Linux/Unix- Systemprogrammierung

Transkript

1 Helmut Herold Linux/Unix- Systemprogrammierung 3., aktualisierte Auflage An imprint of Pearson Education München Boston San Francisco Harlow, England Don Mills, Ontario Sydney Mexico City Madrid Amsterdam

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Gliederung dieses Buches Unix-Standards und -Implementierungen Beispiele und Übungen Hinweis zu den Linux/Unix-Büchern von Helmut Herold Überblick über die Unix-Systemprogrammierung Anmelden am Unix-System Dateien und Directories Ein- und Ausgabe Prozesse unter Unix Ausgabe von System-Fehlermeldungen Benutzerkennungen Signale Zeiten in Unix Unterschiede zwischen Systemaufrufen und Bibliotheksfunktionen Unix-Standardisierungen und -Implementierungen Limits Übung Überblick über C89/C Allgemeines Der Präprozessor Die Sprache C89 bzw. C Die standardisierte C89-/C99-Bibliothek Übung

3 vi Inhaltsverzeichnis 3 Standard-E/A-Funktionen Der Datentyp FILE stdin, stdout und stderr Öffnen und Schließen von Dateien Lesen und Schreiben in Dateien Pufferung Positionieren in Dateien Temporäre Dateien Löschen und Umbenennen von Dateien Ausgabe von Systemfehlermeldungen Übung Elementare E/A-Funktionen Filedeskriptoren Öffnen und Schließen von Dateien Lesen und Schreiben in Dateien Positionieren in Dateien Effizienz von E/A-Operationen Kerntabellen für offene Dateien File Sharing und atomare Operationen Duplizieren von Filedeskriptoren Ändern oder Abfragen der Eigenschaften einer offenen Datei Filedeskriptoren und der Datentyp FILE Das Directory /dev/fd Übung Dateien, Directories und ihre Attribute Dateiattribute Dateiarten Zugriffsrechte einer Datei Eigentümer und Gruppe einer Datei Partitionen, Filesysteme und i-nodes Symbolische Links Größe einer Datei Zeiten einer Datei Directories

4 Inhaltsverzeichnis vii 5.10 Gerätedateien Der Puffercache Übung Informationen zum System und seinen Benutzern Informationen aus der Passwortdatei Informationen aus der Gruppendatei Informationen aus Netzwerkdateien Informationen zum lokalen System Informationen zu Systemanmeldungen Übung Datums- und Zeitfunktionen Datentypen und Konstanten Datums- und Zeitfunktionen Übung Nicht-lokale Sprünge Die Headerdatei <setjmp.h> Übung Der Unix-Prozess Start eines Unix-Prozesses Beendigung eines Unix-Prozesses Environment eines Unix-Prozesses Speicherbelegung eines Unix-Prozesses Ressourcenlimits eines Unix-Prozesses Ressourcenbenutzung eines Unix-Prozesses Übung Die Prozesssteuerung Prozesskennungen und die Unix-Prozesshierarchie Kreieren von neuen Prozessen Warten auf Beendigung von Prozessen Synchronisationsprobleme zwischen Eltern- und Kindprozessen Die exec-funktionen Die Funktion system

5 viii Inhaltsverzeichnis 10.7 Ändern der User-ID und Group-ID eines Prozesses Informationen zu Prozessen Übung Attribute eines Prozesses (Kontrollterminal, Prozessgruppe und Session) Prozessgruppen Session Kontrollterminals, Sessions und Prozessgruppen Jobkontrolle und Programmausführung durch die Shell Verwaiste Prozessgruppen Übung Blockierungen und Sperren von Dateien Blockierende und nichtblockierende E/A-Operationen Sperren von Dateien (record locking) Signale Das Signalkonzept und die Funktion signal Signalnamen und Signalnummern Probleme mit der signal-funktion Das neue Signalkonzept Senden von Signalen mit den Funktionen kill und raise Einrichten einer Zeitschaltuhr und Suspendieren eines Prozesses Anormale Beendigung mit Funktion abort Zusätzliche Argumente für Signalhandler Übung STREAMS in System V Allgemeines zu STREAMS STREAM-Messages Übung Fortgeschrittene Ein- und Ausgabe E/A-Multiplexing Asynchrone E/A Memory Mapped I/O Weitere read- und write-funktionen Übung

6 Inhaltsverzeichnis ix 16 Dämonprozesse Typische Unix-Dämonen Besonderheiten von Dämonen Schreiben von eigenen Dämonen Fehlermeldungen von Dämonen Übung Pipes und FIFOs Überblick über die unterschiedlichen Arten der Interprozesskommunikation Pipes Benannte Pipes (FIFOs) Übung Message-Queues, Semaphore und Shared Memory Allgemeine Strukturen und Eigenschaften Message-Queues Semaphore Shared Memory Übung Stream Pipes und einfache Client-Server-Realisierungen Client-Server-Eigenschaften der klassischen IPC-Methoden Stream Pipes Austausch von Filedeskriptoren zwischen verwandten Prozessen in SVR Client-Server-Realisierung mit verwandten Prozessen in SVR Übung Netzwerkprogrammierung mit Sockets Allgemeines zu Netzwerken Grundlagen der Socket-Programmierung Elementare TCP-Socket-Funktionen Elementare UDP-Socket-Funktionen E/A-Multiplexing mit den Funktionen select und poll Socket-Optionen Umwandlung von Namen in Adressen und umgekehrt Unix Domain-Protokolle

7 x Inhaltsverzeichnis 20.9 Die Internet-Superserver inetd/xinetd Weitere Funktionen zum Lesen und Schreiben in Sockets Socket-Timeouts und nicht blockierende Socket-Operationen Broadcasting mit UDP Out-of-Band-Daten Eigene Funktionen für die Netzwerkprogrammierung Threads Gegenüberstellung von Prozessen und Threads Kreieren und Beenden von Threads Synchronisation von Threads Typische Anwendungen von Threads pthread_once Einmalige Ausführung von Initialisierungscode Thread-Attribute Abbrechen von Threads Thread-spezifische Daten Realzeit-Operationen Notwendige POSIX-Erweiterungen und -Anpassungen Weitere Synchronisationsmechanismen Anwendungsbeispiele Terminal-E/A Charakteristika eines Terminals im Überblick Terminalattribute und Terminalidentifizierung Spezielle Eingabezeichen Terminalflags Baudraten von Terminals Zeilensteuerung bei Terminals Kanonischer und nicht-kanonischer Modus Terminalfenstergrößen termcap, terminfo und curses S-Lang Eine Alternative zu curses unter Linux Die Linux-Konsole Die Programmierung von virtuellen Konsolen unter Linux Übung

8 Inhaltsverzeichnis xi 23 Weitere nützliche Funktionen und Techniken Expandierung von Dateinamen String-Vergleiche mit regulären Ausdrücken Abarbeiten von Optionen auf der Kommandozeile Wichtige Entwicklungswerkzeuge gcc Der GNU-C-Compiler ld Der Linux/Unix-Linker gdb Der GNU-Debugger strace Mitprotokollieren aller Systemaufrufe Tools zum Auffinden von Speicherüberschreibungen und -lücken ar Erstellen und Verwalten von statischen Bibliotheken Dynamische Bibliotheken make Ein Werkzeug zur automatischen Programmgenerierung A Headerdatei eighdr.h und Modul fehler.c A.1 Headerdatei eighdr.h A.2 Zentrales Fehlermeldungsmodul fehler.c B Ausgewählte Lösungen zu den Übungen B.1 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 4 (Elementare E/A-Funktionen) 1235 B.2 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 5 (Dateien, Directories und ihre Attribute) B.3 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 8 (Nicht-lokale Sprünge) B.4 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 9 (Der Unix-Prozess) B.5 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 10 (Die Prozesssteuerung) B.6 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 11 (Attribute eines Prozesses) B.7 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 13 (Signale) B.8 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 14 (STREAMS in System V) B.9 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 15 (Fortgeschrittene Ein- und Ausgabe) B.10 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 16 (Dämonprozesse) B.11 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 17 (Pipes und FIFOs) B.12 Ausgewählte Lösungen zu Kapitel 18 (Message-Queues, Semaphore und Shared Memory)

9 xii Inhaltsverzeichnis Literaturverzeichnis Die Programmiersprache C Allgemein zu Linux/Unix Linux/Unix-Systemprogrammierung Stichwortverzeichnis