Linux программирование в примерах [Арнольд Роббинс] (fb2)

QR-код книги

Аннотация

В книге рассмотрены вопросы, связанные с программированием под Linux: файловый ввод/вывод, метаданные файлов, основы управления памятью, процессы и сигналы, пользователи и группы, вопросы интернационализации и локализации, сортировка, поиск и многие другие. Много внимания уделено средствам отладки, доступным под GNU Linux. Все темы иллюстрируются примерами кода, взятого из V7 UNIX и GNU. Эта книга может быть полезна любому, кто интересуется программированием под Linux.

Рекомендации:

• Предисловие
• Часть 1 Файлы и пользователи
•   Глава 1 Введение
•     1.1. Модель файловой системы Linux/Unix
•       1.1.1. Файлы и права доступа
•       1.1.2. Каталоги и имена файлов
•       1.1.3. Исполняемые файлы
•       1.1.4. Устройства
•     1.2. Модель процессов Linux/Unix
•       1.2.1. Каналы: сцепление процессов
•     1.3. Стандартный С против оригинального С
•     1.4. Почему программы GNU лучше
•       1.4.1. Проектирование программ
•       1.4.2. Поведение программы
•       1.4.3. Программирование на С
•       1.4.4. Вещи, которые делают программы GNU лучше
•       1.4.5. Заключительные соображения по поводу «GNU Coding Standards»
•     1.5. Пересмотренная переносимость
•     1.6. Рекомендуемая литература
•     1.7. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 2 Аргументы, опции и переменные окружения
•     2.1. Соглашения по опциям и аргументам
•       2.1.1. Соглашения POSIX
•       2.1.2. Длинные опции GNU
•     2.2. Базовая обработка командной строки
•       2.2.1. Программа echo V7
•     2.3. Разбор опций: getopt() и getopt_long()
•       2.3.1. Опции с одним символом
•       2.3.2. GNU getopt() и порядок опций
•       2.3.3. Длинные опции
•         2.3.3.1. Таблица длинных опций
•         2.3.3.2. Длинные опции в стиле POSIX
•         2.3.3 3. Сводка возвращаемых значений getopt_long()
•         2.3.3.4. GNU getopt() или getopt_long() в программах пользователей
•     2.4. Переменные окружения
•       2.4.1. Функции управления окружением
•       2.4.2. Окружение в целом: environ
•       2.4.3. GNU env
•     2.5. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 3 Управление памятью на уровне пользователя
•     3.1. Адресное пространство Linux/Unix
•     3.2. Выделение памяти
•       3.2.1. Библиотечные вызовы: malloc(), calloc(), realloc(), free()
•         3.2.1.1. Исследование подробностей на языке С
•         3.2.1.2. Начальное выделение памяти: malloc()
•         3.2.1.3. Освобождение памяти: free()
•         3.2.1.4. Изменение размера: realloc()
•         3.2.1.5. Выделение с инициализацией нулями: calloc()
•         3.2.1.6. Подведение итогов из GNU Coding Standards
•         3.2.1.7. Использование персональных программ распределения
•         3.2.1.8. Пример: чтение строк произвольной длины
•         3.2.1.9. Только GLIBC: чтение целых строк: getline() и getdelim()
•       3.2.2. Копирование строк: strdup()
•       3.2.3. Системные вызовы: brk() и sbrk()
•       3.2.4. Вызовы ленивых программистов: alloca()
•       3.2.5. Исследование адресного пространства
•     3.3. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 4 Файлы и файловый ввод/вывод
•     4.1. Введение в модель ввода/вывода Linux/Unix
•     4.2. Представление базовой структуры программы
•     4.3. Определение ошибок
•       4.3.1. Значения errno
•       4.3.2. Стиль сообщения об ошибках
•     4.4. Ввод и вывод
•       4.4.1. Понятие о дескрипторах файлов
•       4.4.2. Открытие и закрытие файлов
•         4.4.2.1. Отображение переменных FILE* на дескрипторы файлов
•         4.4.2.2. Закрытие всех открытых файлов
•       4.4.3. Чтение и запись
•       4.4.4. Пример: Unix cat
•     4.5. Произвольный доступ: перемещения внутри файла
•     4.6. Создание файлов
•       4.6.1. Определение начальных прав доступа к файлу
•       4.6.2. Создание файлов с помощью creat()
•       4.6.3. Возвращаясь к open()
•     4.7. Форсирование записи данных на диск
•     4.8. Установка длины файла
•     4.9. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 5 Каталоги и служебные данные файлов
•     5.1. Просмотр содержимого каталога
•       5.1.1. Определения
•       5.1.2. Содержимое каталога
•       5.1.3. Прямые ссылки
•         5.1.3.1. Программа GNU link
•         5.1.3.2. Точка и точка-точка
•       5.1.4. Переименование файлов
•       5.1.5. Удаление файла
•         5.1.5.1. Удаление открытых файлов
•         5.1.5.2. Использование ISO С: remove()
•       5.1.6. Символические ссылки
•     5.2. Создание и удаление каталогов
•     5.3. Чтение каталогов
•       5.3.1. Базовое чтение каталогов
•         5.3.1.1. Анализ переносимости
•         5.3.1.2. Элементы каталогов Linux и BSD
•       5.3.2. Функции размещения каталогов BSD
•     5.4. Получение информации о файлах
•       5.4.1. Типы файлов Linux
•       5.4.2. Получение информации о файле
•       5.4.3. Только Linux: указание файлового времени повышенной точности
•       5.4.4. Определение типа файла
•         5.4.4.1. Сведения об устройстве
•         5.4.4.2. Возвращаясь к V7 cat
•       5.4.5. Работа с символическими ссылками
•     5.5. Смена владельца, прав доступа и времени изменения
•       5.5.1. Смена владельца файла: chown(), fchown() и lchown()
•       5.5.2. Изменение прав доступа: chmod() и fchmod()
•       5.5.3. Изменение временных отметок: utime()
•         5.5.3.1. Подделка utime(file, NULL)
•       5.5.4. Использование fchown() и fchmod() для обеспечения безопасности
•     5.6. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 6 Общие библиотечные интерфейсы — часть 1
•     6.1. Времена и даты
•       6.1.1. Получение текущего времени: time() и difftime()
•       6.1.2. Разложение времени: gmtime() и localtime()
•       6.1.3. Форматирование даты и времени
•         6.1.3.1. Простое форматирование времени: asctime() и ctime()
•         6.1.3.2. Сложное форматирование времени: strftime()
•       6.1.4. Преобразование разложенного времени в time_t
•       6.1.5. Получение сведений о часовом поясе
•         6.1.5.1. Системы BSD: timezone(), не timezone
•     6.2. Функции сортировки и поиска
•       6.2.1. Сортировка: qsort()
•         6.2.1.1. Пример: сортировка сотрудников
•         6.2.1.2. Пример: сортировка содержимого каталога
•       6.2.2. Бинарный поиск: bsearch()
•     6.3. Имена пользователей и групп
•       6.3.1. База данных пользователей
•       6.3.2. База данных групп
•     6.4. Терминалы: isatty()
•     6.5. Рекомендуемая литература
•     6.6. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 7 Соединяя все вместе: ls
•     7.1. Опции V7 ls
•     7.2. Код V7 ls
•     7.3. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 8 Файловые системы и обходы каталогов
•     8.1. Монтирование и демонтирование файловых систем
•       8.1.1. Обзор основ
•       8.1.2. Обзор различных типов файловых систем
•       8.1.3. Монтирование файловых систем: mount
•       8.1.4. Демонтирование файловых систем: umount
•     8.2. Файлы для администрирования файловой системы
•       8.2.1. Использование опций монтирования
•       8.2.2. Работа со смонтированными файловыми системами: getmntent()
•     8.3. Получение сведений о файловой системе
•       8.3.1. Стиль POSIX: statvfs() и fstatvfs()
•       8.3.2. Стиль Linux: statfs() и fstatfs()
•     8.4. Перемещение по иерархии файлов
•       8.4.1. Смена каталога: chdir() и fchdir()
•       8.4.2. Получение текущего каталога: getcwd()
•       8.4.3. Перемещение по иерархии: nftw()
•         8.4.3.1. Интерфейс nftw()
•         8.4.3.2. Функция обратного вызова nftw()
•     8.5. Обход дерева файлов: GNU du
•     8.6. Изменение корневого каталога: chroot()
•     8.7. Резюме
•     Упражнения
• Часть 2 Процессы, IPC и интернационализация
•   Глава 9 Управление процессами и каналы
•     9.1. Создание и управление процессами
•       9.1.1. Создание процесса: fork()
•         9.1.1.1. После fork(): общие и различные атрибуты
•         9.1.1.2. Разделение дескрипторов файлов
•         9.1.1.3. Разделение дескрипторов файлов и close()
•       9.1.2. Идентификация процесса: getpid() и getppid()
•       9.1.3. Установка приоритетов процесса: nice()
•         9.1.3.1. POSIX против действительности
•       9.1.4. Запуск новой программы: семейство exec()
•         9.1.4.1. Системный вызов execve()
•         9.1.4.2. Функции-оболочки: execl() и др.
•         9.1.4.3. Имена программ и argv[0]
•         9.1.4.4. Атрибуты, наследуемые exec()
•       9.1.5. Завершение процесса
•         9.1.5.1. Определение статуса завершения процесса
•         9.1.5.2. Возвращение из main()
•         9.1.5.3. Функции завершения
•       9.1.6. Использование статуса завершения порожденного процесса
•         9.1.6.1. Использование функций POSIX: wait() и waitpid()
•         9.1.6.2. Использование функций BSD: wait3() и wait4()
•     9.2. Группы процессов
•       9.2.1. Обзор управления заданиями
•       9.2.2. Идентификация группы процессов: getpgrp() и getpgid()
•       9.2.3. Установка группы процесса: setpgid() и setpgrp()
•     9.3. Базовое межпроцессное взаимодействие: каналы и очереди FIFO
•       9.3.1. Каналы
•         9.3.1.1. Создание каналов
•         9.3.1.2. Буферирование каналов
•       9.3.2. Очереди FIFO
•     9.4. Управление дескрипторами файлов
•       9.4.1. Дублирование открытых файлов: dup() и dup2()
•       9.4.2. Создание нелинейных конвейеров: /dev/fd/XX
•       9.4.3. Управление атрибутами файла: fcntl()
•         9.4.3.1. Флаг close-on-exec
•         9.4.3.2. Дублирование дескриптора файла
•         9.4.3.3. Работа с флагами статуса файла и режимами доступа
•         9.4.3.4. Неблокирующий ввод/вывод для каналов и FIFO
•         9.4.3.5. Сводка fcntl()
•     9.5. Пример: двусторонние каналы в gawk
•     9.6. Рекомендуемая литература
•     9.7. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 10 Сигналы
•     10.1. Введение
•     10.2. Действия сигналов
•     10.3. Стандартные сигналы С: signal() и raise()
•       10.3.1. Функция signal()
•       10.3.2. Программная отправка сигналов: raise()
•     10.4. Обработчики сигналов в действии
•       10.4.1. Традиционные системы
•       10.4.2. BSD и GNU/Linux
•       10.4.3. Игнорирование сигналов
•       10.4.4. Системные вызовы, допускающие повторный запуск
•         10.4.4.1. Пример: GNU Coreutils safe_read() и safe_write()
•         10.4.4.2. Только GLIBC: TEMP_FAILURE_RETRY()
•       10.4.5. Состояния гонок и sig_atomic_t (ISO C)
•       10.4.6. Дополнительные предостережения
•       10.4.7. Наша история до настоящего времени, эпизод 1
•     10.5. API сигналов System V Release 3: sigset() и др.
•     10.6. Сигналы POSIX
•       10.6.1. Обнажение проблемы
•       10.6.2. Наборы сигналов: sigset_t и связанные функции
•       10.6.3. Управление маской сигналов: sigprocmask() и др.
•       10.6.4. Перехват сигналов: sigaction()
•       10.6.5. Извлечение ожидающих сигналов: sigpending()
•       10.6.6. Создание возможности для прерывания функций: siginterrupt()
•       10.6.7. Передача сигналов: kill() и killpg()
•       10.6.8. Наша история до настоящего времени, эпизод II
•     10.7. Сигналы для межпроцессного взаимодействия
•     10.8. Важные сигналы специального назначения
•       10.8.1. Сигнальные часы: sleep(), alarm() и SIGALARM
•         10.8.1.1. Труднее, но с большим контролем: alarm() и SIGALARM
•         10.8.1.2. Простой и легкий: sleep()
•       10.8.2. Сигналы, управляющие заданиями
•       10.8.3. Родительский надзор: три различные стратегии
•         10.8.3.1. Плохие родители: полное игнорирование потомков
•         10.8.3.2. Снисходительные родители: минимальный надзор
•         10.8.3.3. Строгий родительский контроль
•     10.9. Сигналы, передающиеся через fork() и exec()
•     10.10. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 11 Права доступа и ID пользователей и групп
•     11.1. Проверка прав доступа
•       11.1.1. Действительные и эффективные ID
•       11.1.2. Биты Setuid и Setgid
•     11.2. Получение ID пользователя и группы
•     11.3. Проверка для действительного пользователя: access()
•     11.4. Проверка для эффективного пользователя: euidaccess() (GLIBC)
•     11.5. Установка дополнительных битов доступа для каталогов
•       11.5.1. Группа по умолчанию для новых файлов и каталогов
•       11.5.2. Каталоги и «липкий» бит
•     11.6. Установка действительных и эффективных ID
•       11.6.1. Изменение набора групп
•       11.6.2. Изменение действительного и эффективного ID
•       11.6.3. Использование битов setuid и setgid
•     11.7. Работа со всеми тремя ID: getresuid() и setresuid() (Linux)
•     11.8. Пересечение минного поля безопасности: setuid root
•     11.9. Рекомендуемая литература
•     11.10. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 12 Общие библиотечные интерфейсы — часть 2
•     12.1. Операторы проверки: assert()
•     12.2. Низкоуровневая память: функции memXXX()
•       12.2.1. Заполнение памяти: memset()
•       12.2.2. Копирование памяти: memcpy(), memmove() и memccpy()
•       12.2.3. Сравнение блоков памяти: memcmp()
•       12.2.4. Поиск байта с данным значением: memchr()
•     12.3. Временные файлы
•       12.3.1. Создание временных имен файлов (плохо)
•       12.3.2. Создание и открывание временных файлов (хорошо)
•       12.3.3. Использование переменной окружения TMPDIR
•     12.4. Совершение самоубийства: abort()
•     12.5. Нелокальные переходы
•       12.5.1. Использование стандартных функций: setjmp() и longjmp()
•       12.5.2. Обработка масок сигналов: sigsetjmp() и siglongjmp()
•       12.5.3. Важные предостережения
•     12.6. Псевдослучайные числа
•       12.6.1. Стандартный С: rand() и srand()
•       12.6.2. Функции POSIX: random() и srandom()
•       12.6.3. Особые файлы /dev/random и /dev/urandom
•     12.7. Расширения метасимволов
•       12.7.1. Простое сопоставление с шаблоном: fnmatch()
•       12.7.2. Раскрытие имени файла: glob() и globfree()
•       12.7.3. Разворачивание слов оболочкой: wordexp() и wordfree()
•     12.8. Регулярные выражения
•     12.9. Рекомендуемая литература
•     12.10. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 13 Интернационализация и локализация
•     13.1. Введение
•     13.2. Локали и библиотека С
•       13.2.1. Категории локалей и переменные окружения
•       13.2.2. Установка локали: setlocale()
•       13.2.3. Сравнение строк: strcoll() и strxfrm()
•       13.2.4. Числовое и денежное низкоуровневое форматирование: localeconv()
•       13.2.5. Высокоуровневое числовое и денежное форматирование: strfmon() и printf()
•       13.2.6. Пример: форматирование числовых значений в gawk
•       13.2.7. Форматирование значений даты и времени: ctime() и strftime()
•       13.2.8. Другие данные локали: nl_langinfo()
•     13.3. Динамический перевод сообщений программ
•       13.3.1. Установка текстового домена: textdomain()
•       13.3.2. Перевод сообщений: gettext()
•       13.3.3. Работа с множественными числами: ngettext()
•       13.3.4. Упрощение использования gettext()
•         13.3.4.1. Переносимые программы: "gettext.h"
•         13.3.4.2. Только GLIBC: <libintl.h>
•       13.3.5. Перестановка порядка слов с помощью printf()
•       13.3.6. Тестирование переводов в персональном каталоге
•       13.3.7. Подготовка интернационализированных программ
•       13.3.8. Создание переводов
•     13.4. Не могли бы вы произнести это для меня по буквам?
•       13.4.1. Широкие символы
•       13.4.2. Представления многобайтных символов
•       13.4.3. Языки
•       13.4.4. Заключение
•     13.5. Рекомендуемая литература
•     13.6. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 14 Расширенные интерфейсы
•     14.1. Выделение выровненной памяти: posix_memalign() и memalign()
•     14.2. Блокировка файлов
•       14.2.1. Концепции блокировки файлов
•       14.2.2. Блокировка POSIX: fcntl() и lockf()
•         14.2.2.1. Описание блокировки
•         14.2.2.2. Установка и снятие блокировок
•         14.2.2.3. Предостережения по поводу блокировок
•       14.2.3. Блокирование BSD: flock()
•       14.2.4. Обязательная блокировка
•     14.3. Более точное время
•       14.3.1. Время в микросекундах: gettimeofday()
•       14.3.2. Файловое время в микросекундах: utimes()
•       14.3.3. Интервальные таймеры: setitimer() и getitimer()
•       14.3.4. Более точные паузы: nanosleep()
•     14.4. Расширенный поиск с помощью двоичных деревьев
•       14.4.1. Введение в двоичные деревья
•       14.4.2. Функции управления деревьями
•       14.4.3. Ввод элемента в дерево: tsearch()
•       14.4.4. Поиск по дереву и использование возвращенного указателя: tfind() и tsearch()
•       14.4.5. Обход дерева: twalk()
•       14.4.6. Удаление вершины дерева и удаление дерева: tdelete() и tdestroy()
•     14.5. Резюме
•     Упражнения
• Часть 3 Отладка и заключительный проект
•   Глава 15 Отладка
•     15.1. Сначала главное
•     15.2. Компиляция для отладки
•     15.3. Основы GDB
•       15.3.1. Запуск GDB
•       15.3.2. Установка контрольных точек, пошаговое выполнение и отслеживаемые точки
•     15.4. Программирование для отладки
•       15.4.1. Код отладки времени компилирования
•         15.4.1.1. Использование отладочных макросов
•         15.4.1.2. По возможности избегайте макросов с выражениями
•         15.4.1.3. При необходимости переставляйте код
•         15.4.1.4. Используйте вспомогательные функции отладки
•         15.4.1.5. По возможности избегайте объединений
•       15.4.2. Отлаживаемый код времени исполнения
•         15.4.2.1. Добавляйте отладочные опции и переменные
•         15.4.2.2. Используйте специальные переменные окружения
•         15.4.2.3. Добавьте код журналирования
•         15.4.2.4. Файлы отладки времени исполнения
•         15.4.2.5. Добавьте специальные ловушки для контрольных точек
•     15.5. Отладочные инструменты
•       15.5.1. Библиотека dbug — усовершенствованный printf()
•       15.5.2. Отладчики выделения памяти
•         15.5.2.1. GNU/Linux mtrace
•         15.5.2.2. Electric Fence
•         15.5.2.3. Отладка Malloc: dmalloc
•         15.5.2.4. Valgrind: многосторонний инструмент
•         15.5.2.5. Другие отладчики malloc
•       15.5.3. Современная lint
•     15.6. Тестирование программ
•     15.7. Правила отладки
•     15.8. Рекомендуемая литература
•     15.9. Резюме
•     Упражнения
•   Глава 16 Проект, связывающий все воедино
•     16.1. Описание проекта
•     16.2. Рекомендуемая литература
• Часть 4 Приложения
•   Приложение А Научитесь программированию за десять лет
•     Почему каждый в такой спешке?
•     Научитесь программированию за десять лет
•     Ссылки
•     Ответы
•     Сноски
•   Приложение В Лицензия Caldera для старой Unix[194]
•   Приложение С Общедоступная лицензия GNU[195]
•     Как применить эти условия договора к своим новым программам
•     Пример использования
• *** Примечания ***