и сигналы формируют главную часть операционной среды Linux. Они управляют почти всеми видами деятельности ОС Linux и UNIX-подобных компьютерных систем. Понимание того, как Linux и UNIX управляют процессами, сослужит добрую службу системным и прикладным программистам или системным администраторам.

В этой главе вы узнаете, как обрабатываются процессы в рабочей среде Linux и как точно установить, что делает компьютер в любой заданный момент времени. Вы также увидите, как запускать и останавливать другие процессы в ваших собственных программах, как заставить процессы отправлять и получать сообщения и как избежать процессов-зомби. В частности, вы узнаете о:

□ структуре процесса, его типе и планировании;

□ разных способах запуска новых процессов;

□ порождающих (родительских), порожденных (дочерних) процессах и процессах-зомби;

□ сигналах и их применении.

Что такое процесс?

Стандарты UNIX, а именно IEEE Std 1003.1, 2004 Edition, определяют процесс как "адресное пространство с одним или несколькими потоками, выполняющимися в нем, и системные ресурсы, необходимые этим потокам. Мы будем рассматривать потоки в главе 12, а пока будем считать процессом просто любую выполняющуюся программу.

Многозадачные системы, такие как Linux, позволяют многим программам выполняться одновременно. Каждый экземпляр выполняющейся программы создает процесс. Это особенно заметно в оконной системе, например Window System (часто называемой просто X). Как и ОС Windows, X предоставляет графический пользовательский интерфейс, позволяющий многим приложениям выполняться одновременно. Каждое приложение может отображаться в одном или нескольких окнах.

Будучи многопользовательской системой, Linux разрешает многим пользователям одновременно обращаться к системе. Каждый пользователь в одно и то же время может запускать много программ или даже несколько экземпляров одной и той же программы. Сама система выполняет в это время другие программы, управляющие системными ресурсами и контролирующие доступ пользователей.

Как вы видели в главе 4, выполняющаяся программа или процесс состоит из программного кода, данных, переменных (занимающих системную память), открытых файлов (файловых дескрипторов) и окружения. Обычно в системе Linux процессы совместно используют код и системные библиотеки, так что в любой момент времени в памяти находится только одна копия программного кода.

Структура процесса

Давайте посмотрим, как организовано сосуществование двух процессов в операционной системе. Если два пользователя neil и rick запускают в одно и то же время программу grep для поиска разных строк в различных файлах, применяемые для этого процессы могут выглядеть так, как показано на рис. 11.1.

Рис. 11.1 

Если вы сможете выполнить команду ps, как в приведенном далее коде, достаточно быстро и до того, как завершатся поиски строк, вывод будет выглядеть подобно следующим строкам:

$ ps -ef

UID  PID PPID С STIME TTY  TIME     CMD

rick 101 96   0 18:24 tty2 00:00:00 grep troi nextgen.doc

neil 102 92   0 18:24 tty4 00:00:00 grep kirk trek.txt

Каждому процессу выделяется уникальный номер, именуемый идентификатором процесса или PID. Обычно это положительное целое в диапазоне от 2 до 32 768. Когда процесс стартует, в последовательности выбирается следующее неиспользованное число. Когда все номера будут исчерпаны, выбор опять начнется с 2. Номер 1 обычно зарезервирован для специального процесса init, который управляет другими процессами. Мы скоро вернемся к процессу init. А пока вы видите, что двум процессам, запущенным пользователями neil и rick, выделены идентификаторы 101 и 102.

Код программы, которая будет выполняться командой grep, хранится в файле на диске. Обычно процесс Linux не может писать в область памяти, применяемую для хранения кода программы, поэтому программный код загружается в память как доступный только для чтения. На рис. 11.1 видно, что несмотря на то, что в данную область нельзя писать, она может безопасно использоваться совместно.

Системные библиотеки также можно совместно использовать. Следовательно, в памяти нужна, например, только одна копия функции printf, даже если многие выполняющиеся программы вызывают ее. Эта схема более сложная, но аналогичная той, которую используют для работы динамически подключаемые библиотеки в ОС Windows.

Как видно из приведенной схемы, дополнительное преимущество заключается в том, что дисковый файл, содержащий исполняемую программу grep, меньше, т.к. не включает программный код совместно используемой библиотеки. Возможно, для одной программы это не слишком ощутимый выигрыш, но извлечение часто используемых подпрограмм, к примеру, из стандартной библиотеки С экономит значительный объем для операционной системы в целом.

Конечно не все, что нужно программе, может быть совместно использовано. Например, переменные отдельно используются каждым процессом. В данном примере искомая строка, передаваемая команде grep, — это переменная s, принадлежащая пространству данных каждого процесса. Эти пространства разделены и, как правило, не могут читаться другим процессом. Файлы, которые применяются в двух командах grep, тоже разные; у каждого процесса есть свой набор файловых дескрипторов, используемых для доступа к файлам.