Linux学习笔记（应用篇一）

基于I.MX6ULL.MINI开发板

标准I/O库
链接
目录
删除文件
正则表达式
系统标识
时间
堆内存
信号
- 标准信号
进程
进程组
进程间通信
线程
- 互斥锁
- 线程安全

本文章是入门篇的概念，有点零散，后续需要补充复习

**inode（索引节点）**是 Linux 和 Unix 文件系统（如ext4、xfs）中的数据结构，用于存储文件的元信息（metadata），而不存储文件内容或文件名。
inode 存储的信息
文件类型（普通文件、目录、符号链接等）
文件权限（rwx）
所有者（UID）和组（GID）
文件大小
创建、修改、访问时间（ctime、mtime、atime）
链接计数（有多少硬链接指向这个文件）
数据块指针（指向文件数据所在的磁盘块）
inode 不包含的信息
文件名：文件名存储在目录（dirent 结构）中，并通过 inode 号与 inode 关联。

在测试函数strerror时
用命令gcc -o test test.c编译下面的代码时报错

[/usr/bin/ld: /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/14/…/…/…/x86_64-linux-gnu/Scrt1.o: in function ’_start‘: (.text+0x1b): undefined reference to `main’collect2: error: ld returned 1 exit status

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>int main(void)
{int fd;/* 打开文件 */fd = open("./test_file", O_RDONLY);if (-1 == fd) {printf("Error: %s\n", strerror(errno));return -1;}close(fd);return 0;
}

原因是没有使用共享库
使用命令gcc -shared -g -o test test.c就能编译成功了

命令du -h 文件名，可以查看文件实际占用存储块的大小

函数menset，给数组赋值

void *memset(void *str, int c, size_t n)

同一个进程中多次调用 open 函数打开同一个文件，各数据结构之间的关系如下图所示
在这里插入图片描述

不同进程中分别使用 open 函数打开同一个文件，其数据结构关系图如下所示：
在这里插入图片描述

同一个进程中通过 dup（dup2）函数对文件描述符进行复制，其数据结构关系如下图所示：

在这里插入图片描述

标准I/O库

函数FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
参数mode取值如下

在这里插入图片描述

定义一个用于存放数据的 buf，起始地址以 4096 字节进行对齐
static char buf[8192] __attribute((aligned (4096)));

__attribute 是 gcc 支持的一种机制（也可以写成__attribute __），可用于设置函数属性、变量属性以及类型属性等

fd = open("./test_file", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);

0664 是文件权限（mode），用于指定新创建文件的访问权限。在 open() 调用中，它只有在 O_CREAT 标志存在时才生效。

在这里插入图片描述

查看文件类型方法
命令stat或ls
stat可以看到很详细的信息
ls -l通过符号表示文件的类型
在这里插入图片描述

Linux 系统中，可将硬件设备分为字符设备和块设备，所以就有了字符设备文件和块设备文件两种文件类型。虽然有设备文件，但是设备文件并不对应磁盘上的一个文件，也就是说设备文件并不存在于磁盘中，而是由文件系统虚拟出来的，一般是由内存来维护，当系统关机时，设备文件都会消失；字符设备文件一般存放在Linux 系统/dev/目录下，所以 /dev 也称为虚拟文件系统 devfs 。

Ubuntu 发行版对 ls 命令做了别名处理，执行 ls命令的时候携带了一些选项，而这些选项会访问文件的一些信息，所以导致出现"权限不够"问题，这也说明，只拥有读权限、是没法访问目录下的文件的；为了确保使用的是ls 命令本身，执行时需要给出路径的完整路径/bin/ls

链接

硬链接：ln 源文件链接文件
软链接：ln -s 源文件链接文件

硬链接：int link(const char *oldpath, const char *newpath);
软链接：int symlink(const char *target, const char *linkpath);

取出软链接文件中存储的路径信息：ssize_t readlink(const char *pathname, char *buf, size_t bufsiz);

删除文件

系统调用：uint unlink(const char *pathname);
C库函数：int remove(const char *pathname);

正则表达式

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <regex.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{regmatch_t pmatch = {0};regex_t reg;char errbuf[64];int ret;char *sptr;int length;int nmatch; //最多匹配出的结果/*作用：检查命令行参数数量是否正确（应有 3 个参数）。argv[1]：正则表达式argv[2]：待匹配字符串argv[3]：最大匹配次数如果参数不符合要求，程序退出。*/if (4 != argc) {/*********************************** 执行程序时需要传入两个参数:* arg1: 正则表达式* arg2: 待测试的字符串* arg3: 最多匹配出多少个结果**********************************/fprintf(stderr, "usage: %s <regex> <string> <nmatch>\n", argv[0]);exit(0);}/* 编译正则表达式regcomp(&reg, argv[1], REG_EXTENDED) 编译正则表达式如果编译失败，使用 regerror() 输出错误信息，并退出。*/if(ret = regcomp(&reg, argv[1], REG_EXTENDED)) {regerror(ret, &reg, errbuf, sizeof(errbuf));fprintf(stderr, "regcomp error: %s\n", errbuf);exit(0);}/* 赋值操作sptr 指向待匹配的字符串length 记录 sptr 长度nmatch 由 argv[3] 转换为整数，代表最多匹配多少次*/sptr = argv[2]; //待测试的字符串length = strlen(argv[2]);//获取字符串长度nmatch = atoi(argv[3]); //获取最大匹配数/* 匹配正则表达式循环 nmatch 次，每次尝试匹配正则regexec(&reg, sptr, 1, &pmatch, 0) 执行正则匹配pmatch.rm_so：匹配子串的起始位置pmatch.rm_eo：匹配子串的结束位置如果 regexec() 失败（无匹配），打印错误并跳转到 out 释放正则资源。*/for (int j = 0; j < nmatch; j++) {char temp_str[100];/* 调用 regexec 匹配正则表达式 */if(ret = regexec(&reg, sptr, 1, &pmatch, 0)) {regerror(ret, &reg, errbuf, sizeof(errbuf));fprintf(stderr, "regexec error: %s\n", errbuf);goto out;}if(-1 != pmatch.rm_so) {//pmatch.rm_so == pmatch.rm_eo 时，匹配的是 空字符串，需要跳过 1 个字符，防止死循环。if (pmatch.rm_so == pmatch.rm_eo) {//空字符串sptr += 1;length -= 1;printf("\n"); //打印出空字符串if (0 >= length)//如果已经移动到字符串末尾、则退出break;continue; //从 for 循环开始执行}//memcpy() 提取 sptr 中匹配的子串，并存入 temp_str//printf("%s\n", temp_str); 打印匹配结果memset(temp_str, 0x00, sizeof(temp_str));//清零缓冲区memcpy(temp_str, sptr + pmatch.rm_so,pmatch.rm_eo - pmatch.rm_so);//将匹配出来的子字符串拷贝到缓冲区printf("%s\n", temp_str); //打印字符串//跳过当前匹配的部分，继续匹配剩余字符串//避免死循环（如果 length <= 0，停止匹配）sptr += pmatch.rm_eo;length -= pmatch.rm_eo;if (0 >= length)break;}}/* 释放正则表达式 */
out:regfree(&reg);exit(0);}

./regex_program "a[0-9]+" "abc a12 b34 a56 a78 xyz" 3 //代码执行
//匹配 a 后跟随 至少一个数字
//只匹配 最多 3 次（nmatch=3）
/*
结果
a12
a56
a78
*/

系统标识

struct utsname {char sysname[]; /* 当前操作系统的名称 */char nodename[]; /* 网络上的名称（主机名） */char release[]; /* 操作系统内核版本 */char version[]; /* 操作系统发行版本 */char machine[]; /* 硬件架构类型 */#ifdef _GNU_SOURCEchar domainname[];/* 当前域名 */#endif
};

struct sysinfo {long uptime; /* 自系统启动之后所经过的时间（以秒为单位） */unsigned long loads[3]; /* 1, 5, and 15 minute load averages */unsigned long totalram; /* 总的可用内存大小 */unsigned long freeram; /* 还未被使用的内存大小 */unsigned long sharedram; /* Amount of shared memory */unsigned long bufferram; /* Memory used by buffers */unsigned long totalswap; /* Total swap space size */unsigned long freeswap; /* swap space still available */unsigned short procs; /* 系统当前进程数量 */unsigned long totalhigh; /* Total high memory size */unsigned long freehigh; /* Available high memory size */unsigned int mem_unit; /* 内存单元大小（以字节为单位） */char _f[20-2*sizeof(long)-sizeof(int)]; /* Padding to 64 bytes */
};

时间

GMT 时间
GMT（Greenwich Mean Time）中文全称是格林威治标准时间，这个时间系统的概念在 1884 年被确立，由英国伦敦的格林威治皇家天文台计算并维护，并在之后的几十年向欧陆其它国家扩散。
由于从 19 实际开始，因为世界各国往来频繁，而欧洲大陆、美洲大陆以及亚洲大陆都有各自的时区，所以为了避免时间混乱，1884 年，各国代表在美国华盛顿召开国际大会，通过协议选出英国伦敦的格林威治作为全球时间的中心点，决定以通过格林威治的子午线作为划分东西两半球的经线零度线（本初子午线、零度经线），由此格林威治标准时间因而诞生！
所以 GMT 时间就是英国格林威治当地时间，也就是零时区（中时区）所在时间，譬如 GMT 12:00 就是指英国伦敦的格林威治皇家天文台当地的中午 12:00，与我国的标准时间北京时间（东八区）相差 8 个小时，即早八个小时，所以 GMT 12:00 对应的北京时间是 20:00。

UTC 时间
UTC（Coordinated Universal Time）指的是世界协调时间（又称世界标准时间、世界统一时间），是经过平均太阳时(以格林威治时间 GMT 为准)、地轴运动修正后的新时标以及以「秒」为单位的国际原子时所综合精算而成的时间，计算过程相当严谨精密，因此若以「世界标准时间」的角度来说，UTC 比 GMT 来得更加精准

查看UTC时间：date -u

jiffies 是内核中定义的一个全局变量，内核使用 jiffies 来记录系统从启动以来的系统节拍数，所以这个变量用来记录以系统节拍时间为单位的时间长度，Linux 内核在编译配置时定义了一个节拍时间，使用节拍率（一秒钟多少个节拍数）来表示

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堆内存

申请堆内存有malloc()和calloc()

#define MALLOC_MEM_SIZE (1 * 1024 * 1024)
int main(int argc, char *argv[])
{//声明一个字符指针 base，并初始化为 NULLchar *base = NULL;/* 申请堆内存 *///malloc(MALLOC_MEM_SIZE) 从堆上申请 MALLOC_MEM_SIZE 字节的内存。//malloc() 返回 void* 指针，需要强制转换为 char*base = (char *)malloc(MALLOC_MEM_SIZE);if (NULL == base) {printf("malloc error\n");exit(-1);}/* 初始化申请到的堆内存 */memset(base, 0x0, MALLOC_MEM_SIZE);/* 使用内存 *//* ...... *//* 释放内存 */free(base);return 0；
}

**calloc()**在堆中动态地分配 nmemb 个长度为 size 的连续空间，并将每一个字节都初始化为 0
calloc()与 malloc()的一个重要区别是：calloc()在动态分配完内存后，自动初始化该内存空间为零，而malloc()不初始化，里边数据是未知的垃圾数据。

一下的两种写法是等价的

// calloc()分配内存空间并初始化
char *buf1 = (char *)calloc(10, 2);// malloc()分配内存空间并用 memset()初始化
char *buf2 = (char *)malloc(10 * 2);
memset(buf2, 0, 20);

信号

标准信号

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核心转储文件（Core Dump）是什么？
核心转储（Core Dump）是程序崩溃时，操作系统自动保存的内存快照。它包含了进程在崩溃时的内存数据、CPU 寄存器、堆栈信息、打开的文件描述符等信息，帮助开发者调试程序崩溃的原因。
核心转储文件通常命名为 core 或 core.pid（pid 为进程 ID），默认生成在程序的工作目录。
核心转储文件的作用
1.调试崩溃原因
查看程序崩溃时的调用栈、变量值、内存状态等信息。
2.分析段错误（Segmentation Fault, SIGSEGV）
访问非法地址时，操作系统会触发 SIGSEGV，并生成 core dump。
3.检查死锁、资源泄漏
通过分析核心转储文件，检查线程死锁、文件描述符泄漏等问题。
4.重现难以复现的 Bug
记录程序崩溃时的完整状态，方便后续分析。

忽略信号（Ignore Signal）
进程接收到信号后，可以选择不处理，相当于信号被丢弃。

捕获信号（Catch Signal）
进程可以定义自定义信号处理函数，在收到信号时执行特定操作，而不是采用默认行为。

进程

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进程组

setpgid(0,pgid) == setpgid(getpgrp(),pgid)
setpgid(pid,0) == setpgid(pid,pid)
setpgrp() == setpgid(0.0) == etpgid(getpgrp(),getpgrp())

./testapp & 中的 & 用于将命令放入后台运行，使其在后台执行，而不阻塞当前终端。
输出示例：[1] 12345
[1]：作业编号（Job ID），可以用 jobs 命令查看。
12345：进程 ID（PID），可以用 kill 12345 终止该进程。

进程间通信

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UNIX 是一种多用户、多任务的操作系统，最早由 AT&T 贝尔实验室在 1969 年开发。它广泛应用于服务器、工作站和嵌入式系统，以稳定性、高效性和安全性著称。

管道： 把一个进程连接到另一个进程的数据流称为管道，管道（Pipe）是一种进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）机制，允许一个进程的输出作为另一个进程的输入，常用于数据流式处理。

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线程

线程处于分离状态（Detached State）意味着该线程的资源在结束时会自动释放，而不需要其他线程（如主线程）显式 join() 等待它结束。

互斥锁

Mutex（互斥锁） 是一种线程同步机制，用于防止多个线程同时访问共享资源，避免数据竞争和不一致。

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执行流（Execution Flow）指的是程序运行时指令的执行顺序，即代码如何被逐步执行。它决定了程序如何处理函数调用、条件判断、循环和多线程等，一个线程就是一条执行流

线程安全

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信号处理函数的执行流（Signal Handling Execution Flow）
在 UNIX/Linux 系统中，信号（Signal）是一种异步事件，可以在程序执行的任何时刻打断正常的执行流，然后跳转到信号处理函数（Signal Handler）执行特定操作。

//pthread_create() 用于创建一个新线程
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);