Linux programming

MISC

Linux的图形编程环境库

GTK： GNOME环境基础

Qt：KDE环境的基础

window编译Unix代码的方法

1.修改编译器,让window下的编译器把诸如fork的调用翻译成等价的形式--这就是mingw的做法.

2.修改库,让window提供一个类似unix提供的库,他们对程序的接口如同unix一样,而这些库,当然是由win32的API实现的--这就是cygwin的做法.

Process Layout

Linux的内存模型，一般为：

地址	作用	说明
>=0xc000 0000	内核虚拟存储器	用户代码不可见区域
<0xc000 0000	Stack（用户栈）	ESP指向栈顶
	↓ ↑	空闲内存
>=0x4000 0000	文件映射区
<0x4000 0000	↑	空闲内存
	Heap(运行时堆)	通过brk/sbrk系统调用扩大堆，向上增长。
	.data、.bss(读写段)	从可执行文件中加载
>=0x0804 8000	.init、.text、.rodata(只读段)	从可执行文件中加载
<0x0804 8000	保留区域

很多书上都有类似的描述，本图取自于《深入理解计算机系统》p603

每个进程的所占内存信息在/proc/XX/maps中记录。包括堆，栈，代码段。。。

当动态分配的大内存时，不是在heap区，而是在文件映射区

Network

Socket通信的步骤

Server端：

1) 调用socket来创建server_socket，

2) 调用bind来命名server_socket，

3) 调用listen来创建队列用来存放来自client的连接

4) 调用accept来接受client的连接，并获得client_socket

5) 当与client建立连接后，可以对client_socket进行write和read

6) 调用close来关闭server_socket和client_socket

Client端：

1) 调用socket来创建client_socket

2) 调用connect使client_socket与server的server_socket建立连接

3) 当与server建立连接后，可以对client_socket进行write和read

1) Server socket是命名套接字，用于建立连接

2) Client socket是未命名套接字，用于双向读写数据，即发送和接收数据

阻塞/非阻塞发送接收

关于socket属性和send/recv的MSG_WAITALL参数设置的实验结果：

前提：getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &val, &len) -> val is 50700

(1) Sock fd默认 + send （MSG_WAITALL）202800(50700 * 4) -> 第一次send返回值为202800

(2) Sock fd默认 + send （MSG_DONTWAIT）202800(50700 * 4) –> 第一次send返回值为65536，对方没有取出接收缓冲区中的数据时，第二次send返回值为147456

(3) Sock fd设置|=O_NONBLOCK + send(不论设置阻塞还是非阻塞)或是用write，现象同(2)

结论：

1. 如果fd没有设置为非阻塞，send的wait参数决定是否阻塞发送；否则一律非阻塞发送

2. Block send,不论是否用select，send返回值总是要发送的字节数

3. NonBlock send,不论是否用select, send返回值可能不等于要发送的字节数；但是发送字节数小于65536时，如果用select判断可读时写入sock，返回值总是要发送的字节数目。

4. block read在可读时就返回，返回值不一定等于参数设置的字节数

Socket的断开处理

正常断开从来都应该是客户端主动提出的,服务端响应客户端退出请求,close发送FIN到客户端,客户端recv返回0,于是close完成整个断开.

非正常断开只能做心跳,服务端select接受所有客户端的UDP心跳包并立即返回心跳响应包并给相应客户端心跳计数清0,对于不可读的套接字,累加心跳计数+1,在计数超过K次时,则断开并关闭该客户的TCP套接字和UDP.

客户端则是给服务器发送一个心跳包,然后select该 UDP心跳套接字N秒,如超时,则心跳计数+1,如果连续超时K次,则断开并关闭该TCP套接字和UDP套接字.

如果对方调用close正常断开(在没有自定退出包的情况下)

recv会收到 0，这时就可以判断对方断开

如果再次recv产生一个-1错误

IO的处理方式——阻塞和非阻塞，Select，poll，epoll

非阻塞模式，如果暂时没有数据，返回的值也会是<=0的，

阻塞模式，返回<=0的值是可以认为socket已经无效了。

当使用 select()函数测试一个socket是否可读时，如果select()函数返回值为1，

且使用recv()函数读取的数据长度为0时，就说明该socket已经断开。

在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。

相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。

Linux线程

线程标准

Native POSIX Thread Library (NPTL)标准，大部分线程库都是基于此标准而实现的。

Linux的线程实现

Linux线程是通过进程来实现。Linux kernel为进程创建提供一个clone()系统调用，clone的参数包括如CLONE_VM, CLONE_FILES, CLONE_SIGHAND 等。通过clone()的参数，新创建的进程，也称为LWP(Lightweight process)与父进程共享内存空间，文件句柄，信号处理等，从而达到创建线程相同的目的。

Linux 2.6的线程库叫NPTL(NativePOSIX Thread Library)。POSIX thread(pthread)是一个编程规范，通过此规范开发的多线程程序具有良好的跨平台特性。尽管是基于进程的实现，但新版的NPTL创建线程的效率非常高。

NPTL的实现是在kernel增加了futex(fastuserspace mutex)支持用于处理线程之间的sleep与wake。futex是一种高效的对共享资源互斥访问的算法。kernel在里面起仲裁作用，但通常都由进程自行完成。

NPTL是一个1×1的线程模型，即一个线程对于一个操作系统的调度进程，优点是非常简单。而其他一些操作系统比如Solaris则是MxN的，M对应创建的线程数，N对应操作系统可以运行的实体。(N<M)，优点是线程切换快，但实现稍复杂。

在技术实现上，NPTL仍然采用1:1的线程模型，并配合glibc和最新的Linux Kernel2.5.x开发版在信号处理、线程同步、存储管理等多方面进行了优化。和LinuxThreads不同，NPTL没有使用管理线程，核心线程的管理直接放在核内进行，这也带了性能的优化。

线程实现

在核外实现的线程又可以分为"一对一"、"多对一"两种模型，前者用一个核心进程（也许是轻量进程）对应一个线程，将线程调度等同于进程调度，交给核心完成，而后者则完全在核外实现多线程，调度也在用户态完成。后者就是前面提到的单纯的用户级线程模型的实现方式

Linux内核只提供了轻量进程的支持，限制了更高效的线程模型的实现，但Linux着重优化了进程的调度开销，一定程度上也弥补了这一缺陷。目前最流行的线程机制LinuxThreads所采用的就是线程-进程"一对一"模型，调度交给核心，而在用户级实现一个包括信号处理在内的线程管理机制。

POSIC线程相比进程的优势:

代价小，可以使两件事请或者更多事情以一种非常紧密的方式同时发生

因为当执行fork调用时，创建进程副本。新的进程将拥有自己的变量和PID，时间调度也是独立的，完全与父进程无关; 但是进程中创建一个新线程时，新的执行线程将拥有自己的栈（即局部变量），但是与它的创建者共享全局变量，文件描述符，信号处理函数和当前目录状态

installpthread manpage

man -k pthread OR apropos pthread

sudo apt-get install manpages-posixmanpages-posix-dev

createdetach pthread

非分离线程：父线程要用join函数等待子线程结束来回收子线程的资源

NOTE:线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源

分离线程：子线程退出后资源自动释放掉

线程退出

1.执行完自动退出

2.线程本身调用pthread_exit (void * retval);退出

外部调用pthread_cancel (pthread_t thread);终止一个线程

Dynamic library loading

Debugging

errno

进程中的errno变量是被所有线程共享的，所以会覆盖掉上一次的数值

man 3 errno to view description of error no

打印errno的方法：

1. #include <string.h>

char * strerror(int errnum);

2. #include <stdio.h>

void perror(const char *msg); //print to console