查了好多资料，发现还是不全，干脆自己整理吧，至少保证在我的做法正确的，以免误导读者，也是给自己做个记录吧！

    学号：sa×××310 姓名：××涛

    环境：Ubuntu13.04  gcc4.7.3

    

1.进程管理

       Linux中的进程主要由kernel来管理。系统调用是应用程序与内核交互的一种方式。系统调用作为一种接口，通过系统调用，应用程序能够进入操纵系统内核，从而使用内核提供的各种资源，比如操纵硬件，开关中断，改变特权模式等等。

       罕见的系统调用：exit,fork,read,write,open,close,waitpid,execve,lseek,getpid...

      用户态和内核态

      为了使操纵系统提供一个很好的进程抽象，限制一个程序可以执行的指令和可以拜访的地址空间。

      处置器平日是使用某个控制寄存器中的一个模式位来提供这类功能，该寄存器描述了进程以后享有的特权。当设置了模式位时，进程就运行在内核态，可以执行指令会合的任何指令，并且可以拜访系统中任何存储器位置。

      没有设置模式位时，进程就运行在用户态，不允许执行特权指令，也不允许直接引用地址空间中内核区内的代码和数据。任何这样的实验都市致使致命的掩护故障，反之，用户程序必须通过系统调用接口间接地拜访内核代码和数据。

    

        关于fork的分析，拜见。

        waitpid

       首先来了解一下僵尸进程，当一个进程由于某种原因终止时，内核并非当即把它从系统中清除。相反，进程被保存在一种已终止的状态中，直到它的夫进程回收。当父进程回收已终止的子进程时，内核将子进程的退出状态传递给父进程，然后摈弃已终止的进程，从此时开始，该进程就不存在了。一个终止了但还未被回收的进程称为僵尸进程。

     如果父进程没有回收子进程就终止了，子进程就成了僵尸进程，即时没有运行，但仍然消耗系统的存储器资源。

      一个进程可以通过调用waitpid函数来等待它的子进程终止或是停止。

     函数原型如下:

    pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)

    如果成功，则为子进程的PID，如果WNOHANG，则为0，如果其他错误，则为-1.

    看一个waitpid函数的例子。

#include"csapp.h"#include
    
     #define N 5int main(){    int status, i;    pid_t pid;        for(i=0; i
     
      0)    {        if(WIFEXITED(status))            printf("Child %d exited normally with status=%d!\n",pid,WIFEXITED(status));        else            printf("Child %d terminated abnormally!\n",pid);    }    if(errno != ECHILD)      unix_error("waitpid error\n");    return 1;}
     
    

    运行结果

    

    

    waitpid的第一个参数是-1，则等待集合由父进程的所有子进程构成。大于0的话就是等待进程的pid。 

    waitpid的第三个参数是-1，则waitpid会挂起调用进程的执行，直到它的等待集合的一个子进程终止。如果等待集合中的一个进程终止了，那么waitpid就当即返回。

    程序运行的结果就是waitpid函数不按照特定的次序回收僵死的子进程。

    

    提一下wait函数，它就是waitpid函数的简单版本，原型如下：

    pid_t wait(int *status)

    等价于waitpid(-1, &status, 0)

    

    execve

        在Linux中要使用exec函数族来在 一个进程中启动另一个程序。系统调用execve（）对以后进程停止替换，替换者为一个指定的程序，其参数包括文件名（filename）、参数列表（argv）以及环境变量（envp）。exec函数族当然不止一个，但它们大致雷同，在 Linux中，它们分别是：execl，execlp，execle，execv，execve和execvp，下面我只以execve为例，其它函数究竟与execlp有何区分，请通过man exec命令来了解它们的具体情况。

一个进程一旦调用exec类函数，它本身就"死亡"了，系统把代码段替换成新的程序的代码，放弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段与堆栈段，独一留下的，就是进程号，也就是说，对系统而言，还是同一个进程，不过已经是另一个程序了。（不过exec类函数中有的还允许继承环境变量之类的信息。）

    原型如下：

    int execve(const char *filename, const char *argv[], const char *envp[]);

    成功调用不会返回，犯错返回-1.

       execve函数加载并运行可执行目标文件filename,且带参数列表argv和环境变量列表envp.只有当涌现错误时，例如找不到filename，execve才会返回到调用程序。所以，与fork一次调用返回两次，execve调用一次并从不返回。

    argv的在内存中组织方式如下图：

    

    argv[0]是可执行目标文件的名字。

    

    envp的在内存中组织方式如下图：

    

    环境变量的列表是由一个和指针数组类似的数据结构表示，envp变量指向一个以null开头的指针数组，其中每个指针指向一个环境变量串，其中每个串都是形如“NAME=VALUE”的键值对。

    可以用下面的命令来打印命令行参数和环境变量：

#include"csapp.h"int main(int argc, char *argv[], char *envp[]){	int i;    printf("Command line arguments:\n");    for(i=0; argv[i]!=NULL; i++)        printf("argv[%2d]: %s\n", i, argv[i]);    printf("\n");    printf("Environment variables:\n");    for(i=0; envp[i]!=NULL; i++)        printf("envp[%2d]: %s\n", i, envp[i]);    exit(0);}

    

    

    

2.简单的shell

    

结合下面的fork，wait和exec，下面来实现一个简单shell。

    

先搭建一个shell框架，步调是读取一个来自用户的命令行，求值并解析命令行。

#include
     
      #include"csapp.h"#define MAXARGS 128void eval(char *cmdline);int parseline(char *buf,char **argv);int builtin_command(char **argv);int main(){	char cmdline[MAXLINE];	while(1)	{		printf("> ");		Fgets(cmdline,MAXLINE,stdin);		if(feof(stdin)) exit(0);		eval(cmdline);	}	//printf("Hello\n");	return 1;}int builtin_command(char **argv){    if(!strcmp(argv[0],"quit")) exit(0);    if(!strcmp(argv[0],"&")) return 1;    if(!strcmp(argv[0],"-help"))    {    	printf("-help    help infomation.\n");    	printf("ls       list files and folders of current path.\n");    	printf("pwd      show current path.\n");    	return 1;    }    if(!strcmp(argv[0],"pwd"))    {    printf("%s\n",getcwd(NULL,0));    return 1;	}    return 0;}void eval(char *cmdline){	char *argv[MAXARGS];	char buf[MAXLINE];	int bg;	pid_t pid;		strcpy(buf, cmdline);	bg = parseline(buf, argv);	if(argv[0] ==NULL) return;	if(!builtin_command(argv))	{		if((pid = Fork()) == 0)		{			if(execve(argv[0],argv,environ) < 0)			{				printf("%s:Command not found.\n",argv[0]);				exit(0);			}		}		if(!bg)		{			int status;			if(waitpid(pid,&status,0)<0)			unix_error("waitfg:waitpid error");				}		else printf("%d %s",pid, cmdline);	}	return;}int parseline(char *buf, char **argv){	char *delim;	int argc;	int bg;	buf[strlen(buf)-1]=' ';	while(*buf && (*buf==' ')) buf++;		argc = 0;	while((delim = strchr(buf,' ')))	{		argv[argc++] = buf;		*delim = '\0';		buf = delim + 1;		while(*buf && (*buf==' ')) buf++;	}	argv[argc] = NULL;	if(argc == 0) return 1;		bg = (*argv[argc-1] == '&');	if(bg !=0) argv[--argc] = NULL;		return bg; }
     

解释一下代码。

    

主要的几个函数：

    

eval：解释收到的命令。

    

parseline：解析以空格分隔的命令行参数，并构造argv传递给execve，执行响应的程序。

    

builtin_command:  检测参数是不是为shell的内建命令，如果是，就当即解释这个命令，并返回1，否则返回0.

    

    

下面用通过一些System Call，实现几个linux的常用命令。

    

    

ls

    

表现以后路径下的文件和文件夹信息。

    

c代码实现：

    每日一道理

正所谓“学海无涯”。我们正像一群群鱼儿在茫茫的知识之海中跳跃、 嬉戏，在知识之海中出生、成长、生活。我们离不开这维持生活的“海水”，如果跳出这个“海洋”，到“陆地”上去生活，我们就会被无情的“太阳”晒死。

#include
     
      #include
      
       #include
       
        #include
        
         #include
         
          #include
          
           #include
           
            #include
            
              #include
             
              void do_ls(char[]);void dostat(char *);void show_file_info(char *,struct stat *);void mode_to_letters(int,char[]);char * uid_to_name(uid_t);char * gid_to_name(gid_t);void main(int argc,char *argv[]){ if(argc==1) do_ls("."); else printf("Error input\n");}void do_ls(char dirname[]){ DIR *dir_ptr; //Path struct dirent *direntp; //Struct to save next file node if((dir_ptr=opendir(dirname))==0) fprintf(stderr,"ls:cannot open %s\n",dirname); else{ while((direntp=readdir(dir_ptr))!=0) dostat(direntp->d_name); closedir(dir_ptr); }}void dostat(char *filename){ struct stat info; if(lstat(filename,&info)==-1) perror("lstat"); else show_file_info(filename,&info);}void show_file_info(char *filename,struct stat *info_p){ char modestr[11]; mode_to_letters(info_p->st_mode,modestr); printf("%-12s",modestr); printf("%-4d",(int)info_p->st_nlink); printf("%-8s",uid_to_name(info_p->st_uid)); printf("%-8s",gid_to_name(info_p->st_gid)); printf("%-8ld",(long)info_p->st_size); time_t timelong=info_p->st_mtime; struct tm *htime=localtime(&timelong); printf("%-4d-%02d-%02d %02d:%02d",htime->tm_year+1990,htime->tm_mon+1,htime->tm_mday,htime->tm_hour,htime->tm_min); printf(" %s\n",filename);}//cope with permissionvoid mode_to_letters(int mode,char str[]){ strcpy(str,"----------"); if(S_ISDIR(mode)) str[0]='d'; if(S_ISCHR(mode)) str[0]='c'; if(S_ISBLK(mode)) str[0]='b'; if(mode & S_IRUSR) str[1]='r'; if(mode & S_IWUSR) str[2]='w'; if(mode & S_IXUSR) str[3]='x'; if(mode & S_IRGRP) str[4]='r'; if(mode & S_IWGRP) str[5]='w'; if(mode & S_IXGRP) str[6]='x'; if(mode & S_IROTH) str[7]='r'; if(mode & S_IWOTH) str[8]='w'; if(mode & S_IXOTH) str[9]='x';}//transfor uid to usernamechar * uid_to_name(uid_t uid){ struct passwd *pw_str; static char numstr[10]; if((pw_str=getpwuid(uid))==NULL){ sprintf(numstr,"%d",uid); return numstr; } else return pw_str->pw_name;}//transfor gid to usernamechar * gid_to_name(gid_t gid){ struct group *grp_ptr; static char numstr[10]; if((grp_ptr=getgrgid(gid))==NULL){ sprintf(numstr,"%d",gid); return numstr; } else return grp_ptr->gr_name;}
             
            
           
          
         
        
       
      
     

实现思路：

主要是do_ls函数，通过opendir命令打开文件夹，然后用readdir来读取文件夹中的文件或文件夹，输出信息。

    

    

通过刚才的shell调用编译好ls程序，效果如下：

    

    

    

3.信号

    

        软中断信号（signal，又简称为信号）用来通知进程发生了异步事件。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。注意，信号只是用来通知某进程发生了什么事件，并不给该进程传递任何数据。

        收到信号的进程对各种信号有不同的处置方法。处置方法可以分为三类：第一种是类似中断的处置程序，对于需要处置的信号，进程可以指定处置函数，由该函数来处 理。第二种方法是，忽略某个信号，对该信号不做任何处置，就象未发生过一样。第三种方法是，对该信号的处置保留系统的默许值，这类缺省操纵，对大部分的信 号的缺省操纵是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处置行为。 比如一个进程可以通过向另一个进程发送SIGKILL信号强制终止它。当一个子进程终止或者停止时，内核会发送一个SIGCHLD给父进程。

    

    

        信号有很多种，每种信号类型都对应于某种系统事件。信号的处置流程如下：

    

    

定义信号的接受处置函数原型如下:

#include 
     
      typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);Returns: ptr to previous handler if OK, SIG_ERR on error (does not set errno)
     

看一个接受信号的例子:

#include "csapp.h"/* SIGINT handler */void handler(int sig){	return; /* Catch the signal and return */}unsigned int snooze(unsigned int secs) {	unsigned int rc = sleep(secs);	printf("Slept for %u of %u secs.\n", secs - rc, secs);	return rc;}int main(int argc, char **argv) {	if (argc != 2) {		fprintf(stderr, "usage: %s 
     
      \n", argv[0]);		exit(0);	}	if (signal(SIGINT, handler) == SIG_ERR) /* Install SIGINT handler */		unix_error("signal error\n");	(void)snooze(atoi(argv[1]));	exit(0);}
     

 程序解析：

程序接受一个int参数，用于设置sleep的秒数，畸形情况下sleep响应的秒数之后就自动退出程序，由于注册了SIGINI，当按下键盘的Ctrl+C键的时候，跳转到handler函数，处置信号。

    

    

4.动态链接和静态链接

    

库有动态与静态两种，动态平日用.so为后缀，静态用.a为后缀。例如：libhello.so libhello.a

为了在同一系统中使用不同版本的库，可以在库文件名后加上版本号为后缀,例如： libhello.so.1.0,由于程序连接默许以.so为文件后缀名。所以为了使用这些库，平日使用建立符号连接的方式。

ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1

ln -s libhello.so.1 libhello.so

使用库

当 要使用静态的程序库时，连接器会找出程序所需的函数，然后将它们拷贝到执行文件，由于这类拷贝是完整的，所以一旦连接成功，静态程序库也就不再需要了。然 而，对动态库而言，就不是这样。动态库会在执行程序内留下一个标记‘指明当程序执行时，首先必须载入这个库。由于动态库节省空间，linux下停止连接的 缺省操纵是首先连接动态库，也就是说，如果同时存在静态和动态库，不特别指定的话，将与动态库相连接。

    

    

5.ELF文件格式与进程地址空间的联系

    

进程地址空间中典型的存储区域分配情况如下：

    

    

    

从图中可以看出：

从低地址到高地址分别为：代码段、（初始化）数据段、（未初始化）数据段（BSS）、堆、栈、命令行参数和环境变量

堆向高内存地址生长

栈向低内存地址生长

    

    

对于ELF文件，一般有下面几个段

    

.text section：主要是编译后的源码指令，是只读字段。

.data section ：初始化后的非const的全局变量、局部static变量。

.bss：未初始化后的非const全局变量、局部static变量。

.rodata：是寄存只读数据

    

           

    

关于ELF的文件的只是这里就不赘述了。

    

    

在ELF文件中，使用section和program两种结构描述文件的内容。平日来讲，ELF可重定位文件采取section，ELF可执行文件使用program，可重链接文件则两种都用。

装载文件，其实是一个很简单的过程，通过section或者program中的type属性判断是不是需要加载，然后通过offset属性找到文件中的数据，将它读取（复制）到响应的内存位置就可以了。 这个位置，可以通过program里头的vaddr属性确定；对于section来讲，则可以自己定义装载的位置。

    

    

动态连接的实质，就是对ELF文件停止重定位和符号解析。

重定位可以使得ELF文件可以在任意的执行（普通程序在链接时会给定一个牢固执行地址）；符号解析，使得ELF文件可以引用动态数据（链接时不存在的数据）。

从流程上来讲，我们只需要停止重定位。而符号解析，则是重定位流程的一个分支。

    

    

6.参考

    

程序员的自我涵养—链接、装载与库 

    

 

Computer Systems: A Programmer's Perspective  3rd Edith

    

    

Linux内核编程

    

    

understanding the kernel  3rd Edith

文章结束给大家分享下程序员的一些笑话语录： 与女友分手两月有余，精神萎靡，面带菜色。家人介绍一女孩，昨日与其相亲。女孩果然漂亮，一向吝啬的我决定破例请她吃晚饭。

选了一个蛮贵的西餐厅，点了比较贵的菜。女孩眉开眼笑，与我谈得很投机。聊着聊着，她说：“我给你讲个笑话吧。”“ok”

　　“一只螳螂要给一只雌蝴蝶介绍对象，见面时发现对方是只雄蜘蛛。见面后螳螂问蝴蝶‘如何？’，‘他长的太难看了’，‘别看人家长的丑，人家还有网站呢’。”

　　“呵呵………”我笑。忽然她问：“你有网站吗？” 　

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