Файл: Лабораторная Linux №6.doc

Скачать файл (0,26Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Методичка

Дисциплина: Операционные системы

Добавлен: 20.10.2018

Просмотров: 811

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Лабораторная работа № 6

Разработка программ на языке C/C++ в ОС Linux

Цель работы: научиться разрабатывать программы на языке С/С++ в ОС Linux; работать с параметрами командной строки и переменными окружения, выполнять системные вызовы.

Продолжительность работы ‑ 4 ч.

Этапы создания программы на языке С/С++

В ОС Linux имя компилятора языка С - gcc, языка С++ - g++. Для языка С также можно использовать компилятор cc, имеющийся во многих ОС семейства UNIX. Далее представлена последовательность разработки программы на языке С. Для языка С расширения исходных файлов - .c и .h, для языка С++ - .cpp, .hpp, .cxx, .hxx, .C и .H. Расширение объектных файлов .o, библиотек объектных файлов - .a, .so. Исполняемые файлы в Linux обычно без расширения.

Рис. 1. Последовательность разработки программы на языке С

Задание 1. Запишите назначение основных опций компилятора gcc (-c, -S, -E, -o). Воспользуйтесь командой $man gcc или $info gcc

1. Последовательность команд для создания программы

1. Программа состоит из одного исходного файла

1) В текстовом редакторе (gedit, pico, vi, emacs и т.п.) соз-

дать и сохранить исходный текстовый файл (например,

myprog.c)

$gedit

………………

работа с gedit

2) Откомпилировать и скомпоновать программу. Результат -

исполняемый файл (например, myprog)

$gcc -o myprog myprog.c

3) Выполнить программу $myprog или

$myprog param1 param2

2. Программа состоит из нескольких исходных файлов (module1.c, module2.c, module3.c)

1) В текстовом редакторе создать и сохра-

нить каждый из исходных файлов

$gedit

………………

работа с gedit

2) Откомпилировать отдельно каждый

текстовый файл. Результат - объектные

файлы (module1.o, module2.o, module3.o)

$gcc -c module1.c

$gcc -c module2.c

$gcc -c module3.c

3) Скомпоновать объектные файлы. Ре-

зультат - исполняемый файл.

$gcc -o myprog module1.o module2.o module3.o

4) Выполнить программу $myprog

3. В программу нужно включить заголовочный файл, находящийся в некотором каталоге

Компилятор по умолчанию ищет включаемые (заголовочные) файлы в текущем каталоге и в каталогах, в которых установлены заголовочные файлы для стандартных библиотек. Если заголовочный файл находится в каком-либо другом каталоге, то следует использовать команду для вызова компилятора gcc/g++ с опцией -I. Пусть, например, нужно включить в программу файл obr.h из каталога /home/ivanov/incl и пусть каталог /home/ivanov/texts является текущим.

Тогда следует дать команду

$gcc -c -I ../incl obr.c

Или можно указать абсолютное имя для каталога incl:

$gcc -c -I /home/ivanov/incl obr.c

При этом в программе директива include должна иметь вид #include "obr.h"

4. В программу нужно включить нестандартную библиотеку объектных модулей

Стандартная библиотека С компонуется в исполняемый файл автоматически. Для включения нестандартной библиотеки следует скомпоновать программу с опцией -l, например:

$gcc -o obr main.o obr.o -lpthread

По этой команде в программу будет включена библиотека pthread. При этом компоновщик будет искать библиотеки в ряде стандартных каталогов, включая каталоги /lib и usr/lib. Если же библиотека, которую необходимо включить, находится в каком-либо ином каталоге, то в командной строке следует использовать опцию -L совместно с опцией l, например:

$gcc -o obr main.o obr.o -L/usr/local/libs -lpthread

По этой команде библиотека pthread будет включена из каталога /usr/local/libs. Если данный каталог является текущим, то команду можно задать в следующей форме:

$gcc -o obr main.o obr.o -L. -lpthread

Задание 2.

2.1. Напишите и выполните программу Hello, выводящую строку "Hello, world".

2.2. Определите главное отличие stdout от stderr. Для этого выполните программу, добавив … while (1) {fprintf(stdout, "a"); sleep(1);} …

Затем выполните программу, заменив stdout на stderr. Запишите Ваши выводы в отчет.

2.3. (необязательное задание) Напишите программу obr, состоящую из двух модулей: модуль obr.c содержит функцию double obr (int i), возвращающую число, обратное числу i; модуль main.c содержит функцию main(), которая запрашивает целое число i и выводит obr(i).

2. Использование утилиты make

Утилита make используется для автоматизации разработки программ. В текстовом файле с именем Makefile указывается следующая информация: целевые файлы (цели), которые необходимо построить; правила, для их построения; зависимости, определяющие, когда данную цель необходимо перестроить заново. Так, для программы 2.3 Makefile может иметь следующий вид:

CFLAGS=-c

CC=gcc

obr: main.o obr.o

<Tab> $(CC) -o obr main.o obr.o

main.o: main.c

<Tab> $(CC) $(CFLAGS) main.c

obr.o: obr.c

<Tab> $(CC) $(CFLAGS) obr.c

Здесь слева от ':' указана цель, справа - ее зависимости. Правило для построения цели указано на следующей строке, которая должна начинаться с символа табуляции. CC и CFLAGS - переменные утилиты make (в данном примере CC задает имя компилятора, CFLAGS - опцию компилятора ). Значение для переменной может быть задано в файле Makefile (как в примере) и/или в командной строке (например, $make CC=g++). После подготовки файла Makefile для создания исполняемой программы достаточно ввести команду

$make или

$make имя_make_файла (если имя_make_файла отлично от Makefile)

По этой команде утилита make выполнит файл Makefile из текущего каталога и автоматически перетранслирует только те файлы, которые необходимо.

Задание 3. (Необязательное задание)

3.1. Создайте файл Makefile для программы 2.3, предварительно удалив файлы *.o и obr из текущего каталога. Затем выполните команду $make. Запишите в отчет текст файла Makefile с пояснениями и команды, выполненные утилитой make.

3.2. Незначительно модифицируйте файл obr.c, выполните команду $make и запишите команды, выполненные утилитой make.

3. Доступ к параметрам командной строки

При запуске программы в командной строке после имени программы могут указываться параметры (аргументы) командной строки. Они разделяются пробелами или, если параметры сами содержат пробелы, заключаются в апострофы. Для доступа к этим параметрам в программе заголовок функции main должен содержать два параметра (рис. 2): количество параметров (argc) и массив указателей на строки (argv), оканчивающийся указателем NULL. i-ая строка является значением i-го параметра, при этом строка с номером 0 содержит имя программы.

Рис. 2. Доступ к параметрам командной строки из программы на языке С

Задание 4. Запишите в отчет текст примеров и результаты их тестирования с параметрами.

4.1.

/* Ex4_1.c Печать параметров командной строки*/

#include <stdio.h>

main ( int argc, char *argv[] ) {

if ( argc < 2 ) {

printf("Usage : %s parameter\n", argv[0] ) ;

exit (1);

}

printf("Starting program %s \n", argv[0] ) ;

printf("with %d parameter(s)\n", argc-1 ) ;

printf("First parameter is %s\n", argv[1] ) ;

exit (0);

}

4.2.

/* Ex4_3.c Печать произвольного числа параметров */

#include <stdio.h>

main(int argc, char *argv[]) {

for ( ; *argv ; ++argv )

printf("%s\n", *argv ) ;

}

4.3. Измените предыдущий пример, задав параметры целого типа. Для преобразования строки в целое число используйте функцию atoi. Получить информацию о стандартных функциях С можно по команде $info libc.

4. Переменные окружения

Любая исполняемая программа имеет свое окружение, представляющее собой набор строковых пар вида переменная=значение. В соответствии с соглашением имена переменных пишутся заглавными буквами. Доступ к переменным окружения из оболочки был рассмотрен влабораторной работе 1.

В программе можно получить значение переменной окружения при помощи функции getenv из <stdlib.h>. Эта функция принимает имя переменной и возвращает ее значение в виде строки символов или NULL, если переменная не определена в окружении. Для установки и очистки переменных окружения используются функции setenv и unsetenv соответственно. Для доступа ко всем переменным окружения используется специальная глобальная переменная environ. Эта переменная имеет тип char** и является массивом указателей на символьные строки, заканчивающийся указателем NULL.

Задание 5. Выполните пример, запишите в отчет его текст и результаты тестирования.

/* Ex5_1.c Печать переменных окружения */

#include <stdio.h>

extern char** environ;

int main () {

char** var;

for (var = environ; *var != NULL; ++var)

printf ("%s\n", *var);

return 0;

}

5. Обработка ошибок системных вызовов

Большинство системных вызовов возвращает ноль (или положительное значение), если операция выполнена успешно, и отрицательное значение в противном случае. В случае ошибок в глобальную переменную errno записывается дополнительная информация - целое число, идентифицирующее причину ошибки. Если включить в программу <errno.h>, можно ссылаться на ошибки по их символических именам, например, EACCES или EINVAL.

Получить в программе текстовое сообщение об ошибке можно двумя способами:

1) При помощи функции strerror из <string.h>; функция принимает errno и возвращает строку

с описанием ошибки.

2) При помощи функции perror из <stdio.h>; функция принимает строку, которую она выво-

дит в качестве префикса перед сообщением об ошибке (например, это может быть имя фай-

ла, где произошла ошибка) и выводит описание ошибки в поток stderr.

Пример. В программе делается попытка открыть файл. Системный вызов open возвращает де-

скриптор файла (целое положительное число) или -1 в случае ошибки.

Вариант 1.

fd = open ("inputfile.txt", O_RDONLY);

if (fd == -1) {

fprintf (stderr, "error opening file: %s\n", strerror (errno));

exit (1);

}

Вариант 2.

fd = open ("inputfile.txt", O_RDONLY);

if (fd == -1) {perror("inputfile.txt"); exit (1);}

ВНИМАНИЕ: успешное выполнение системного вызова не приводит к сбросу errno!

6. Низкоуровневые функции ввода-вывода

При программировании на языке С/С++ можно использовать два набора функций ввода-вывода: стандартные (или высокоуровневые) функции языка С (printf, fopen, fprintf и т.д.) и низкоуровневые функции, предоставляемые ядром ОС Linux (open, read, write и т.д.). Первые являются надстройкой над вторыми. Как правило, низкоуровневая функция непосредственно преобразуется в соответствующий ей системный вызов.

Так, высокоуровневая функция printf форматирует и выводит информацию в стандартный выходной поток ввода-вывода. Обобщенный вариант данной функции, fprintf, может выводить в произвольный поток. При этом поток представлен указателем на структуру FILE. Указатель на FILE возвращается функцией fopen при открытии файла. После окончания работы необходимо закрыть файл функцией fclose. Аналогично работают и другие функции этой библиотеки (fputs, fputc, fscanf, и т.д.).

При использовании же низкоуровневой функции write вместо указателя на FILE используется файловый дескриптор. Это целое число, которое ссылается на объект открытого файла, не на сам файл. Файловые дескрипторы могут создаваться не только для файлов, но и для других объектов.

Для работы с низкоуровневыми функциями ввода-вывода (некоторые из них приведены в табл. 1 в программу следует включать заголовочные файлы <fcntl.h>, <unistd.h>, <sys/types.h>, <sys/stat.h> (Их имена следует уточнить при помощи команды man.)

Если файл открыт только на чтение (с флагом O_RDONLY), то при попытке записи в файл произойдет ошибка. Если файл открыт только на запись (с флагом O_WRONLY), то при попытке чтения из файла произойдет ошибка. Не все файлы могут быть открыты с любым из трех флагов. Например, разрешения файла могут запрещать его открытие на чтение или запись для конкретного процесса; файл на CD-ROM не может быть открыт для записи и т.п.

Во втором параметре функции open можно указывать дополнительные флаги, объединяя

их при помощи побитового "или" ( | ):

O_TRUNC - записываемые данные будут заменять старое содержимое файла.

O_APPEND - записываемые данные будут добавляться в конец файла.

O_CREAT - если файл существует, то он будет открыт; в противном случае файл будет создан (если существует указанный каталог и у процесса есть разрешение на создание файла в этом каталоге). Для флага O_CREAT необходимо указывать в open третий параметр – разрешения для нового файла, например:

fd = open ("myfile", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);

O_EXCL - используется совместно с O_CREAT. В случае если файл существует, функция open вернет код ошибки.

При создании файла (т.е. если указан флаг O_CREAT) третьим параметром функции open должны указываться разрешения на доступ к создаваемому файлу. Их можно задавать не только в виде восьмеричной константы, но и при помощи побитового "или" соответствующих флагов, например:

mode_t mode = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH;

fd = open ("myfile", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, mode);

Здесь файл открыт с разрешением чтения/записи для владельца и группы, для остальных пользователей разрешено только чтение.

Задание 6.

6.1. Модифицируйте приведенную ниже программу copyfile.c копирования файла, добавив в нее комментарии, проверку количества аргументов командной строки (при неверном количестве параметров установите код возврата=1) и обработку ошибок после системных вызовов open (коды возврата 2 и 3), write (код возврата 4). Протестируйте программу для разных ситуаций.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для моделирования ситуации переполнения диска в качестве имени выходного файла задайте /dev/full.

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <stdio.h>

#define BUF_SIZE 256

int main (int argc, char *argv [])

{

int input_fd, output_fd;

int bytes_in, bytes_out;

char rec [BUF_SIZE];

input_fd = open (argv [1], O_RDONLY); /* Здесь код возврата=2 */

output_fd = open (argv [2], O_WRONLY | O_CREAT, 0666); /*Код возврата=3 */

while ((bytes_in = read (input_fd, rec, BUF_SIZE)) > 0) {

bytes_out = write (output_fd, rec, bytes_in);

/* Здесь код возврата=4, если число прочитанных байтов не равно числу записанных*/

close (input_fd);

close (output_fd);

return 0;

}

6.2. Напишите и выполните программу date.c, которая: а) при помощи функции open создает файл file1 с разрешением чтения/записи для всех пользователей; б) записывает в конец файла file1 (задайте необходимый флаг при открытии файла!) текущую дату и время. Выполните программу несколько раз и выпишите в отчет содержимое file1.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для получения даты в виде символьной строки, последовательно примените функции time и ctime (см. man). Перед записью в файл определите длину получившейся строки при помощи функции strlen (см. info).