嵌入式Linux学习七步曲_Chap7 - 高级应用编程.pdf

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1、嵌入式嵌入式Linux学习七步曲学习七步曲Sailor_forever(扬帆扬帆)自由传播 版权所有 翻版必究自由传播 版权所有 翻版必究八一卦-我是whon目前就职于通信行业某外企研发中心n参与校园招聘和社会招聘的技术面试工作n5年嵌入式软件开发经验，擅长嵌入式Linux开发；n接触的软硬件平台包括ARM，DSP，PowerPC，uC/OS-II，Linux，VxWorks及OSE八一卦-我是whon嵌入式Linux七步曲 学习群 交流讨论 资源共享n群号 nhttp:/ 个月n1年左右n2年以上n多少人参加过系列交流会？5嵌入式Linux学习七步曲1 1 13 3 34 4 4Linux主

2、机开发环境主机开发环境嵌入式嵌入式Linux交叉开发环境交叉开发环境Linux系统系统bootloader移植移植Linux的内核移植的内核移植5 5 5Linux的内核及驱动开发的内核及驱动开发2 2 26 6 6文件系统制作文件系统制作7 7 7Linux的高级应用编程的高级应用编程6Key To SuccessnGoogle、Baidun理论+实践（开发板）（开发板）n勤于思考，善于总结n多上相关技术论坛，他山之石可以攻玉n良好的文档撰写习惯nPassion！7C H A P T E RLinux的高级应用的高级应用编程编程8主要内容1 1 14 4 4多进程编程多进程编程多线程编程多线

3、程编程网络编程网络编程应用程序的调试技巧应用程序的调试技巧2 2 23 3 39多进程编程n进程组成n进程控制n进程间的通信机制10进程组成n何谓进程？n进程和程序的区别n进程的特性11何谓进程？n定义n由代码段（text）、用户数据段（user segment）以及系统数据段（systemsegment）共同组成的一个动态执行环境n代码段可共享n用户数据段存放全局变量n系统数据段为进程的管理控制信息12进程和程序的区别n程序n静态对象，纯粹的数据。编译后形成的可执行代码n由代码段、数据段、BSS段等组成，是进程的一部分n进程n程序的动态实例n同一个程序可以有多个有多个动态实例动态实例，多份拷

4、贝13进程的特性n进程的状态n根据OS的调度处在不同的状态n进程的地址空间n用户空间n内核空间n独立栈独立栈1415进程控制n父子进程nforknExecnsystemn孤儿进程n僵尸进程16父子进程n亲缘关系n描述了系统进程创建的关系n祖先进程nLinuxrc启动脚本n/sbin/initn1号进程nps-ef17forkn功能n创建一个子进程nFork的返回值是父子进程的分岔点n对于父进程，返回值为子进程的pidn子进程，返回值0nFork产生的父子进程的关系n共享代码段n拷贝数据段和堆栈段n子进程继承父进程的所有资源n只有在数据段发生变化时才从物理上进行分离18execn功能n改变当前进

5、程的行为，替换为另一个进程nexec产生的进程与原进程的关系n进程id不变，只留下躯壳n更新代码段，创建新的数据段和堆栈19systemn功能n在父进程里面启动一个新的命令，并等待该命令执行完成n流程n函数先调用fork()n然后再调用exec()来执行用户的登录shell，通过它来查找可执行文件的命令并分析参数nwait()函数族之一来等待子进程的结束20孤儿进程n定义n父进程先于子进程消亡，子进程即变为孤儿进程n解决办法n对系统无影响n孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养21僵尸进程n定义n子进程消亡时，父进程未回收task_struct资源，只剩下空壳，故为僵尸n原因n子进程结束

6、后向父进程发出SIGCHLD信号，父进程忽略了它n父进程没有调用wait()或waitpid()函数来等待子进程的结束n解决方案n父进程可以通过wait系列的系统调用（如wait4、waitid）来等待某个或某些子进程的退出，并获取它的退出信息n杀死父进程可以让init进程回收僵尸进程的资源2223进程间的通信机制n进程间的约束关系n通信机制的来源n通信机制的类型24进程间的约束关系n同步n指系统中一些进程需要相互合作，共同完成一项任务n互斥n由于各进程要求共享资源，但某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性n临界区n访问共享资源的代码n死锁n指多个进程互不相让，都得不到足

7、够的资源n各进程按照相同的顺序获取互斥资源可以防止死锁25通信机制的来源26通信机制的来源nUnix IPC n管道、FIFO、信号nSystem V IPC n消息队列、信号灯、共享内存nPosix IPC n消息队列、信号灯、共享内存nsocket 27通信机制的类型n管道pipen管道FIFOn共享内存n消息队列n信号灯n信号nsocket28管道pipen特点n是一种单向的数据流，一个进程写入数据另外一个进程读取数据，典型的生产者消费者模型n基于文件系统，但是其仅存在于内存中，无文件实体n在最后一个访问管道的进程终止后，管道就被自动删除n适用场合n具有亲缘关系的进程n单处理器29管道p

8、ipe30管道FIFOn特点n类似普通文件，存在文件实体n不支持lseek文件定位操作nMkfifo命令或者函数建立n可以使用路径来指示FIFOn严格的先进先出，从开始处返回数据，写入时总是将数据添加到末尾n适用场合n任意进程间的通信n单处理器31共享内存n特点n内核的专用内存区n需要访问的进程将其映射到私有地址空间n多进程直接读取内存，无需拷贝数据n因为共享，所以需要互斥，通常和信号灯配合使用n可以通过使用shmctl函数设置共享存储内存的某些标志位如SHM_LOCK、SHM_UNLOCK等来实现n适用场合n任意进程间的快速通信n单处理器32消息队列n特点n一个消息列表，用户可以添加及读取消

9、息n类似FIFO，但可以根据msg类型实现随机读取n可根据消息类型实现不同的功能n操作类型包括创建、发送、接收及控制n消息存在于内核中，由队列id标识n适用场合n任意进程间的通信n单处理器33信号灯n特点n实现资源的互斥访问n无法携带其他更多的辅助信息n适用场合n任意进程间的互斥通信n单处理器34信号n特点n是一种异步机制，是软件层次上对中断的一种模拟n每一个进程可以自定义对信号的处理流程，甚至改变信号的行为n忽略、捕捉、默认行为nSigkill和sigstop不能忽略n适用场合n任意进程间的通信，通常用于内核向进程发送消息n单处理器35信号36socketn特点n基于套接字的编程，利用TCP

10、/IP协议栈n可以实现任意类型的通信，消息可以自由定义n适用场合n任意进程间的通信n单处理器及多机多机3738主要内容1 1 14 4 4多进程编程多进程编程多线程编程多线程编程网络编程网络编程应用程序的调试技巧应用程序的调试技巧2 2 23 3 339多线程编程n线程的特点nLinux的线程模型n线程的通信机制40进程和用户线程的区别n线程n进程的子集，由线程库调度，程序执行的最小单位n多线程模型设计使程序更简洁明了n更好的支持SMP以及减小上下文切换开销n进程n资源分配和管理的最小单位n具备独立的地址空间n创建销毁慢n内核调度的基本单位n上下文切换开销大41进程和用户及内核线程的区别n进程

11、n内核调度的基本单位n包括用户空间和内核空间两部分n用户线程n线程库调度，只有用户空间n内核线程n内核调度，只有内核空间n其他和进程一样42Linux的线程模型n一对多模型43线程间的通信机制nThread-specific Data n仅供本线程使用的全局变量n互斥锁npthread_mutex_tn实现线程间的互斥访问n条件变量npthread_cond_tn利用共享的全局变量进行同步n需要和线程锁配合使用以防止竞态n信号灯n可以有多个值，主要用于同步操作n即使没有人等待灯，释放灯也是有意义的4445主要内容1 1 14 4 4多进程编程多进程编程多线程编程多线程编程网络编程网络编程应用程

12、序的调试技巧应用程序的调试技巧2 2 23 3 346网络编程n网络编程的基本流程n并发服务器的设计模型47网络编程的基本流程nTCP n演示nUDPn演示48并发服务器的设计模型n多进程n每个进程服务一个客户端。优势是有各自独立的地址空间，可靠性高，但进程调度开销大，无法资源共享，进程间通信机制复杂n多线程n每个线程服务一个客户端。优势是开销小，通信机制简单，可共享内存。但共享地址空间，可靠性低，一个服务器出现问题时可能导致系统崩溃，同时全局共享可能带来竞争，共享资源需要互斥，对编程要求高49并发服务器的设计模型n单进程selectn占有的进程及线程资源少，通信机制简单。但监听服务器及各个子

13、服务器揉和在一起，程序结构复杂不清晰，编程麻烦5051主要内容1 1 14 4 4多进程编程多进程编程多线程编程多线程编程网络编程网络编程应用程序的调试技巧应用程序的调试技巧2 2 23 3 352应用程序的调试技巧n错误打印n内存泄露检查nCore dumpn自动调用GDBn自动显示调用栈53错误打印nAbortn异常终止程序，不做清除工作nExitn正常终结目前进程的执行，并把参数 status 返回给父进程nAtexitn注册程序正常终止时要被调用的函数nStrerrorn返回错误原因的描述字符串nperrorn返回错误原因的描述字符串，并把它输出到标准错误输出流54错误打印n_FILE

14、_nLog对应的源文件名n_LINE_nLog对应的行号n_FUNCTION_nLog对应的函数名55内存泄露检查n功能n检查是否有不对称的动态内存申请释放以及指针越界操作ntoolsnMtracenmemwatch56Core dumpn功能n当出现非法地址访问时会出现segmentation fault，使能core dump后会自动记录程序崩溃时的内存现场至log文件n可以利用gdb工具读取该log文件获得程序崩溃的位置及原因ntoolsnsysctl-w“kernel.core_pattern=/xx/%e-core.%p”设置产生的core dump文件的路径及命名规则ngdb EX

15、ECUTALBE_FILE CORE_FILE分析core dump文件nbt 打印出错的栈调用信息57自动调用GDBn功能n当出现非法地址访问时会出现segmentation fault，内核会向对应的进程发送SIGSEGV，其默认行为是打印segmentation faultn可以改变SIGSEGV信号的默认行为，在处理函数里自动调用gdb启动调试ntoolsnGetpid获得当前运行进程的pid号n根据/proc/pidxxx/cmdline获得gdb启动时的参数n获得SIGSEGV信号自动调用“gdb axxx”nbt 打印出错的栈调用信息58自动显示调用栈n功能n嵌入式平台上一般没有gdb等调试工具，另外单步调试对于多进程多线程程序的调试不方便n当出现非法地址访问时会出现segmentation fault，可以改变SIGSEGV信号的默认行为，在处理函数里自动打印栈信息，模拟bt命令ntoolsnBacktrace获得当前函数调用的级别nbacktrace_symbols获得部分符号化的调用栈nObjdump反汇编程序，分析栈中返回地址对应的上一条指令地址5960