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Linux是世界上最流行的開源操作系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)編程技術(shù)將使你能夠使用自己的系統(tǒng)程序擴展Linux操作系統(tǒng)，并與系統(tǒng)上的其他程序進行通信。

本書探討了Linux文件系統(tǒng)及其基本命令、內(nèi)置手冊頁、GNU編譯器集合（GCC）和Linux系統(tǒng)調(diào)用；講述了如何處理程序中的錯誤，以及如何捕獲錯誤并打印錯誤相關(guān)信息；介紹了在系統(tǒng)上讀寫文件的多種方法，包括使用流和文件描述符。隨著學習的不斷深入，你將深入研究創(chuàng)建進程、創(chuàng)建僵尸進程和守護進程，并學習使用systemd處理守護進程的方法；了解如何創(chuàng)建共享庫，并探索不同類型的進程間通信（IPC）；還將學習如何使用POSIX線程編寫程序，以及如何使用GNU調(diào)試器（GDB）和Valgrind調(diào)試程序。

學完本書，你將能夠在Linux系統(tǒng)中開發(fā)自己的系統(tǒng)程序，包括守護進程、工具、客戶端和過濾器。

通過閱讀本書，你將：
◎ 了解如何使用各種系統(tǒng)調(diào)用為Linux系統(tǒng)編寫程序。
◎ 深入研究POSIX函數(shù)的工作原理。
◎ 理解并學會使用信號、管道、IPC和流程管理等關(guān)鍵概念。
◎ 了解如何集成程序與Linux系統(tǒng)。
◎ 探索高級主題，例如，文件系統(tǒng)操作、創(chuàng)建共享庫和調(diào)試程序。
◎ 全面了解如何使用Valgrind調(diào)試程序。

Linux系統(tǒng)編程是指為Linux操作系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)程序。Linux是世界上最流行的開源操作系統(tǒng)，它可以運行在所有設備上從大型服務器到小型物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備。了解如何為Linux編寫系統(tǒng)程序?qū)⑹鼓隳軌驍U展操作系統(tǒng)，并將其與其他程序和系統(tǒng)相連接。

我們首先介紹如何使程序易于腳本化，并易于與其他程序交互。當我們?yōu)長inux編寫系統(tǒng)程序時，應該始終努力使它們變小，同時使它們只做一件事，并且將這件事做好。這是Linux中的關(guān)鍵概念之一：創(chuàng)建能夠以簡單方式與其他程序進行數(shù)據(jù)交換的小程序。

隨著學習的不斷深入，我們將深入研究C語言，并了解編譯器是如何工作的、鏈接器是做什么的、如何編寫Makefile，等等。

我們將學習所有關(guān)于創(chuàng)建進程和守護進程的知識。我們還將創(chuàng)建自己的守護進程，并將守護進程置于systemd的控制之下。這將讓我們能夠使用內(nèi)置的Linux工具啟動、停止和重啟守護進程。

我們還將學習如何使用不同類型的進程間通信（IPC）使進程進行信息交換；并了解如何編寫線程化程序。

在本書的最后，我們將介紹如何使用GNU調(diào)試器（GDB）和Valgrind調(diào)試程序。
最終，你將能夠為Linux編寫各種各樣的系統(tǒng)程序從過濾器到守護進程。

【目標讀者】
本書是為那些想為Linux開發(fā)系統(tǒng)程序，并想深入了解Linux系統(tǒng)的人準備的。任何遇到了與Linux系統(tǒng)編程的特定部分相關(guān)的問題，并且正在尋找一些特定的范例或解決方案的人，都可以從本書獲益。

【本書內(nèi)容】
第1章向你展示如何安裝本書中所需的工具。同時，在該章中，我們還編寫了第一個
程序。
第2章介紹我們應該如何（以及為什么）使程序易于腳本化，并易于被系統(tǒng)上的其他程序所使用。
第3章帶領我們深入了解Linux中C編程的內(nèi)部工作原理。我們將學習如何使用系統(tǒng)調(diào)用、編譯器的工作原理、如何使用Make工具、如何指定不同的C標準，等等。
第4章向我們展示如何優(yōu)雅地處理錯誤。
第5章介紹如何使用文件描述符和流來進行文件的讀取和寫入。該章還介紹了如何使用系統(tǒng)調(diào)用來創(chuàng)建和刪除文件以及讀取文件權(quán)限。
第6章介紹如何創(chuàng)建進程、如何創(chuàng)建守護進程、什么是父進程，以及如何將作業(yè)發(fā)送到后臺和前臺。
第7章向我們展示如何將守護進程置于systemd的控制之下。該章還教我們?nèi)绾螌⑷罩緦懭雜ystemd的日志以及如何讀取這些日志。
第8章向我們展示什么是共享庫、為什么它們很重要，以及如何創(chuàng)建自己的共享庫。
第9章介紹如何以不同的方式修改終端，例如，如何禁用密碼提示的回顯。
第10章介紹關(guān)于IPC的內(nèi)容，即如何使進程在系統(tǒng)上相互通信，內(nèi)容包括FIFO、UNIX套接字、消息隊列、管道和共享內(nèi)存。
第11章解釋什么是線程、如何編寫線程化程序、如何避免競態(tài)條件，以及如何優(yōu)化線程化程序。
第12章介紹使用GDB和Valgrind進行調(diào)試。

【充分利用本書】
為了充分利用本書，你需要對Linux有一些基本的了解：了解一些基本的命令、熟悉文件系統(tǒng)的運行、學會安裝一些新的程序。如果你對編程（尤其是C語言）也有一些基本的了解，那么將更有幫助。

你需要一臺具有root訪問權(quán)限的Linux計算機（通過su或sudo）才能完成所有的范例。你還需要安裝GCC編譯器、Make工具、GDB、Valgrind以及一些其他的小工具。關(guān)于Linux發(fā)行版本，這并不重要。本書提供了關(guān)于這些程序在Debian、Ubuntu、CentOS、Fedora和Red Hat發(fā)行版本中的安裝說明。

如果你使用的是本書的數(shù)字版本，我們建議你自己鍵入代碼或者通過GitHub存儲庫訪問代碼（下一節(jié)提供鏈接）。這樣做將幫助你避免與復制粘貼代碼相關(guān)的任何潛在錯誤。

【下載示例代碼文件】
你可以從GitHub下載本書的示例代碼文件，下載路徑為：https://GitHub.com/PacktPublishing/
Linux-System-Programming-technologies。如果代碼有更新，現(xiàn)有的GitHub存儲庫中的代碼也將進行更新。

我們還提供了其他的代碼包，包括豐富的書籍和視頻： https://github.com/PacktPublishing/�？梢钥纯此麄�！

【代碼動畫視頻】
可以通過以下鏈接，以動畫視頻的方式查看本書代碼：https://bit.ly/39ovGd6。

【下載彩色圖像】
我們還提供了一個PDF文件，其中包含了本書中使用到的屏幕截圖、圖表的彩色圖像。你可以在這里下載：http://www.packtpub.com/sites/default/ files/downloads/9781789951288_ColorImages.pdf。

第1章　獲取必要的工具并編寫
第一個Linux程序　1
1.1　技術(shù)要求　1
1.2　安裝GCC和GNU Make　2
1.2.1　準備工作　3
1.2.2　實踐步驟　3
1.2.3　它是如何工作的　4
1.3　安裝GDB和Valgrind　5
1.3.1　準備工作　5
1.3.2　實踐步驟　5
1.3.3　它是如何工作的　6
1.4　在Linux中編寫一個簡單的
C程序　7
1.4.1　準備工作　7
1.4.2　實踐步驟　7
1.4.3　它是如何工作的　8
1.4.4　更多　9
1.5　編寫一個解析命令行選項
的程序　10
1.5.1　準備工作　10
1.5.2　實踐步驟　10
1.5.3　它是如何工作的　12
1.6　在內(nèi)置手冊頁中查找信息　13
1.6.1　準備工作　13
1.6.2　實踐步驟　14
1.6.3　它是如何工作的　14
1.6.4　更多　15
1.7　搜索手冊以獲取信息　15
1.7.1　準備工作　15
1.7.2　實踐步驟　15
1.7.3　它是如何工作的　15
1.7.4　更多　16

第2章　使你的程序易于腳本化　17
2.1　技術(shù)要求　18
2.2　返回值以及如何讀取它們　18
2.2.1　準備工作　18
2.2.2　實踐步驟　18
2.2.3　它是如何工作的　20
2.2.4　更多　21
2.2.5　參考　21
2.3　使用有意義的返回值退出程序　21
2.3.1　準備工作　21
2.3.2　實踐步驟　21
2.3.3　它是如何工作的　24
2.3.4　更多　25
2.4　重定向標準輸入、標準輸出
和標準錯誤　25
2.4.1　準備工作　25
2.4.2　實踐步驟　25
2.4.3　它是如何工作的　27
2.4.4　更多　28
2.5　使用管道連接程序　28
2.5.1　準備工作　28
2.5.2　實踐步驟　28
2.5.3　它是如何工作的　29
2.5.4　更多　30
2.5.5　參考　30
2.6　寫入標準輸出和標準錯誤　30
2.6.1　實踐步驟　30
2.6.2　它是如何工作的　32
2.6.3　更多　32
2.7　從標準輸入讀取　33
2.7.1　準備工作　33
2.7.2　實踐步驟　33
2.7.3　它是如何工作的　34
2.7.4　更多　35
2.8　編寫一個管道友好的程序　36
2.8.1　準備工作　36
2.8.2　實踐步驟　36
2.8.3　它是如何工作的　38
2.8.4　更多　39
2.9　將結(jié)果重定向到文件　39
2.9.1　準備工作　40
2.9.2　實踐步驟　40
2.9.3　它是如何工作的　43
2.9.4　更多　44
2.10　讀取環(huán)境變量　44
2.10.1　準備工作　44
2.10.2　實踐步驟　45
2.10.3　它是如何工作的　46
2.10.4　更多　47

第3章　深入探索Linux中的C語言　48
3.1　技術(shù)要求　49
3.2　使用GNU編譯器套件
鏈接庫　49
3.2.1　準備工作　49
3.2.2　實踐步驟　49
3.2.3　它是如何工作的　52
3.2.4　更多　53
3.3　切換C標準　54
3.3.1　準備工作　54
3.3.2　實踐步驟　54
3.3.3　它是如何工作的　56
3.3.4　更多　57
3.4　使用系統(tǒng)調(diào)用　57
3.4.1　準備工作　58
3.4.2　實踐步驟　58
3.4.3　它是如何工作的　60
3.4.4　更多　61
3.5　獲取Linux和類UNIX頭
文件信息　61
3.5.1　準備工作　61
3.5.2　實踐步驟　62
3.5.3　它是如何工作的　63
3.5.4　更多　63
3.6　定義功能測試宏　63
3.6.1　準備工作　64
3.6.2　實踐步驟　64
3.6.3　它是如何工作的　67
3.6.4　更多　68
3.7　編譯過程的4個步驟　68
3.7.1　準備工作　68
3.7.2　實踐步驟　68
3.7.3　它是如何工作的　71
3.8　使用Make編譯　72
3.8.1　準備工作　72
3.8.2　實踐步驟　73
3.8.3　它是如何工作的　74
3.9　使用GCC選項編寫一個
通用的Makefile　74
3.9.1　準備工作　74
3.9.2　實踐步驟　75
3.9.3　它是如何工作的　75
3.9.4　更多　75
3.10　編寫一個簡單的Make file　76
　3.10.1　準備工作　76
　3.10.2　實踐步驟　76
　3.10.3　它是如何工作的　77
3.11　編寫一個更高級的Makefile　77
　3.11.1　準備工作　78
　3.11.2　實踐步驟　78
　3.11.3　它是如何工作的　82

第4章　處理程序中的錯誤　84
4.1　技術(shù)要求　85
4.2　為什么錯誤處理在系統(tǒng)編程
中很重要　85
4.2.1　準備工作　85
4.2.2　實踐步驟　85
4.2.3　它是如何工作的　87
4.3　處理常見的錯誤　87
4.3.1　準備工作　87
4.3.2　實踐步驟　88
4.3.3　它是如何工作的　90
4.4　錯誤處理和errno　90
4.4.1　準備工作　91
4.4.2　實踐步驟　91
4.4.3　它是如何工作的　92
4.5　處理更多errno宏　93
4.5.1　準備工作　93
4.5.2　實踐步驟　93
4.5.3　它是如何工作的　94
4

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