《Linux系统的C编程》课件

系统的编程Linux C本课件将带您深入探索Linux系统下的C编程世界从基础知识到高级技巧，您将掌握编写高效、可移植的C代码系统简介Linux开源操作系统多任务和多用户广泛应用命令行界面Linux是一款自由和开源的操Linux支持多任务处理，允许Linux在服务器、嵌入式设Linux系统提供了强大的命令作系统，这意味着其源代码可多个程序同时运行，并可支持备、移动设备、超级计算机等行界面，允许用户通过命令来供所有人使用和修改多个用户同时访问系统领域得到广泛应用管理系统和执行操作系统的文件系统结构Linux树状结构，根目录“/”目录和文件符号链接常见文件系统•ext2/3/4•btrfs•xfs系统编程环境搭建Linux安装Linux系统1选择适合的Linux发行版，例如Ubuntu或CentOS配置开发环境2安装必要的开发工具，如GCC编译器和文本编辑器创建项目目录3在Linux系统中创建一个目录，存放您的C语言代码测试环境4编写一个简单的C程序，编译并运行它，确认环境是否正确搭建好Linux系统编程环境后，就可以开始学习C语言编程，并深入探索Linux系统编程的奥妙编译器的使用gcc编译过程编译选项gcc编译器将C代码转换为可gcc支持多种编译选项，例如-执行文件o指定输出文件，-Wall启用所有警告链接库gcc可以链接静态库和动态库，扩展程序功能基本的语言数据类型C整数类型浮点类型字符类型枚举类型整数类型用于存储整数值，浮点类型用于存储带有小数字符类型用于存储单个字枚举类型用于定义一组具有例如char、short、int、点的数值，例如float和符，例如char类型特定名称的常量，例如long和long longdouble enumchar类型通常占用1个字它们之间的主要区别在于所float类型通常占用4个字节，它可以存储ASCII码表枚举类型可以帮助提高代码占用的内存空间大小，因此节，double类型通常占用中的任何字符的可读性和可维护性能表示的数值范围也不同8个字节，double类型比float类型可以存储更大的数值，并且精度更高变量和常量的声明与定义变量声明变量定义12声明指定变量的数据类型和名定义变量并分配内存空间，可称例如，int number;定以初始化变量例如，int义一个名为number的整型age=25;定义一个名为age变量的整型变量，并初始化为25常量声明常量定义34常量声明是指在程序运行过程使用#define宏定义常量，中值不会改变的量，使用关键例如，#define字const声明例如，const MAX_SIZE100;定义一个float PI=

3.14159;名为MAX_SIZE的常量，值为100运算符和表达式算术运算符关系运算符逻辑运算符位运算符C语言提供了常见的算术运关系运算符用于比较两个操逻辑运算符用于组合多个条位运算符用于操作操作数的算符，包括加、减、乘、除作数的值它们用于确定操件表达式，并根据这些条件二进制表示形式它们用于和取余这些运算符用于执作数之间的大小关系，例如表达式返回一个布尔值它进行按位与、按位或、按位行数学运算，例如计算两个相等、不相等、大于、小们用于构建更复杂的条件语异或、左移和右移等操作，数字的总和或两个数字的于、大于等于和小于等于句，例如判断两个条件是否这些操作在特定情况下可提商都成立或其中一个条件是否高程序效率成立分支语句和if-else switch-caseif-else语句1根据条件判断执行不同的代码块if语句用于判断条件是否为真，如果为真，则执行if代码块，否则执行else代码块switch-case语句2switch-case语句根据表达式的值选择执行不同的代码块switch语句用于将表达式的值与case语句中的值进行比较，如果匹配，则执行该case代码块，否则执行default代码块示例3if语句用于判断年龄是否大于18，如果大于18，则打印“成年人”，否则打印“未成年人”switch语句用于判断星期几，并根据星期几打印不同的信息循环语句、和while do-while forwhile循环1条件满足时执行循环体do-while循环2至少执行一次循环体for循环3用于特定次数的循环循环语句是C编程中常用的控制流程结构while循环语句用于在条件满足时重复执行一段代码块，直到条件不满足为止do-while循环语句与while循环语句类似，但它至少会执行一次循环体，然后根据条件判断是否继续循环for循环语句通常用于执行固定次数的循环，它使用一个计数器来控制循环的次数在Linux系统编程中，循环语句可以用来处理各种数据结构，例如数组和链表，以及实现一些常见的算法，例如排序和查找算法数组和字符串处理数组字符串数组是一种数据结构，用于存储字符串是字符的序列，可以用于相同数据类型的一系列元素可存储文本信息在C语言中，字以根据索引访问数组中的元素符串通常以NULL字符结尾字符串操作数组与字符串C语言提供了多种用于处理字符在C语言中，字符数组可以用于串的函数，例如字符串连接、字存储字符串可以利用指针访问符串比较和字符串复制等字符串中的字符函数的定义和调用函数定义函数定义包括函数名、参数列表和函数体函数体包含一系列语句，用于完成特定任务函数调用使用函数名和实参调用函数，将控制权传递给函数，执行函数体代码参数传递函数调用时，将实参传递给形参，形参是在函数定义中声明的变量返回值函数执行完成后，可以使用return语句返回一个值到调用函数处指针的概念及其应用指针的概念指针的用途指针的应用指针是一种特殊的变量，存储的是内存地指针可以用于访问内存中特定的位置，实指针在C语言中应用广泛，例如访问数组址现动态内存分配、函数参数传递、数据结元素、字符串处理、函数调用、动态内存构的构建等功能管理等动态内存分配和释放malloc函数在堆上分配内存，返回指向分配区域的指针calloc函数分配一块内存，并将其初始化为0realloc函数调整已分配内存块的大小，返回指向调整后内存块的指针free函数释放动态分配的内存空间，避免内存泄漏文件操作I/O文件打开文件读写12使用open函数打开文件，指定文件路径和访问模式使用read和write函数分别读取和写入文件内容文件关闭文件定位34使用close函数关闭文件，释放文件资源使用lseek函数设置文件指针的位置标准输入输出函数标准输入通常指键盘输入，由文件描述符0表示标准输出通常指显示器输出，由文件描述符1表示标准错误输出通常指显示器输出，由文件描述符2表示系统编程系统调用Linux直接与内核交互提供基本服务高效的机制系统调用是用户程序与内核之间通信的桥系统调用是操作系统提供的底层API，它系统调用通常由汇编语言实现，并通过中梁，允许程序访问内核提供的服务，例如们为应用程序提供了访问系统资源和执行断机制与内核进行交互，保证系统资源的文件操作、进程管理和网络通信关键操作的机制安全性并提高系统效率信号处理机制

11.信号的概念

22.信号处理函数Linux系统使用信号来通知程序员可以使用信号处理函数进程发生的事件来处理接收到的信号

33.信号的发送与接收

44.信号屏蔽可以通过系统调用或其他进程进程可以通过屏蔽信号来阻止发送信号给进程接收特定信号进程的创建、控制和通信创建进程1fork函数用于创建子进程控制进程2使用wait函数等待子进程终止进程间通信3管道、消息队列和共享内存等方式进程创建是指在操作系统中启动一个新的进程可以使用fork函数创建子进程，并通过wait函数等待子进程终止进程间通信是指不同进程之间相互传递信息，常用的方法包括管道、消息队列和共享内存等线程的概念及其编程线程的概念线程的创建与管理线程编程模型线程是进程的执行单元，可以共享进可以使用pthread库创建和管理线可以使用多线程编程模型提高程序的程的资源程，并进行同步和互斥操作并发性和效率•轻量级进程•创建线程•任务分解•并发执行•销毁线程•线程调度•共享内存空间•线程同步和互斥•线程间通信管道和命名管道管道命名管道管道是Linux系统中进程间通信的一种命名管道是管道的一种扩展机制它允许不同进程之间相互通信，而不仅它允许一个进程向另一个进程发送数仅是父进程和子进程据命名管道是双向的，数据可以在两个方管道是单向的，数据只能从一个进程流向上流动向另一个进程共享内存和信号量共享内存信号量共享内存允许多个进程访问同一块内信号量是一种同步机制，用于控制对存区域这提供了比管道和消息队列共享资源的访问，以防止多个进程同更快的通信方式时修改同一个数据结构套接字网络编程基础套接字的概念套接字是网络应用程序之间进行通信的接口它们提供了一种抽象层，允许应用程序以一致的方式与各种网络协议进行交互套接字使用IP地址和端口号来标识网络上的特定进程，以便应用程序可以彼此连接和编程实例TCP UDPTCP套接字编程1TCP提供可靠的、面向连接的通信它保证数据按顺序到达，并且提供错误检查和流量控制•服务器监听特定端口•客户端连接到服务器•双向数据传输•连接关闭UDP套接字编程2UDP提供无连接的、不可靠的通信它速度快，但不保证数据按顺序到达或到达•服务器监听特定端口•客户端发送数据到服务器•服务器接收数据并处理应用场景3TCP适用于需要可靠通信的应用，例如文件传输、网页浏览和电子邮件UDP适用于对可靠性要求不高的应用，例如视频流、游戏和语音聊天并发编程中的同步和互斥同步机制互斥机制确保多个线程访问共享资源时，保证同一时间只有一个线程可以按照特定的顺序进行访问，避免访问共享资源，防止多个线程同数据不一致和错误时修改资源，导致数据冲突常见同步和互斥机制•互斥锁•信号量•条件变量•读写锁并发编程中的死锁问题资源竞争循环等待12多个线程同时请求访问同一资线程之间相互等待对方释放资源，而该资源只能被一个线程源，形成循环等待的闭环，无访问法打破预防死锁检测死锁34通过引入资源排序或避免循环监控线程状态，检测死锁发等待来避免死锁的发生生，并采取措施解决，例如终止或重启线程并发编程中的调度算法先到先服务FIFO优先级调度按任务到达顺序进行处理，简单易实现根据优先级分配处理器时间，适合实时系统时间片轮转最短作业优先每个任务轮流执行一小段时间，提高公平性优先执行最短的任务，提高系统吞吐量系统编程的性能优化Linux代码优化系统调优并发优化性能分析通过代码优化，可以提高代码合理配置系统参数，例如内核使用多线程、多进程等技术，使用性能分析工具，例如效率，减少资源消耗，从而提参数、内存管理、磁盘调度提高程序的并发性能，充分利perf、strace等，识别性能升性能等，可以优化系统性能用系统资源瓶颈，有针对性地进行优化系统编程的调试技术Linux调试器日志记录GDB是常用的调试器，它允许在代码中添加日志记录语句，以您设置断点、单步执行代码并检记录程序执行的步骤和变量的查变量的值值这有助于您在调试过程中跟踪程序的执行流程代码分析测试使用代码分析工具，如编写单元测试，以验证代码的正Valgrind，来检测内存泄漏、确性测试可以帮助您在早期阶访问冲突和其他常见错误段发现错误实战案例分析和讨论通过实际案例，深入分析Linux系统编程中遇到的常见问题和解决方案探讨网络编程、多线程编程、进程间通信等应用场景，并分析代码实现细节鼓励学生积极参与讨论，分享经验，并提出自己的见解总结和展望本课程系统地讲解了Linux系统的C编程，从基础概念到高级应用通过学习本课程，您可以掌握Linux系统编程的核心技能，为今后的软件开发奠定坚实基础。