E-Book, Deutsch, 1386 Seiten
Reihe: Rheinwerk Computing
Wolf / Krooß Systemnahe Programmierung mit C und Linux
5. Auflage 2024
ISBN: 978-3-8362-9750-9
Verlag: Rheinwerk
Format: EPUB
Kopierschutz: 0 - No protection
Das umfassende Handbuch
E-Book, Deutsch, 1386 Seiten
Reihe: Rheinwerk Computing
ISBN: 978-3-8362-9750-9
Verlag: Rheinwerk
Format: EPUB
Kopierschutz: 0 - No protection
Alles zur systemnahen Anwendungsprogrammierung: von den E/A-Funktionen, dem Zugriff auf Systeminformationen über Prozesse, Signale, Interprozesskommunikation und Threads bis hin zu Netzwerkprogrammierung, Datenbanken und GUIs. Für alle, die Programme schreiben wollen und alte Software warten oder portieren müssen. Alle Beispiele sind auch auf dem Raspberry Pi ausführbar. Solide C- und Linux-Kenntnisse werden vorausgesetzt.
Aus dem Inhalt:
- E/A-Funktionen
- Attribute von Dateien und Verzeichnissen
- Zugriff auf Systeminformationen
- Devices - eine einfache Verbindung zur Hardware
- System- und Benutzerdateien
- Dämonen, Zombies und Prozesse
- Signale
- IPC - Interprozesskommunikation
- Threads
- Netzwerkprogrammierung
- Datenbanken (MySQL, PostgreSQL)
- GUIs mit GTK+
- Werkzeuge für Programmierer
Jürgen Wolf ist seit über 16 Jahren Autor und seit mehr als 10 Jahren passionierter Digitalfotograf. Seine Buchthemen sind Bildbearbeitung, Fotografie, Webentwicklung, Betriebssysteme und Programmierung. Und egal welches Thema: Bei jedem Buch ist es sein Ziel, auch komplexe Zusammenhänge klar und verständlich zu erklären.
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
Materialien zum Buch ... 23
1. Einführung ... 25
1.1 ... Anforderungen an den Leser ... 25
1.2 ... Anforderungen an das Betriebssystem ... 26
1.3 ... UNIX, der Vorgänger von Linux ... 27
1.4 ... Die Entwicklung von Linux ... 29
1.5 ... Der Compiler GCC -- eine kurze Einführung ... 31
1.6 ... POSIX, X/OPEN und ANSI C ... 37
1.7 ... Übersicht zu diesem Buch ... 40
1.8 ... Schreibkonventionen ... 42
1.9 ... Weitere Hilfen ... 43
2. E/A-Funktionen ... 45
2.1 ... Elementare E/A-Funktionen ... 45
2.2 ... Filedeskriptoren ... 47
2.3 ... Funktionen, die einen Filedeskriptor verwenden ... 50
2.4 ... Standard-E/A-Funktionen ... 99
2.5 ... Die Arbeit mit Verzeichnissen ... 113
2.6 ... Fehlerbehandlung ... 134
2.7 ... Ausblick ... 137
3. Attribute von Dateien und Verzeichnissen abfragen und ändern ... 139
3.1 ... Die Struktur stat ... 139
4. Zugriff auf Systeminformationen ... 157
4.1 ... Informationen aus dem /proc-Verzeichnis herausziehen ... 157
4.2 ... Hardware-/Systeminformationen ermitteln ... 160
4.3 ... Prozessinformationen auslesen ... 166
4.4 ... Kernel-Informationen in /proc ... 171
4.5 ... Verschiedene Dateisysteme unter Linux verwalten ... 180
4.6 ... Weiterführendes ... 181
5. Devices -- eine einfache Verbindung zur Hardware ... 183
5.1 ... Die Gerätedateitypen ... 183
5.2 ... Die Gerätedateinummern ... 185
5.3 ... Zugriff auf die Gerätedateien ... 186
5.4 ... Gerätenamen ... 188
5.5 ... Spezielle Gerätedateien ... 190
5.6 ... Gerätedateien in der Praxis einsetzen ... 191
6. System- und Benutzerdateien ... 227
6.1 ... Die Datei /etc/passwd ... 227
6.2 ... Die Datei /etc/shadow ... 234
6.3 ... Die Datei /etc/group ... 239
6.4 ... uname -- Informationen zum lokalen System erfragen ... 243
6.5 ... Das Verzeichnis /etc/skel und Network Information Service (NIS) ... 245
6.6 ... Dateien für Netzwerkinformationen ... 246
7. Prozesse, Dämonen und Zombies ... 247
7.1 ... Was ist ein Prozess? ... 247
7.2 ... Prozesskomponente ... 248
7.3 ... Prozesse überwachen mit ps, top und kpm ... 258
7.4 ... Der Lebenszyklus eines Prozesses ... 261
7.5 ... Umgebungsvariablen eines Prozesses ... 263
7.6 ... Ressourcenlimits eines Prozesses ... 271
7.7 ... Prozesserkennung ... 275
7.8 ... Erzeugung von neuen Prozessen mit fork() ... 277
7.9 ... Warten auf einen anderen Prozess ... 288
7.10 ... Die exec-Familie ... 296
7.11 ... Kommandoaufrufe aus dem Programm -- system() ... 302
7.12 ... Dämonprozesse ... 304
7.13 ... Mehr über die Ausführung von Prozessen ... 315
7.14 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 330
8. Signale ... 331
8.1 ... Grundlagen zu den Signalen ... 331
8.2 ... Das neue Signalkonzept ab Kernel 2.6.18 ... 338
8.3 ... Die Signalmenge initialisieren ... 339
8.4 ... Elemente zu der Signalmenge hinzufügen oder aus ihr entfernen ... 339
8.5 ... Signale einrichten und abfragen ... 340
8.6 ... Signale an andere Prozesse senden mit kill() ... 347
8.7 ... Eine Zeitschaltuhr einrichten mit alarm() ... 348
8.8 ... Prozesse stoppen, bis ein Signal eintritt, mit pause() ... 349
8.9 ... Prozesse für eine bestimmte Zeit stoppen mit sleep() und usleep() ... 349
8.10 ... Die Signalmaske erfragen oder ändern mit sigprocmask() ... 350
8.11 ... Einen Prozess während einer Änderung der Signalmaske stoppen mit sigsuspend() ... 351
8.12 ... Prozesse synchronisieren ... 351
9. IPC -- Interprozesskommunikation ... 355
9.1 ... Unterschiedliche Interprozesskommunikations-Techniken im Überblick ... 356
9.2 ... Gründe für IPC ... 364
9.3 ... Pipes ... 365
9.4 ... System-V-Interprozesskommunikation ... 408
9.5 ... Semaphore ... 410
9.6 ... Message Queues ... 419
9.7 ... Shared Memory ... 432
10. Threads ... 443
10.1 ... Unterschiede zwischen Threads und Prozessen ... 443
10.2 ... Thread-Bibliotheken ... 444
10.3 ... Kernel- und User-Threads ... 445
10.4 ... Scheduling und Zustände von Threads ... 445
10.5 ... Die grundlegenden Funktionen der Thread-Programmierung ... 447
10.6 ... Die Attribute von Threads und das Scheduling ... 459
10.7 ... Threads synchronisieren ... 465
10.8 ... Threads abbrechen (canceln) ... 493
10.9 ... Erzeugen von threadspezifischen Daten (TSD) ... 498
10.10 ... Mit pthread_once() einen Codeabschnitt auf einmal ausführen ... 501
10.11 ... Thread-safe-Funktionen (thread-sichere Funktionen) ... 504
10.12 ... Threads und Signale ... 505
10.13 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 510
11. Netzwerkprogrammierung ... 513
11.1 ... Einführung ... 513
11.2 ... Aufbau von Netzwerken ... 514
11.3 ... TCP/IP -- Aufbau und Struktur ... 520
11.4 ... TCP-Socket ... 524
11.5 ... Das Kommunikationsmodell der Sockets ... 525
11.6 ... Grundlegende Funktionen zum Zugriff auf die Socket-Schnittstelle ... 525
11.7 ... Aufbau eines Clientprogramms ... 535
11.8 ... Aufbau des Serverprogramms ... 540
11.9 ... IP-Adressen konvertieren, manipulieren und extrahieren ... 545
11.10 ... Namen und IP-Adressen ineinander umwandeln ... 552
11.11 ... Pufferung bei Netzwerk-Sockets ... 562
11.12 ... Standard-E/A-Funktionen verwenden ... 563
11.13 ... Parallele Server ... 565
11.14 ... Synchrones Multiplexing mit select() ... 582
11.15 ... POSIX-Threads und Netzwerkprogrammierung ... 604
11.16 ... Optionen für Sockets setzen und abfragen ... 610
11.17 ... Das UDP-Protokoll (User Datagram Protocol) ... 615
11.18 ... Unix Domain Sockets ... 624
11.19 ... Multicast-Socket ... 630
11.20 ... Nicht blockierende I/O-Sockets ... 639
11.21 ... Streams, TLI, Raw Socket und XTI ... 642
11.22 ... IPv4 und IPv6 ... 644
11.23 ... Netzwerksoftware nach IPv6 portieren ... 646
11.24 ... Sicherheit und Verschlüsselung ... 647
12. MySQL und PostgreSQL ... 649
12.1 ... Relationale Datenbanksysteme ... 649
12.2 ... Der relationale Datenbankserver ... 653
12.3 ... SQL-Server im Überblick ... 653
12.4 ... Die MySQL-Datenbank ... 654
12.5 ... Die MySQL-C-API ... 684
12.6 ... Beispiel: Ein einfaches Newssystem ... 728
12.7 ... Neue SQL-Funktionen für die Shell -- MySQL erweitern ... 759
12.8 ... MySQL-Funktionen mit der UDF-Schnittstelle entwerfen ... 760
12.9 ... PostgreSQL: Ein objektrelationales Datenbankverwaltungssystem ... 771
13. Terminal-E/A und Benutzerschnittstellen für die Konsole ... 813
13.1 ... termios ... 813
13.2 ... Terminalinformationen in terminfo ... 837
13.3 ... Halbgrafik erstellen mit ncurses ... 847
14. GTK+ ... 891
14.1 ... Was ist GTK+? ... 891
14.2 ... GTK+-Anwendungen übersetzen ... 896
14.3 ... Eine Einführung in die GLib-Bibliothek ... 897
14.4 ... Grundlagen der GTK+-Programmierung ... 923
14.5 ... Fenster anlegen mit GtkWindow ... 935
14.6 ... Anzeigeelemente ... 944
14.7 ... Behälter für Widgets ... 953
14.8 ... Buttons und Toggled-Buttons ... 967
14.9 ... Dateneingaben auswerten ... 977
14.10 ... Menüs und Toolbars erstellen ... 989
14.11 ... Mehrzeiligen Text erstellen ... 1009
14.12 ... Auswählen von Widgets (Selection) ... 1023
14.13 ... Events auswerten ... 1033
14.14 ... Weitere Widget- und GTK+-Elemente im Überblick ... 1039
15. Übersicht über weitere beliebte GUI-Bibliotheken ... 1043
15.1 ... gtkmm -- GTK+ für C++ ... 1043
15.2 ... wxWidgets ... 1047
15.3 ... FLTK ... 1051
15.4 ... Qt ... 1053
15.5 ... Die niedrige Ebene: X-Window-Programmierung ... 1056
15.6 ... Multimediabibliotheken ... 1057
16. Werkzeuge für Programmierer ... 1065
16.1 ... Der Compiler GCC ... 1065
16.2 ... make ... 1074
16.3 ... Eigene Bibliotheken erstellen ... 1091
16.4 ... RPM-Pakete ... 1101
16.5 ... RCS und CVS ... 1114
16.6 ... Laufzeitmessung von Programmen ... 1143
16.7 ... Debuggen mit GDB und DDD ... 1151
16.8 ... STRACE -- Systemaufrufe verfolgen ... 1164
16.9 ... Memory Leaks und unerlaubte Speicherzugriffe ... 1167
16.10 ... Ausblick ... 1175
Anhang ... 1177
A ... Sicherheit unter Linux ... 1179
B ... Funktionsreferenz ... 1201
C ... Linux/UNIX-Kommandoreferenz ... 1283
Index ... 1365
1.5 Der Compiler GCC – eine kurze Einführung
Da in diesem Buch Vorkenntnisse in C erforderlich sind, wissen Sie wahrscheinlich schon, womit ein Programm geschrieben, übersetzt und ausgeführt wird. Welchen Editor oder gar welche Entwicklungsumgebung Sie dazu verwenden, bleibt letztendlich Ihnen selbst überlassen. Der eine wird seine Programme vielleicht gerne mit vi oder dem Emacs schreiben, und der andere verwendet vielleicht lieber gleich eine Entwicklungsumgebung wie KDevelop oder Anjuta – dies ist wohl eher Sache des guten Geschmacks. Umsteiger von Windows werden beim Anblick und der Verwendung von vi vielleicht denken, ihre Tastatur sei kaputt, weil sie nicht so reagiert wie bei dem guten alten Edit-Werkzeug, das bei Windows stets mit dabei ist. Echte UNIX-Puristen werden sich dagegen von der überfüllten Entwicklungsumgebung schnell wieder verabschieden.
Lassen Sie sich aber bitte nicht einreden, dass dieses oder jenes Tool oder Editor das Nonplusultra sei. Gehen Sie solchen Puristen am besten gleich aus dem Weg, und verwenden Sie die Programme, die Ihnen am besten zusagen – in 80 Prozent der Fälle tut es nämlich der Editor nano oder der wirklich sehr zu empfehlende Editor SciTE, der allerdings wegen der Menüsteuerung einen Desktop voraussetzt. Ob Ihr Editor und Ihre Kommandozeile dann in einem separaten Fenster laufen oder nicht, ist fast immer zweitrangig. Zum Übersetzen der Programme in diesem Buch reicht jedenfalls die Kommandozeile aus. Daher werden wir gerade für Umsteiger oder Einsteiger hier in einer kurzen Einführung die wichtigsten Optionen des GNU C Compilers (GCC) beschreiben. Für mehr Informationen sollten Sie dann auch die Manual Page von GCC lesen. Dies können Sie mit dem folgenden Kommando in der Kommandozeile erledigen:
man gcc
Hinweis
GCC ist hier übrigens die Abkürzung von »GNU C Compiler Collection«, GCC wird aber meist mit dem Compiler GCC gleichgesetzt. Im Endeffekt ist dies nicht ganz richtig, weil ja zu dem Compiler selbst noch eine Sammlung (engl. collection) nützlicher Bibliotheken gehört. Aber viele Benutzer sind nicht so spitzfindig und setzen GCC mit dem Compiler gleich.
1.5.1 Den GCC von der Kommandozeile aus aufrufen
Generell gibt es vier Aufrufmöglichkeiten des GCC von der Kommandozeile aus, wobei nicht alle Varianten bei Ihnen installiert sein müssen. Gewöhnlich wird für den Aufruf des GCC das Kommando gcc verwendet, aber es sind eventuell auch noch folgende Varianten vorhanden:
-
cc
-
g++
-
c++
In Wahrheit ist der GCC nämlich nur ein sogenanntes Frontend. Ein Frontend ist ein Programm, das andere Programme aufruft, je nachdem, welche Parameter Sie über die Kommandozeile übergeben. Beim GCC sind dies: Der Präprozessor cpp, der Compiler cc1 oder cc1plus, der Assembler as und der Linker collect2 inklusive ld. GCC bestimmt in der Regel anhand der Dateiendung selbst, welchen Compiler er anzuwenden hat. Daher lässt sich GCC sowohl für C und C++ als auch für Assembler-Dateien anwenden. Das ist sogar manchmal sinnvoller, als nur den Assembler as oder den Linker ld aufzurufen, denn das GCC-Frontend übergibt noch weitere Flags, die in der Regel dazu führen, dass man keine Fehlermeldung(en) beim Ausführen bekommt. Ein Flag ist hierbei eine Art Schalter, der eine bestimmte Funktion ein- oder ausschaltet. So kann z. B. durch das Flag -lm die Mathematikbibliothek eingebunden werden, die beispielsweise Fließkommaprozessoren unterstützt.
Die Frontends g++/c++ weisen den Linker ld zusätzlich an, die STL usw. mit einzubinden, was beim GCC trotz der Dateiendung nicht passiert und daher immer wieder bei Anfängern unter Linux zur Verwirrung führt. Meistens sind cc und c++ bzw. posix_cc und posix_c++ aber nur Aliasse für gcc und g++, aber das muss nicht immer der Fall sein. Am besten ist es deshalb, wenn Sie eine C++-Datei mit dem C++-Kommando kompilieren, denn damit können Sie eigentlich nichts falsch machen.
1.5.2 Wichtige Kommandozeilen-Parameter für den GCC
Wenn Sie den GCC aufrufen, erwartet er erst einmal Befehle (sogenannte Parameter), die angeben, was er mit dem Quellcode tun soll. gcc kennt unzählige Optionen. Die wichtigsten finden Sie in Tabelle 1.1 zusammengefasst.
| Option | Bedeutung |
|---|
| -o | (output) Wollen Sie, dass der Compiler die ausführbare Datei anders benennt als a.out, dann sollten Sie mit dieser Option den Namen der Ausgabedatei angeben. |
| -c | (compile) Kompilieren, ohne zu linken |
| -Dname=value | (define) Definiert ein Präprozessor-Makro mit dem Namen name und dem Wert value in der Kommandozeile. |
| -Idirname | (include directory) Fügt dirname zur Liste der Include-Dateien hinzu, in denen danach gesucht werden soll. |
| -Ldirname | (library) Fügt dirname zur Liste der Verzeichnisse hinzu, in denen nach Bibliotheksdateien gesucht werden soll (-L gilt für .so und .a). |
| -static | Es werden nur statische Bibliotheken zum Linken verwendet. |
| -lname | (library) Gibt die Bibliothek an, die hinzugelinkt werden soll. Hier die Bibliothek name (wird eine .so-Datei gefunden, wird sie benutzt, andernfalls .a, sollte diese existieren). |
| -O | (optimize) den kompilierten Quellcode optimieren |
| -On | (optimize) Wie das Flag -O, nur kann mit n die Optimierungsstufe angegeben werden. Mindestens ist 1 und maximal 3 möglich. Mit der Angabe von 0 wird die Optimierung ausgeschaltet. Es sind auch Levels oberhalb 3 möglich, die haben aber keinen Effekt. |
| -g | (debug) Fügt Standard-Debug-Informationen zum Debuggen hinzu. |
| -ggdb | (debug gdb) Fügt Debug-Informationen hinzu, die nur der Debugger gdb versteht (auch hier gibt es wieder verschiedene Stufen; wer in der Welt der vielen -g-Möglichkeiten einfach nur »alles« will, gibt am besten -ggdb3 an; da hat man alles (laut Manpage). ... |
