Linux实验指导书

Linux程序设计实验指导书计算机应用系2012年11月实验一：Linux常用命令及编程环境1.实验相关知识简述Unix/Linux环境下使用C语言程序开发的项目主要经历设计、开发、调试、集成、部署和维护几个阶段。

目前典型的开发环境，主要使用vi、emacs、gedit等文字编辑工具完成源代码的编辑工作；通过指定不同的GCC编译器编译选项指定编译结果，根据编译器提示改正程序中的语法错误，最终生成符合目标要求的可执行二进制文件；当可执行文件执行结果与预期结果不一致时，使用GDB调试器跟踪程序执行过程，查看中间变量，改正源程序中存在的逻辑错误。

在大型项目管理中，由于文件较多，整个编译过程费时较长，安装、调试难度较大。

为解决手工管理效率低下的问题，引入Make工具，将项目编译、安装、维护等工作以脚本的形式组织在Makefile中，从而简化项目维护成本。

手工编写Makefile脚本难度较大且不利于统一规范，推荐使用Autotools工具集直接生成。

本实验仅设置手工编辑、编译Linux C源代码，生成可执行文件并调试。

GNU CC（简称为GCC）是GNU 项目中符合ANSI C 标准的编译系统，能够编译用C、C++和Object C 等语言编写的源程序。

GCC也可理解为一个工具集合，包含多个编译相关工具，如gcc编译C语言源程序，g++编译C++语言源程序，ld链接器等。

在编译C语言程序时，可直接使用gcc指令通过配置不同的参数选项达到指定GCC工具集的目的。

GCC的常用选项如表1.1所示表1.1 GCC常用选项功能选项描述与编译相关的GCC 选项-c 只是编译不链接，生成目标文件“.o”-S 只是编译不汇编，生成汇编代码-E 只进行预编译，不做其他处理-g 在可执行程序中包含标准调试信息-o file 把输出文件输出到file 里-v 打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本-I dir 在头文件的搜索路径列表中添加dir 目录-L dir 在库文件的搜索路径列表中添加dir 目录-static 链接静态库-llibrary 连接名为library 的库文件报警与出错相关的-ansi 支持符合ANSI 标准的C 程序-pedantic 允许发出ANSI C 标准所列的全部警告信息GCC选项-pedantic-error 允许发出ANSI C 标准所列的全部错误信息-w 关闭所有告警-Wall 允许发出Gcc 提供的所有有用的报警信息-werror 把所有的告警信息转化为错误信息，并在告警发生时终止编译过程与体系结构相关的GCC选项-mcpu=type 针对不同的CPU 使用相应的CPU 指令。

可选择的type 有i386、i486、pentium 及i686 等-mieee-fp 使用IEEE 标准进行浮点数的比较-mno-ieee-fp 不使用IEEE 标准进行浮点数的比较-msoft-float 输出包含浮点库调用的目标代码-mshort 把int 类型作为16 位处理，相当于short int-mrtd 强行将函数参数个数固定的函数用ret NUM 返回，节省调用函数的一条指令使用GCC注意事项：1）GCC指令的一般格式为：Gcc [选项] 需编译的文件[选项] [目标文件] ，其中，目标文件可缺省，GCC默认生成可执行的文件名为a.out。

执行时时使用指令./a.out;2）在include 语句中，“<>”表示在标准路径中搜索头文件，““””表示在当前目录中搜索。

故代码中使用“#include<myhead.h>”，就需要添加GCC编译选项“-I”指定myhead.h 所在路径；3）选项“-L dir ”的功能与“-I dir”类似，在编译时指定所需库文件路径，-l指定相应的库名称。

Linux下的库文件命名时规定：必须以lib字母组合开头，后接库名称。

因此用-l 选项指定链接库名为libsunq.so ，在命令中选项写为-lsunq;GDB调试相关命令汇总如表1.2所示表1.2 GDB相关命令汇总功能命令描述单步执行与函数跟踪backtrace（或bt）查看各级函数调用及参数finish 执行到当前函数返回，然后停下来等待命令frame（或f）帧编号选择栈帧info（或i）locals 查看当前栈帧局部变量的值list（或l）列出源代码，接着上次的位置往下列，每次列10行list 行号列出从第几行开始的源代码list 函数名列出某个函数的源代码next（或n）执行下一行语句print（或p）打印表达式的值，通过表达式可以修改变量的值或者调用函数set var 修改变量的值start 开始执行程序，停在main函数第一行语句前面等待命令step（或s）执行下一行语句，如果有函数调用则进入到函数中断点break（或b）行号在某一行设置断点break 函数名在某个函数开头设置断点break...if... 设置条件断点continue（或c）从当前位置开始连续而非单步执行程序delete breakpoints 删除断点display 变量名跟踪查看一个变量，每次停下来都显示它的值disable breakpoints 禁用断点enable breakpoints 启用断点info（或i）breakpoints 查看当前设置了哪些断点run（或r）从头开始连续而非单步执行程序undisplay 取消对先前设置的那些变量的跟踪观察点watch 设置观察点info（或i）watchpoints 查看当前设置了哪些观察点x 从某个位置开始打印存储器的一段内容，全部当成字节来看，而不区分哪些字节属于哪些变量GDB使用注意事项：1）在Gcc 编译选项中一定要加入“-g”；2）只有在代码处于“运行”或“暂停”状态时才能查看变量值；3）设置断点后程序在指定行之前停止；2.实验目的1）掌握Linux C开发过程中的基本概念；2）掌握如GCC，GDB等开发工具的使用；3.实验内容将参考代码录入到greet.c文件中，编译执行后发现结果与预期不一致，请使用GDB调试，完成字符串反序输出功能；4.参考代码5.实验扩展思考1）如何使用GCC将一组功能相关的源文件编译成相应库文件（静态库或动态库自行选择），并使用代码形式演示如何使用编译好的库？2）分析以下代码，完成指定范围内数值累加功能：#include <stdio.h>int add_range(int low, int high){int i, sum;for (i = low; i <= high; i++)sum = sum + i;return sum;}int main(void){int result[100];result[0] = add_range(1, 10);result[1] = add_range(1, 100);printf("result[0]=%d\nresult[1]=%d\n", result[0], result[1]);return 0;}实验二：文件I/O操作1.实验相关知识简述“文件”是Unix/Linux平台的核心概念之一。

广义理解，可将普通文件、目录、设备、管道……均视为文件（Everything is File）；狭义理解，文件仅代表普通文件。

涉及具体上下文时，需要结合语义对其进行区分。

Unix/Linux相关文件系统在组织文件时，将文件的数据与属性分离。

目录文件中记录子目录及所属文件的文件名和相应i节点，由i节点记录相应的数据存储位置及文件属性。

针对文件内容时行操作时，一般需要经历步骤为：打开/创建文件→操作文件→关闭文件。

打开/创建文件推荐使用系统调用open，若仅需新建文件，亦使用creat系统调用，但creat 不负责打开文件。

为保证程序运行时无异常发生，程序员必须对open返回值进行判断，若返回值为-1意味着文件打开失败，其原因或为进程已打开的文件数目超出可打开文件的最大值，或为相应路径下无对应文件（注意：Unix/Linux文件名区分大小写）；当open调用成功时，将返回一个由内核管理生成的非负整型数值，对应术语为文件描述符（File Descriptor）。

对文件内容操作时，文件描述符将自动维护文件读写指针。

换句话说，多个进程可同时打开一个文件，并在各自的文件读写指针位置进行相应操作，程序员有责任对其进行合理规划，以保证数据有效性。

进程创建时，Linux内核将值为0,1,2这三个文件描述符预分配给标准输入设备、输出设备和错误输出设备。

若使用dup系统调用，可干预内核分配文件描述符，从而达到文件重定向的目的。

open语法要点如表2.1所示：表2.1 open语法要点头文件#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h>功能打开或创建文件函数原型int open(const char* path, int flags)int open(const char* path, int flags, int perms)参数说明path 需打开或创建的文件路径名flags 文件打开方式：O_RDONLY:只读方式O_WRONLY:只写方式O_RDWR:读写方式O_CREAT:如果文件不存在就创建文件，并以参数perms设置文件权限O_EXCL:测试文件是否存在，如果O_CREAT创建文件时，文件已存在则返回错误消息O_TRUNC:如果文件存在，打开文件后将已存在的文件内容删除，并定位于文件开始处O_APPEND：打开文件，在尾部添加内容perms 新建文件时以八进制方式设置文件权限属性，只用于读或写时此参数可省略函数返回值成功：返回打开或新建文件的文件描述符失败：-1文件内容读写时，内核负责内存与文件所在存储设备之间的数据流动。

程序员负责规划代表文件读或写时使用的缓冲区大小与类型，其类型设置，通常与操作的目标文件类型相关。

l 当操作以二进制为单位存储的文件时，内存缓冲多使用byte类型数组；l 在操作以字符为单位的存储文件时，内在缓冲多使用char类型数组；注意：若违反文件编码方案，文件内容显示乱码；表2.2 read语法要点头文件#include <unistd.h>函数原型ssize_t read(int fd, void* buffer, size_t len)功能读取文件内容函数参数fd 所读文件的文件描述符buffer 存放文件读取内容的缓冲len 缓冲长度函数返回值成功：返回实际读取的字节数（不大于len），0表示到达文件结束位置; 失败：-1表2.3 write 语法要点头文件#include <unistd.h>函数原型ssize_t write(int fd, void* buffer, size_t len) 功能写文件内容函数参数fd 所写文件的文件描述符buffer 需写入文件的内容缓冲len 缓冲长度函数返回值成功：返回实际实际写入文件的字节数（＝len）; 失败：-1文件定位系统调用lseek实现文件读写指针在文件中移动。