Linux环境高级编程

一、课程目标

本次课程涵盖Linux系统编程的几个主要方面，通过本次课程的学习，学员将具备以下能力：

• 了解Linux系统调用和类库的区别；
• 熟悉文件I/O、文件和目录、进程管理、进程间通信(IPC)、信号、时间与定时器的编程。

二、参训要求

参加本次课程的学员须具备以下能力：

• 本次课程使用 C语言 教学，所以学员需拥有较好的C语言基础；
• 能熟练使用常用的Linux命令；
• 能熟练使用gcc、gdb、熟练撰写makefile；
• 最好熟练使用vi、emacs等文本编辑器其中的一种。

三、课程实践环境

• 学员自备电脑
• 操作系统：GNU/Linux 2.6+（建议使用Redhat AS 5+或Ubuntu、Fedora）
• 编译器：GCC v4.1+、GDB v7.0+
• 可选IDE：Eclipse CDT

四、课程大纲

本次课程由以下几个部分构成：

1、预备知识

• UNIX历史和标准
  • UNIX; BSD & System V
  • GNU project; Linux Kernel
  • POSIX, SUSv3, SUSv4
• Linux系统相关概念
  • 系统调用和库函数
  • 错误处理
  • 特性测试宏
  • 系统数据类型
  • 系统限制和选项 (sysconf(), pathconf())
  • 系统参数： /proc文件系统

2、文件I/O

• Linux I/O系统调用与C标准库stdio的比较
• I/O系统调用: open(), close(), read(), write()
• 控制I/O的Buffer
• 读写指针的定位：lseek()
• I/O控制：ioctl()
• 原子操作和数据竞态
• 文件控制: fcntl()
• 文件打开的状态标志(status flags)
• 文件描述符
• 复制文件描述符：dup(), dup2()

3、文件和目录

• 文件属性
  • 获取文件的属性：stat()
  • 文件的时间戳
  • 文件的所有权：chown()
  • 文件的操作权限：chmod()
• 目录和连接文件
  • 硬连接和软连接 (符号连接)
  • 目录
  • 迭代目录树
  • 当前工作目录(CWD)
  • 路径名
• 监控文件系统的事件：inotify
  • inotify API
  • inotify事件
  • inotify限制

4、进程控制

• 进程属性
  • 进程ID(PID)和父进程ID(PPID)
  • 进程内存布局
  • 栈 (Stack)
  • 堆 (Heap)
  • 命令行参数和环境变量列表
  • 非局部goto (nonlocal goto)：setjmp() 和 longjmp()
• 创建和终止进程
  • 创建进程：fork()
  • fork() 后的多进程数据竞态
  • 进程终止：exit(3) 和 _exit(2)
  • 退出处理器：atexit()
  • 等待子进程的退出：wait(), waitpid(), waitid()
  • SIGCHLD 信号
• 执行程序
  • execve()
  • exec() 系列库函数
  • 解释脚本
  • 文件描述符和 exec()
  • 信号和 exec()
  • 执行Shell命令：system()
• 守护进程 (Daemons)
  • 创建守护进程的几个步骤
  • 使用 SIGHUP 信号使一个进程变成守护进程
  • 系统中守护进程的示例：syslog

• 进程权限相关
  • 文件 /etc/passwd 和 /etc/group
  • User ID, and Group ID
  • Real, effective, and saved set IDs
  • 其它 group IDs
  • Set-user-ID and set-group-ID programs
  • 获取或修改进程权限

5、信号 (Signals)

• 信号类型和默认动作
• 信号处理方式
• 信号处理器
• 发送信号
• 信号集
• 阻塞信号(signal mask)
• 系统调用的中断和重新执行
• 等待信号

6、时间和定时器(Timers) 

• 时间相关的数据类型
• POSIX Clock
• 获取当前时间
• 设置当前时间
• C标准库 时间函数
• Sleep
• 定时器(Timers)
  • 简单的定时器：alarm()
  • interval Timers
  • 高级定时器

7、进程间通信 (Interprocess Communication, IPC)

• 传统UNIX IPC
  • 管道和优先队列 (Pipe and FIFO)
  • SYSV 消息队列 (SYSV Message Queue)
  • SYSV 信号量 (SYSV Semaphore)
  • SYSV 共享内存 (SYSV Shared Memory Segments)
  • 内存映射文件 (Memory Mapping Files)
• POSIX IPC
  • POSIX IPC的优势
  • POSIX 消息队列 (POSIX Message Queue)
  • POSIX 信号量 (POSIX Semaphore)
  • POSIX 共享内存 (POSIX Shared Memory Segments)

五、时间安排

课程时间：3天，以每天6小时计，具体安排如下：

• Day1
  • 1 - 预备知识
  • 2 - 文件I/O
  • 3 - 文件与目录
• Day2
  • 4 - 进程控制
  • 5 - 信号
  • 6 - 定时器
• Day3
  • 7 - 进程间通信
  • 课程回顾与总结

六、课程资源

      可获取的课程资源见：教学资源。