Примеры программ на c под линукс. Программирование на Си (C) в Ubuntu (Linux). Введение

Стало ясно, что тема очень актуальная. Были учтены некоторые ошибки и вопросы, в результате было принято решение проведения второго мастер-класса. Дополненного и исправленного!

Мастер-класс программирование на си под Linux. Изучаем основное API.

Данный мастер-класс предназначен для людей, которые хотят изучить API *nix подобных ОС, в частности под Linux. Здесь будут рассмотрены особенности разработки под ОС Linux, которые включают в себя:

Ознакомление с процессом сборки ПО и специфики компилятора C из состава GCC

Разработка и использование разделяемых библиотек

Отладка программ

Изучение механизмов низкоуровнего файлового ввода-вывода

Изучение механизмов обеспечения многозадачности и межпроцессного взаимодействия

Применение файловых и сетевых сокетов

Изучение и применение механизма сигналов

Изучение процессов, потоков их различие, использование многопоточности, изучение механизмов синхронизации потоков и их проблем

Создание демонов, изучение различия между демонами и прикладным ПО

Изучение особенностей консольного ввода-вывода

Применение отображаемых в память файлов и их использование

Данный мастер-класс предназначен в первую очередь для разработчиков ПО, инженеров, программистов и просто любителей, кто интересуется устройством и спецификой ОС Линукс.

Требования к участникам мастер-класса: Знание языка си, на уровне книги Б.В. Керниган,Д.М. Ричи "ЯЗЫК С".

Стоимость данного мастер-класса будет составлять 6 000 рублей.

Место проведения - город Москва, в помещении Хакспейса Нейрон.
Даты проведения: Ориентировочно 4 июля (понедельник), по 7 июля (четверг) с 10 до 17 с перерывом на обед и перерывами на чай/кофе.

Онлайн трансляции не планируется.
Количество человек в группе: 8-10.

Запись ведётся по электронной почте [email protected] либо в комментариях к этому посту. Для записи необходимо ваше Ф.И.О. (полностью) и контактные данные (номер телефона и почта). Желательно описать цели посещения этого мастер-класса, уровень подготовки и род занятий.

Подробная программа курса:

Модуль 1. Введение

Ознакомление со спецификой сборки ПО в GNU/Linux

Ознакомление с консольными текстовыми редакторами (vi,nano,mcedit)

Работа с отладчиком gdb

Ручная и автоматическая сборка ПО (Makefile)

Модель Клиент-Интерфейс-Сервер (КИС)

Статическая сборка библиотек

Совместно используемые библиотеки

Работа с переменными окружения

Модуль 2. Низкоуровневый ввод-вывод и файловые операции

Обзор механизмов ввода-вывода в Linux (Ubuntu)

Файловые дескрипторы

Системные вызовы: open, close, write, read и lseek

Типы файлов

Индексные дескрипторы и жесткие ссылки

Права доступа к файлу

Файловая система proc

Два способа прочесть содержимое директории

Разреженные файлы и специфика их применения

Блокировка областей файла

Модуль 3. Межпроцессное взаимодействие

Механизмы межпроцессного взаимодействия Linux (Ubuntu)

Неименованные каналы (pipes)

Именованные каналы (named pipes)

Сообщения (message queue)

Разделяемая память (shared memory)

Семафоры (semaphores)

Модуль 4. Сокеты

Сокеты в файловом пространстве имен (UNIX-сокеты)

Парные сокеты (pair sockets)

Сетевые сокеты (sockets)

Модуль 5. Сигналы

Знакомство с сигналами (signals)

Отличие сигналов от других механизмов межпроцессного взаимодействия

Специфика обработки сигналов (signal handling)

Модуль 6. Процессы

Клонирование процессов — fork()

Замена исполняемого процесса — exec()

Зомби (zombies) — причины возникновения и способы их устранения

Модуль 7. Потоки

Потоки и процессы

Специфика построения многопоточных приложений (multithreading)

Досрочное завершение потока

Модуль 8. Потоки (продолжение)

Создание обработчика завершения потока

Средства синхронизации потоков (synchronize primitives)

Атрибуты потоков

Модуль 9. Демоны (службы)

Отличие демона от консольной утилиты

Специфика разработки демонов (daemons)

Создание демона использующего сетевые сокеты

Модуль 10. Консольный ввод-вывод

Специфика разработки консольных приложений

Предотвращение перенаправления вывода

Управление терминалом

Сокрытие пароля пользователя при аутентификации

Управление терминалом с помощью ESC-последовательностей

Модуль 11. Отображаемая память

Отображение обычного файла

Совместный доступ к файлу

Частные отображения

Другие применения mmap

Модуль 12. Домашнее задание

Специфика разработки 64-битных приложений

Использование библиотеки ncurses

Ведущий курса: Долин Сергей. Электронщик, разработчик ПО linux (прикладное, тестового ПО для железа, драйвера). Разработчик ПО для встраиваемых систем. Программист linux с 2011 года. Работал в ОАО "НИЦЭВТ", АО «Концерн «Системпром», ООО "ПРОСОФТ" (в дочерней компании "Доламант").

Операционная система (ОС) Linux/Unix и язык C - "близненцы-братья". Вспомните, что язык программирования C был создан (Д.Ритчи, 1972 г) специально для написания ОС Unix, и с тех пор и "каноническая" ОС Unix, а также все ее клоны и подобные ей ОС пишутся на языке C. Поэтому во всех версиях Unix и Unix-подобных систем компилятор языка C в большинстве случаев входит в комплект поставки системы.

Одним из первых программных продуктов, созданных в рамках проекта GNU, также явился компилятор языка С с открытым кодом. Этот компилятор включается в поставку всех версий ОС Linux.

Таким образом, среда, в которой выполняется наш лабораторный практикум предоставляет в Ваше распоряжение 4 компилятора на выбор:

cc - стандартный компилятор языка C;
c++ - стандартный компилятор языка C++;
gcc - GNU-компилятор языка C;
g++ - GNU-компилятор языка C++.

Способы запуска и подавляющее большинство опций всех указанных компиляторов идентичны, выбор того или иного компилятора отражается только на имени команды. Мы при подготовке лабораторного практикума использовали компилятор gcc , поэтому в дальнейших примерах будем говорить именно о нем.

Компилятор языка C выполняет как собственно компиляцию - перевод исходного текста на машинный язык, результатом чего является объектный модуль, так и редактирование связей - сборку из нескольких объектных модулей (в том числе, и библиотечных) исполняемого модуля.

Файлы с исходными текстами C-программ должны иметь расширение.c , например: hello.c . Результатом компиляции является файл, содержащий объектный модуль, его имя совпадает с именем исходного модуля, а расширение - .o , например: hello.o . Для файла, содержащего исполняемый модуль стандартного расширения не существует. При компиляции программы, состоящей из единственного исходного модуля, объектный модуль автоматически удаляется после создания компилятором исполняемого модуля.

Общий формат команды вызова компилятора имеет следующий вид (компилирование в linux):

Gcc [опции] [выходной_файл] файл1 [файл2:]

Наиболее часто употребляемые опции компилятора следующие:

-c	Подавляет фазу редактирования связей, создает объектный модуль для каждого исходного модуля из перечисленных в параметрах вызова. Выходной_файл с этой опцией не задается. Опция может применяться вместе с опцией -I

-o	Компиляция и редактирование связей. Cоздает объектный модуль для каждого исходного модуля из перечисленных в параметрах вызова и имеющих расширение.c . Файлы с расширением.c рассматриваются как исходные модули и компилируются; файлы, имеющие расширение.o , рассматриваются как объектные модули и подключаются при редактировании связей. Параметр выходной_файл задает имя файла исполняемого модуля. Опция может применяться вместе с опциями -L , -l , -I .

-L каталог	Добавить каталог в список каталогов, которые содержат объектные библиотечные модули.

-l библиотека	При редактировании связей подключить модули из библиотеки .

-I каталог	Искать включаемые (#include) файлы, имена которых не начинаются с / сначала в каталоге , а лишь затем - в стандартных каталогах для включаемых файлов.

-E	Выполнить обработку указанных исходных модулей только препроцессором, результат направляется в стандартный вывод. Выходной_файл с этой опцией не задается. Опция может применяться вместе с опцией -I .

-w	Подавить выдачу предупреждающих сообщений.

Примеры использования компилятора:

gcc hello.c gcc -c hello.c gcc -o hello hello.o gcc -o hello hello.o hello1.c

Компиляция исходного модуля hello.c с выдачей сообщений об ошибках на стандартный вывод. Файл объектного модуля не создается.

Компиляция исходного модуля hello.c с выдачей сообщений об ошибках на стандартный вывод. При успешной компиляции объектный модуль записывается в файл hello.o .

Редактирование связей для объектного модуля hello.o , исполняемый модуль записывается в файл hello .

Создание исполняемого модуля в файле hello из объектного модуля hello.o и модуля hello1.c (последний модуль является исходным, он предварительно компилируется.

gcc -o hello hello.o hello1.o -l hellolib	Создание исполняемого модуля в файле hello из объектных модулей hello.o и hello1.o c с подключением объектных модулей из библиотеки hellolib .

gcc -o hello hello1.с -lm	Создание исполняемого модуля в файле hello из исходного модуля hello.с с выдачей сообщений об ошибках на стандартный вывод с подключением бибилиотеки math.h . Файл объектного модуля не создается.

Последнее обновление: 28.08.2017

В прошлой теме было рассмотрено создание первой программы на Windows. Теперь рассмотрим создание первой программы на Linux, в частности, в среде Ubuntu 16.04. На Linux также популярным компилятор для создания программ является g++. Поэтому в данном случае также будем использовать этот компилятор.

Как правило, многие дистрибутивы Linux, в том числе и Ubuntu, уже по умолчанию содержат установленный компилятор g++, который мы сразу же можем использовать. Но даже если вдруг он не установлен, то его можно доустановить в терминале через команду:

Sudo apt-get install g++

В остальном, если мы будем использовать для компиляции компилятор g++, все будет аналогично созданию программы на Windows.

Определим в файловой системе каталог для исходных файлов с кодом на С++ и создадим в нем новый файл hello.c со следующим кодом:

#include // подключаем заголовочный файл iostream int main() // определяем функцию main { // начало функции std::cout << "Hello World!"; // выводим строку на консоль return 0; // выходим из функции } // конец функции

И это тот же код, что был в случае с Windows, потому что программы на С++ на уровне исходного кода в большей степени обладают переносимостью.

Для вывода строки на консоль необходимо подключить нужный функционал. Для этого в начале файла идет строка

#include

Данная строка представляет директиву препроцессора, которая позволяет подключить библиотеку iostream. Эта библиотека нужна для вывода строки на консоль.

Функция main состоит из четырех элементов:

Тип возвращаемого значения . В данном случае это тип int . Этот тип указывает, что функция должна возвращать целое число.

Имя функции . В данном случае функция называется main.

Список параметров . После имени функции в скобках идет список параметров. Но в данном случае скобки пустые, то есть функция main не принимает параметров.

Тело функции . После списка параметров в фигурных скобках идет тело функции. Здесь и определяются собственно те действия, которые выполняет функция main.

{ std::cout << "Hello World!\n"; return 0; }

В теле функции происходит вывод строки на консоль. Для обращения к консоли используется стандартный поток вывода std::cout . С помощью оператора << в этот поток (в данном случае фактически на консоль) передается строка символов, которую надо вывести на консоль, то есть "Hello World!". В конец строки добавлена специальная управляющая последовательность "\n", которая позволит после вывода текста перевести курсор на новую строку.

В функции осуществляем выход из функции с помощью оператора return . Так как функция должна возвращать целое число, то после return указывается число 0. Ноль используется в качестве индикатора успешного завершения программы.

После каждой инструкции в языке C++ ставятся точка с запятой.

Перейдем к терминалу и вначале с помощью команды cd перейдем к каталогу, где расположен файл с исходным кодом.

g++ hello.cpp -o hello

Кроме имени файла с исходным кодом компилятору передается параметр -o hello . Он указывает, что мы хотим скомпилировать файл по имени hello. Если этот параметр не передать, то будет создан файл с именем по умолчанию - a.out.

В итоге после выполнения выше приведенной команды в папке с файлом hello.cpp появится скомпилированный файл, который будет называться hello . И мы сможем его запустить с помощью следующей команды:

И на консоль будет выведена строка "Hello World!".

Все действия в операционной системе выполняются с помощью программ, поэтому многим новичкам интересно не только использовать чужие программы, а писать свои. Многие хотят внести свой вклад в кодовую базу OpenSource.

Это обзорная статья про программирование под Linux. Мы рассмотрим какие языки используются чаще всего, рассмотрим основные понятия, а также возможности, разберем как написать простейшую программу на одном из самых популярных языков программирования, как ее вручную собрать и запустить.

Исторически сложилось так, что ядро Unix было написано на языке Си. Даже более того, этот язык был создан для написания ядра Unix. Поскольку ядро Linux было основано на ядре Minix (версии Unix), то оно тоже было написано на Си. Поэтому можно сказать, что основной язык программирования для Linux это Си и С++. Такая тенденция сохранялась на протяжении долгого времени.

А вообще, писать программы для Linux можно почти на любом языке начиная от Java и Python и заканчивая С# и даже Pascal. Для всех языков есть компиляторы и интерпретаторы. Писать программы на С++ сложно, а Си многими уже считается устаревшим, поэтому множество программистов используют другие языки для написания программ. Например, множество системных инструментов написаны на Python или Perl. Большинство программ от команды Linux Mint, установщик Ubuntu и некоторые скрипты apt написаны на Python. Множество скриптов, в том числе простые скрипты оптимизации написаны на Perl. Иногда для скриптов используется Ruby. Это скрипты OpenShift или, например, фреймворк Metasploit. Некоторые разработчики кроссплатформенных программ используют Java. Но основные компоненты системы написаны все же на Си.

Мы не будем рассматривать основы Си в этой статье. Си - сложный язык и вам понадобится прочитать как минимум одну книгу и много практиковаться чтобы его освоить. Мы рассмотрим как писать программы на Си в Linux, как их собирать и запускать.

Зачем учить Си:

2. Библиотеки

Естественно, что если вам необходимо вывести строку или изображение на экран, то вы не будете напрямую обращаться к видеокарте. Вы просто вызовете несколько функций, которые уже реализованы в системе и передадите им данные, которые нужно вывести на экран. Такие функции размещаются в библиотеках. Фактически, библиотеки - это наборы функций, которые используются другими программами. В них находится такой же код, как и в других программах, разница лишь в том, там необязательно присутствие функции инициализации.

Библиотеки делятся на два типа:

Статические - они связываются с программой на этапе компиляции, они связываются и после этого все функции библиотеки доступны в программе как родные. Такие библиотеки имеют расширение.a;
Динамические - такие библиотеки встречаются намного чаще, они загружены в оперативную память, и связываются с программной динамически. Когда программе нужна какая-либо библиотека, она просто вызывает ее по известному адресу в оперативной памяти. Это позволяет экономить память. Расширение этих библиотек - .so, которое походит от Shared Object.

Таким образом, для любой программы на Си нужно подключать библиотеки, и все программы используют какие-либо библиотеки. Также важно заметить, на каком языке бы вы не надумали писать, в конечном итоге все будет сведено к системным библиотекам Си. Например, вы пишите программу на Python, используете стандартные возможности этого языка, а сам интерпретатор уже является программой на Си/С++, которая использует системные библиотеки для доступа к основным возможностям. Поэтому важно понимать как работают программы на Си. Конечно, есть языки, вроде Go, которые сразу переводятся на ассемблер, но там используются принципы те же, что и здесь. К тому же системное программирование linux, в основном, это Си или С++.

3. Процесс сборки программы

Перед тем как мы перейдем к практике и создадим свою первую программу, нужно разобрать как происходит процесс сборки, из каких этапов он состоит.

Каждая серьезная программа состоит из множества файлов, это файлы исходников с расширением.c и заголовочные файлы с расширением.h. Такие заголовочные файлы содержат функции, которые импортируются в программу из библиотек или других файлов.с. Перед тем. как компилятор сможет собрать программу и подготовить ее к работе, ему нужно проверить действительно ли все функции реализованы, доступны ли все статические библиотеки и собрать ее в один файл. Поэтому, первым делом выполняется препроцессор, который собирает исходный файл, выполняются такие инструкции, как include для включения кода заголовочных файлов.

На следующем этапе к работе приступает компилятор, он выполняет все необходимые действия над кодом, разбирает синтаксические конструкции языка, переменные и преобразовывает все это в промежуточный код, а затем в код машинных команд, который мы можем потом посмотреть на языке ассемблера. Программа на этом этапе называется объектный модуль и она еще не готова к выполнению.

Далее к работе приступает компоновщик. Его задача связать объектный модуль со статическими библиотеками и другими объектными модулями. Для каждого исходного файла создается отдельный объектный модуль. Только теперь программа может быть запущена.

А теперь, давайте рассмотрим весь єтот процесс на практике с использованием компилятора GCC.

4. Как собрать программу

Для сборки программ в Linux используется два типа компиляторов, это . Пока что GCC более распространен, поэтому рассматривать мы будем именно его. Обычно, программа уже установлена в вашей системе, если же нет, вы можете выполнить для установки в Ubuntu:

sudo apt install gcc

Перед тем как мы перейдем к написанию и сборке программы, давайте рассмотрим синтаксис и опции компилятора:

$ gcc опции исходный_файл_1.с -o готовый_файл

С помощью опций мы говорим утилите что нужно сделать, какие библиотеки использовать, затем просто указываем исходные файлы программы. Давайте рассмотрим опции, которые будем сегодня использовать:

-o - записать результат в файл для вывода;
-c - создать объектный файл;
-x - указать тип файла;
-l - загрузить статическую библиотеку.

Собственно, это все самое основное, что нам понадобится. Теперь создадим нашу первую программу. Она будет выводить строку текста на экран и чтобы было интереснее, считать квадратный корень из числа 9. Вот исходный код:

include
#include

int main(){
printf("сайт\n");
printf("Корень: %f\n", sqrt(9));
return 0;
}

gcc -c program.c -o program.o

Это этап компиляции, если в программе нет ошибок, то он пройдет успешно. Если исходных файлов несколько, то такая команда выполняется для каждого из них. Далее выполняем линковку:

gcc -lm program.o -o program

Обратите внимание на опцию -l, с помощью нее мы указываем какие библиотеки нужно подключить, например, здесь мы подключаем библиотеку математических функций, иначе компоновщик просто не найдет где есть та или иная функция. Только после этого можно запустить программу на выполнение:

Конечно, все эти действия могут быть выполнены и с помощью различных графических сред, но выполняя все вручную, вы можете лучше понять как все работает. С помощью команды ldd вы можете посмотреть какие библиотеки использует наша программа:

Это две библиотеки загрузчика, стандартная libc и libm, которую мы подключили.

5. Автоматизация сборки

Когда мы рассматриваем программирование под Linux невозможно не отметить систему автоматизации сборки программ. Дело в том, что когда исходных файлов программы много, вы не будете вручную вводить команды для их компиляции. Можно записать их один раз, а затем использовать везде. Для этого существует утилита make и файлы Makefile. Этот файл состоит из целей и имеет такой синтаксис:

цель: зависимости
команда

В качестве зависимости цели может быть файл или другая цель, основная цель - all, а команда выполняет необходимые действия по сборке. Например, для нашей программы Makefile может выглядеть вот так:

program: program.o
gcc -lm program.o -o program

program.o: program.c
gcc -c program.c -o program.o

Затем вам достаточно выполнить команду make для запуска компиляции, только не забудьте удалить предыдущие временные файлы и собранную программу:

Программа снова готова и вы можете ее запустить.

Выводы

Создание программ Linux очень интересно и увлекательно. Вы сами убедитесь в этом, когда немного освоитесь в этом деле. Сложно охватить все в такой небольшой статье, но мы рассмотрели самые основы и они должны дать вам базу. В этой статье мы рассмотрели основы программирования в linux, если у вас остались вопросы, спрашивайте в комментариях!

Курс программирования на Си под Linux:

В нынешней системе школьного образования заточка под операционную систему Microsoft поражает: за очень редким исключением вы сможете где-нибудь увидеть что-то вроде Edubuntu или русский ALT Linux, но остальном это Windows. По моему мнению, давно пора еще в школах знакомить детей с другим взглядом на то, каким должен быть интерфейс между человеком и железом, а не искать общих путей. Может быть именно такой сравнительно-аналитический взгляд на вещи позволит поднять крайне низкий уровень компьютерной грамотности у выпускников школ, которые даже не могут оформить текст в Word или составить добротную презентацию в PowerPoint.

Искренне удивляет, что в школах считается сверхсложным и даже мистическим составлять двумерные массивы в том же Pascal"e, который к слову, тоже давным давно пора заменить на более гибкий и удобный Python или JavaScript. Уважаемые преподаватели, какой должна быть мотивация ученика, если его учат на мертвом языке? Мы же для закрепления правил грамматики не учим сперва славянский, а потом русский и другие. Так какого черта?!

Учитывая модность профессии программиста и определенную романтику в головах молодых людей, навеянную голливудским кино, люди поступают в ВУЗы и сталкиются с рядом сложностей: их голова начинает резко расширяться, что неминуемо приводит сперва к усталости, а затем и к разочарованию в своем выборе. Факт остается фактом: если вы связываете себя с профессией, которая требует постоянного самосовершенствования, то начинайте это делать еще до поступления. Есть множество материалов, который помогут вам быть более подготовленными в процессе учебы и позволит найти работу по специальности уже к 3-4 курсу обучения. Шевелитесь!

На фоне таких рассуждений ко мне пришла сделать небольшой туториал по тому, как написать, скомпилировать и запустить программу на C++ в Linux без специальных средств (IDE). Такой подход сможет познакомить начинающего программиста с процессом разработки в наиболее тривиальном виде, а также с принципиально новой для него операционной системой Linux. В конце своего хабрапоста я напишу список литературы и полезные ссылки.

Начнем с того, что нам понадобится:
-Дистрибутив Linux (возьмем Ubuntu);
-Установленный компилятор g++;
-Обычный текстовый редактор (gedit);
-Терминал;

Поехали!

1. Установка Linux и необходимого софта.

Скачиваем с официального сайта ubuntu.ru образ дистрибутива Linux Ubuntu. Хотелось бы также добавить, что не рекомендую использовать Wubi. Делаем нормальную установку либо на наш жесткий диск, либо в виртуальной машине. Записываем с помощью Nero или ImgBurn образ на диск. Перезагружаемся и заходим в BIOS, где нам нужно выставить приоритет загрузки с CD/DVD - привода. Сохраняем настройки и выходим. Загружаемся с диска и устанавливаем операционную систему. (Более подробная информация будет в ссылке ниже). Текстовый редактор, терминал у нас есть по умолчанию. Для того, чтобы установить компилятор g++ открываем терминал с помощью комбинации alt+ctrl+T и вводим: sudo apt-get install g++ . Нас попросят ввести пароль, вводим, нажимаем Enter. Готово.

2. Создание cpp-файла.

Открываем домашнюю папку в файловом менеджере Nautilus и параллельно открываем терминал alt+ctrl+t. В нем пишем команду touch helloworld.cpp. Команда touch создаст файл с нужным вам названием. Теперь можно свернуть терминал и сфокусироваться на Nautilus"e. Открываем наш файл и пишем самый популярный в мире код:

#include using namespace std; int main(){ cout << "Hello world!"; return 0; }

Закрываем, сохраняем.

3.Компиляция и запуск.

Снова открываем терминал и вызываем наш компилятор командой g++ -lm -o output helloworld.cpp . g++ - собственно наш компилятор, а -lm и -o это параметры-ключи, с которыми мы его запускаем. output - имея файла вывода, куда помещается результат нашей компиляции и следом за ним имя нашего cpp-файла. Нажимаем enter, если программа верна, то никаких сообщений не будет. Теперь, чтобы запустить программу введем в терминале следующее: ./output и нажмем enter. На экране выведен результат «Hello world!».
Вот вы и написали свою первую программу на C++ для Linux! Поздравляю вас и желаю успехов в расностороннем и качественном обучении. Ваша компетентность в ваших руках, помните об этом.

P.S. Если хотя бы один школьник проделает то, что я написал, буду считать, что моя миссия выполнена. Всем добра!
P.S.S. Ссылки.