嵌入式系統(tǒng)開發(fā)期末報告

2016年秋季學期A卷、考查、開卷

課程名稱嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

命題教師：姜愉適用班級：物聯(lián)本151、152、153班

答卷說明：1.本試卷共1頁，1個大題，滿分100分，時間120分鐘。

學號：1504412241姓名：藍意樂班別：物聯(lián)本152

題號一總分評分人

得分

一、作品題：（本大題共1大題，共100分）

實踐總結(jié)要求包括:

1、3000字以上;（10分）

2,詳細論述Linux系統(tǒng)下各目錄的主要功能；（10分）

3、論述shell的基本工作原理；（10分）

4、結(jié)合程序?qū)嵗敿氄撌龀Ｓ玫?種進程通信方式；（20分）

5,對進程與線程的區(qū)別進行分析；（10分）

6、結(jié)合實例對gcc、gdb、make的實現(xiàn)方法做詳盡論述；（20分）

7,結(jié)合套接字理論對TCP、UDP通信原理進行論述；（10分）

8、學習心得體會。（10分）

第1頁共1頁

一、詳細論述Linux系統(tǒng)下各目錄的主要功能。

目錄

1、樹狀目錄結(jié)構(gòu)圖

2、/目錄

3、/etc/目錄

4、/usi7目錄

5、/var/目錄

6、/proc/目錄

7、/dev/目錄

卜面紅色字體為比較竄要的目錄

1、樹狀目錄結(jié)構(gòu)圖

第2頁共2頁

t/Jggji

_[bn」的T4箕用的I阱

-―—)8動文件.所有與系茨8

83』就有關(guān)的文件知某存在過里

-------(一dev，設(shè)備文件

(一——系毓不和大部分應(yīng)用

----------"J程序的g局配■文件

----------1hone，使用者個人冢目錄

----------(ib/[系挽聯(lián)摩文怦

-------(E/常雕蛇點

----------(0"/第三方&序安然

----------(proc/顯:T東現(xiàn)狀55文件

----------(，81」昔般家目呆

----------(sbtn1餐利一專用桿，

----------[imp/*「文件

2、/目錄

目錄描述

/第一層次結(jié)構(gòu)的根、整個文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的根目錄。

需要在單用戶模式可用的必要命令(可執(zhí)行文件)；面向所有用戶，例如：ca

/bin/

t、Is、cp,和/usr/bin類似。

第3頁共3頁

/boot/引導程序文件,例如:kernekinitrd；時常是一個單獨的分區(qū)⑹

/dev/必要設(shè)備，例如：，/dev/null.

特定主機，系統(tǒng)范圍內(nèi)的配置文件。

關(guān)于這個名稱目前有爭議。在貝爾實驗室關(guān)于UNIX實現(xiàn)文檔的早期版本中，/

etc被稱為/etcetra目錄，[7]這是由于過去此目錄中存放所有不屬于別處的所

/etc/

有東西（然而，F(xiàn)HS限制/etc存放靜態(tài)配置文件，不能包含二進制文件）。[8]

自從早期文檔出版以來，目錄名稱已被以各種方式重新稱呼。最近的解釋包括

反向縮略語如："可編輯的文本配置"（英文"EditableTextConfiguration"）或

11擴展工具箱"（英文"ExtendedToolChest"）?[9]

/etc/opt//opt/的配置文件

/etc/Xll/X_Window系統(tǒng)（版本11）的配置文件

/etc/sgml/SGML的配置文件

/etc/xml/XML的配置文件

/home/用戶的家目錄，包含保存的文件、個人設(shè)置等，一般為單獨的分區(qū)。

/lib//bin/and/sbin/中二進制文件必要的庫文件。

/media/可移除媒體（如CD-ROM）的掛載點（在FHS-2.3中事現(xiàn)）。

在ext3文件系統(tǒng)中，當系統(tǒng)意外崩潰或機器意外關(guān)機，會產(chǎn)生一些文件碎片

在這里。當系統(tǒng)在開機啟動的過程中fsck工具會檢查這里，并修復(fù)已經(jīng)損壞的

/lost+found

文件系統(tǒng)。當系統(tǒng)發(fā)生問題?？赡軙形募灰苿拥竭@個目錄中，可能需要用

手工的方式來修復(fù)，或移到文件到原來的位置上。

臨時掛載的文件系統(tǒng)。比如cdrom,u盤等，直接插入光驅(qū)無法使用，要先掛載

/mnt/

后使用

/opt/可選應(yīng)用軟件包。

虛擬文件系統(tǒng)，將內(nèi)核叮進程狀態(tài)歸檔為文本文件（系統(tǒng)信息都存放這目錄

/proc/下）。例如：uptime>networko在Linux中,對應(yīng)Proofs格式掛載。該目錄

下文件只能看不能改（包括root）

/root/超級用戶的家目錄

必要的系統(tǒng)二進制文件，例如：init、ip、mountosbin目錄下的命令，普通

/sbin/

用戶都執(zhí)行不了。

/srv/站點的具體數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)提供。

/tmp/臨時文件（參見/var/tmp）,在系統(tǒng)重啟時目錄中文件不會被保留。

/usr/默認軟件都會存于該目錄下。用于存儲只讀用戶數(shù)據(jù)的第二層次；包含絕大多

第4頁共4頁

數(shù)的（多）用戶工具和應(yīng)用程序。

變量文件一一在正常運行的系統(tǒng)中其內(nèi)容不斷變化的文件，如日志，脫機文件

/var/和臨時電子郵件文件。有時是一個單獨的分區(qū)。如果不單獨分區(qū)，有可能會把

整個分區(qū)充滿。如果單獨分區(qū)，給大給小都不合適。

3、/etc/目錄

特定主機系統(tǒng)范圍內(nèi)的配置文件。

目錄描述

/etc/rc/etc/rc.d

啟動、或改變運行級時運行的scripts或scripts的目錄.

/etc/rc*.d

/etc/hosts本地域名解析文件

/etc/sysconfig/networkIP、掩碼、網(wǎng)關(guān)、主機名配置

/etc/resolv.confDNS服務(wù)器配置

/etc/fstab開機自動掛載系統(tǒng)，所有分區(qū)開機都會自動掛載

設(shè)定系統(tǒng)啟動時Init進程將把系統(tǒng)設(shè)置成什么樣的runlevel

/etc/inittab

及加載相關(guān)的啟動文件配置

/etc/exports設(shè)置NFS系統(tǒng)用的配置文件路徑

/etc/init.d這個目錄來存放系統(tǒng)啟動腳本

/etc/profile,

全局系統(tǒng)環(huán)境配置變量

/etc/csh.login,/etc/csh.cshrc

/etc/issue認證前的輸出信息，默認輸出版本內(nèi)核信息

/etc/motd設(shè)置認證后的輸出信息，

當前安裝的文件系統(tǒng)列表.由scripts初始化，并由mount命

/etc/mtab令自動更新.需要一個當前安裝的文件系統(tǒng)的列表時使用，

例如df命令

/etc/group類似/etc/passwd，但說明的不是用戶而是組.

用戶數(shù)據(jù)庫，其中的域給出了用戶名、真實姓名、家目錄、

/etc/passwd

加密的口令和用戶的其他信息.

在安裝了影子口令軟件的系統(tǒng)上的影子口令文件.影子口令

/etc/shadow文件將/etc/passwd文件中的加密口令移動到/etc/shadow

中，而后者只對root可讀.這使破譯口令更困難.

/etc/sudoers可以sudo命令的配置文件

/etc/syslog.conf系統(tǒng)日志參數(shù)配置

第5頁共5頁

/etc/login.defs設(shè)置用戶帳號限制的文件

確認安全終端，即哪個終端允許root登錄.一般只列出虛擬

/etc/securetty控制臺，這樣就不可能（至少很困難）通過modem或網(wǎng)絡(luò)闖

入系統(tǒng)并得到超級用戶特權(quán).

/etc/printcap類似/etc/termcap,但針對打印機.語法不同.

列出可信任的shell.chsh命令允許用戶在本文件指定范圍

內(nèi)改變登錄shell.提供一臺機器FTP服務(wù)的服務(wù)進程ftpd檢

/etc/shells

查用戶shell是否列在/etc/shells文件中，如果不是將不允

許該用戶登錄.

如果服務(wù)器是通過xinetd模式運行的，它的腳本要放在這

/etc/xinetd.d個目錄下。有些系統(tǒng)沒有這個目錄，比如Slackware,有些

老的版本也沒有。在RedhatFedora中比較新的版本中存在。

/etc/opt//opt/的配置文件

/etc/Xll/X_Window系統(tǒng)（版本11）的配置文件

/etc/sgml/SGML的配置文件

/etc/xml/XML的配置文件

/etc/skel/默認創(chuàng)建用戶時，把該目錄拷貝到家目錄下

4、/usr/目錄

默認軟件都會存于該目錄卜;用于存儲只讀用戶數(shù)據(jù)的第二層次；包含絕大多數(shù)的用戶工具和應(yīng)用程序.

目錄描述

/usr/XHR6存放X-Windows的目錄；

/usr/games存放著XteamLinux自帶的小游戲；

/usr/docLinux技術(shù)文檔;

/usr/include用來存放Linux下開發(fā)和編譯應(yīng)用程序所需要的頭文件；

/usr/lib存放一些常用的動態(tài)鏈接共享庫和靜態(tài)檔案庫；

/usr/man幫助文檔所在的目錄；

/usr/srcLinux開放的源代碼，就存在這個目錄，愛好者們別放過哦；

/usr/bin/非必要可執(zhí)行文件（在單用戶模式中不需要）；面向所有用戶。

/usr/lib//usr/bin/和/usr/sbin/中二進制文件的庫。

/usr/sbin/非必要的系統(tǒng)二進制文件，例如：大量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的守護進程。

第6頁共6頁

/usr/share/體系結(jié)構(gòu)無關(guān)（共享）數(shù)據(jù)。

/usr/src/源代碼，例如吶核源代碼及其頭文件。

/usr/XHR6/XWindow系統(tǒng)版本11,Release6.

本地數(shù)據(jù)的第三層次，具體到本臺主機。通常而言有進一步的子目錄，例如：

/usr/local/bin/、lib/、share/.這是提供給一般用戶的/usr目錄，在這里安裝一般的應(yīng)用

軟件；

5、/var/目錄

/var包括系統(tǒng)般運行時要改變的數(shù)據(jù).每個系統(tǒng)是特定的，即不通過網(wǎng)絡(luò)與其他計算機共享.

目錄描述

/var/log/message日志信息，按周自動輪詢

/var/spool/cron/root定時器配置文件目錄，默認按用戶命名

記錄登陸系統(tǒng)存取信息的文件，不管認證成功還是認證失敗都

/var/log/secure

會記錄

/var/log/wtmp記錄登陸者信息的文件，last,who,w命令信息來源于此

當郵件服務(wù)未開啟時，所有應(yīng)發(fā)給系統(tǒng)管理員的郵件都將堆放

/var/spool/clientmqueue/

在此

/var/spool/mail/郵件目錄

比/tmp允許的大或需要存在較長時間的臨時文件.（雖然系統(tǒng)

/var/tmp

管理員可能不允許/var/tmp有很舊的文件.）

/var/lib系統(tǒng)正常運行時要改變的文件.

/usr/local中安裝的程序的可變數(shù)據(jù)（即系統(tǒng)管理員安裝的程

/var/local序）.注意，如果必要，即使本地安裝的程序也會使用其他/var目

錄，例如/var/lock.

鎖定文件.許多程序遵循在/var/lock中產(chǎn)生一個鎖定文件的約

/var/lock定，以支持他們正在使用某個特定的設(shè)備或文件.其他程序注意

到這個鎖定文件，將不試圖使用這個設(shè)備或文件.

/var/log/各種程序的Log文件，特別是login（/var/log/wtmplog所有到

第7頁共7頁

系統(tǒng)的登錄和注銷）和syslog（/var/log/messages里存儲所有核

心和系統(tǒng)程序信息./var/bg里的文件經(jīng)常不確定地增長，應(yīng)該

定期清除.

保存到下次引導前有效的關(guān)于系統(tǒng)的信息文件.例如，

/var/run

/var/run/utmp包含當前登錄的用戶的信息.

應(yīng)用程序緩存數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是在本地生成的一個耗時的I/O

/var/cache/或計算結(jié)果。應(yīng)用程序必須能夠再生或恢復(fù)數(shù)據(jù)。緩存的文件

可以被刪除而不導致數(shù)據(jù)丟失。

6、/proc/目錄

虛擬文件系統(tǒng)，將內(nèi)核與進程狀態(tài)歸檔為文本文件（系統(tǒng)信息都存:放這目錄下）。

例如:uptime、networko在Linux「3對應(yīng)Procfs格式掛載。該目錄下文件只能看不能改（包括root）

目錄描述

/proc/meminfo查看內(nèi)存信息

還記得top以及uptime吧？沒錯！上頭的三個平均數(shù)值就是記錄在

/proc/loadavg

此！

/proc/uptime就是用uptime的時候，會出現(xiàn)的資訊啦！

/proc/cpuinfo關(guān)于處理器的信息，如類型、廠家、型號和性能等。

加載kernel時所下達的相關(guān)參數(shù)！查閱此文件，可了解系統(tǒng)是如何

/proc/cmdline

啟動的！

/proc/filesystems目前系統(tǒng)已經(jīng)加載的文件系統(tǒng)羅！

/proc/interrupts目前系統(tǒng)上面的IRQ分配狀態(tài)。

/proc/ioports目前系統(tǒng)上面各個裝置所配置的I/O位址。

/proc/kcore這個就是內(nèi)存的大小啦！好大對吧！但是不要讀他啦！

/proc/modules目前我們的Linux已經(jīng)加載的模塊列表，也可以想成是驅(qū)動程序啦！

/proc/mounts系統(tǒng)已經(jīng)掛載的數(shù)據(jù)，就是用mount這個命令呼叫出來的數(shù)據(jù)啦！

到底系統(tǒng)掛加載的內(nèi)存在哪里？呵呵!使用掉的partition就記錄在此

/proc/swaps

啦！

使用fdisk-1會出現(xiàn)目前所有的partition吧？在這個文件當中也有

/proc/partitions

紀錄喔！

第8頁共8頁

/proc/pci在PCI匯流排上面，每個裝置的詳細情況！可用Ispci來查閱！

/proc/version核心的版本，就是用uname-a顯示的內(nèi)容啦！

/proc/bus/*一些匯流排的裝置，還有U盤的裝置也記錄在此喔！

7、/dev/目錄

設(shè)備文件分為兩種：塊設(shè)備文件(b)和字符設(shè)備文件⑹

設(shè)備文件般存放在/dev目錄下，

對常見設(shè)備文件作如下說明：

目錄描述

/dev/hd[a-t]IDE設(shè)備

/dev/sd[a-z]SCSI設(shè)備

/dev/fd[0-7]標準軟驅(qū)

/dev/md[0-31]軟raid設(shè)備

/dev/loop[0-7]本地回環(huán)設(shè)備

/dev/ram[0-15]內(nèi)存

/dev/null無限數(shù)據(jù)接收設(shè)備，相當于黑洞

/dev/zero無限零資源

/dev/tty[0-63]虛擬終端

/dev/ttyS[0-3]串口

/dev/lp[0-3]并口

/dev/console控制臺

/dev/fb[0-31]framebuffer

第9頁共9頁

/dev/cdrom=>/dev/hdc

/dev/modem=>/dev/ttyS[0-9]

/dev/pilot=>/dev/ttyS[0-9]

/dev/random隨機數(shù)設(shè)備

/dev/urandom隨機數(shù)設(shè)備

二、論述shell的基本工作原理。

LinuxShell工作原理

Linux系統(tǒng)提供給用戶的最重要的系統(tǒng)程序是Shell命令語言解釋程序。它不

屬于內(nèi)核部分，而是在核心之外，以用戶態(tài)方式運行。

其基本功能是解釋并執(zhí)行用戶打入的各種命令,實現(xiàn)用戶與Linux核心的接口。

系統(tǒng)初啟后，核心為每個終端用戶建立一個進程去

執(zhí)行Shell解釋程序。它的執(zhí)行過程基本上按如下步驟：

(1)讀取用戶由鍵盤輸入的命令行。

(2)分析命令，以命令名作為文件名，并將其它參數(shù)改造為系統(tǒng)調(diào)用execve()

內(nèi)部處理所要求的形式。

(3)終端進程調(diào)用fork()建立一個子進程。

(4)終端進程本身用系統(tǒng)調(diào)用wait4()來等待子進程完成(如果是后臺命令，

則不等待)。當子進程運行時調(diào)用execve(),

子進程根據(jù)文件名(即命令名)到目錄中查找有關(guān)文件(這是命令解釋程序構(gòu)

成的文件)，將它調(diào)入內(nèi)存，執(zhí)行這個程序(解釋這條命令)。

(5)如果命令末尾有&號(后臺命令符號)，則終端進程不用系統(tǒng)調(diào)用wait4()

等待，立即發(fā)提示符，讓用戶輸入下一個命令，轉(zhuǎn)⑴。

如果命令末尾沒有&號，則終端進程要?直等待，當子進程(即運行命令的進程)

完成處理后終止，向父進程(終端進程)報告，

此時終端進程醒來，在做必要的判別等工作后，終端進程發(fā)提示符，讓用戶輸

入新的命令，重復(fù)上述處理過程。

第10頁共10

右

Linux系統(tǒng)的shell作為操作系統(tǒng)的外殼，為用戶提供使用操作系統(tǒng)的接

口。它是命令語言、命令解釋程序及程序設(shè)計語言的統(tǒng)稱。

shell是用戶和Linux內(nèi)核之間的接口程序，如果把Linux內(nèi)核想象成一

個球體的中心，shell就是圍繞內(nèi)核的外層。

當從shell或其他程序向Linux傳遞命令時，內(nèi)核會做出相應(yīng)的反應(yīng)。

shell是一個命令語言解釋器，它擁有自己內(nèi)建的shell命令集，shell

也能被系統(tǒng)中其他應(yīng)用程序所調(diào)用。用戶在提示符下輸入的命令都由shell先

解釋然后傳給Linux核心。

有一些命令，比如改變工作目錄命令cd,是包含在shell內(nèi)部的。還有一

些命令，例如拷貝命令cp和移動命令rm,是存在于文件系統(tǒng)中某個目錄下的

單獨的程序。對用戶而言，不必關(guān)心一個命令是建立在shell內(nèi)部還是一個單

獨的程序。

shell首先檢查命令是否是內(nèi)部命令，若不是再檢查是否是一個應(yīng)用程序

（這里的應(yīng)用程序可以是Linux本身的實用程序，如1s和rm,也可以是購買

的商業(yè)程序，如xv,或者是自由軟件，如emacs）。然后shell在搜索路徑里

尋找這些應(yīng)用程序（搜索路徑就是一個能找到可執(zhí)行程序的目錄列表）。如果

鍵入的命令不是一個內(nèi)部命令并且在路徑里沒有找到這個可執(zhí)行文件，將會顯

示一條錯誤信息。如果能夠成功找到命令，該內(nèi)部命令或應(yīng)用程序?qū)⒈环纸鉃?/p>

系統(tǒng)調(diào)用并傳給Linux內(nèi)核。

shell的另一個重要特性是它自身就是一個解釋型的程序設(shè)計語言，shell

程序設(shè)計語言支持絕大多數(shù)在高級語言中能見到的程序元素，如函數(shù)、變量、

數(shù)組和程序控制結(jié)構(gòu)。shell編程語言簡單易學，任何在提示符中能鍵入的命

令都能放到一個可執(zhí)行的shell程序中。

當普通用戶成功登錄，系統(tǒng)將執(zhí)行一個稱為shell的程序。正是shell進

程提供了命令行提示符。作為默認值（TurboLinux系統(tǒng)默認的shell是BASH）,

對普通用戶用“$”作提示符，對超級用戶（root）用作提示符。

一旦出現(xiàn)了shell提示符，就可以鍵入命令名稱及命令所需要的參數(shù)。

shell將執(zhí)行這些命令。如果一條命令花費了很長的時間來運行，或者在屏幕

上產(chǎn)生了大量的輸出，可以從鍵盤上按ctrl+c發(fā)出中斷信號來中斷它（在正常

結(jié)束之前，中止它的執(zhí)行）。

第11頁共11頁

當用戶準備結(jié)束登錄對話進程時，可以鍵入logout命令、exit命令或文

件結(jié)束符（EOF）（按ctrl+d實現(xiàn)），結(jié)束登錄。

三、結(jié)合程序?qū)嵗敿氄撌龀Ｓ玫?種進程通信方式。

linux使用的進程間通信方式：（1）管道（pipe）（2）信號（signal）（3）

消息隊列（4）共享內(nèi)存（5）信號量

］、管道通信

普通的;inuxshell都允許重定向，而重定向使用的就是管道。例如：

pslgrepvsftpd.管道是單向的、先進先出的、無結(jié)構(gòu)的、固定大小的字節(jié)

流，它把一個進程的標準輸出和另?個進程的標準輸入連接在一起。寫進

程在管道的尾端寫入數(shù)據(jù)，讀進程在管道的道端讀出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀出后將

從管道中移走，其它讀進程都不能再讀到這些數(shù)據(jù)。管道提供了簡單的流

控制機制。進程試圖讀空管道時，在有數(shù)據(jù)寫入管道前，進程將一直阻塞。

同樣，管道已經(jīng)滿時，進程再試圖寫管道，在其它進程從管道中移走數(shù)據(jù)

之前，寫進程將一直阻塞。管道主要用于不同進程間通信。

管道的創(chuàng)建

fifowrite,c

ttinclude<sys/types.h>

Sinclude<sys/stat.h>

Sinclude<errno.h>

ttinclude<fcntl.h>

Sinclude<stdio.h>

Sinclude<stdlib.h>

Sinclude<string.h>

#defineFIFO_SERVER〃/tmp/myfifo〃

main(intargc,char**argv)

(

intfd;

charwbuf[100];

intnwrite;

/*打開管道*/

fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);

if(argc==l)

(

printf(/zPleasesendsomething'n");

第12頁共12

右

exit(-1);

strcpy(w_buf,argv[1]);

/*向管道寫入數(shù)據(jù)*/

if((r)write=write(fd,w_buf,100))==-l)

(

if(errno==EAGAIN)

printf(Z/TheFIFOhasnotbeenreadyet.Pleasetry

later\n，z);

)

else

printf("'write%stotheFIF0\n，z,wbuf);

fifo_read.c

Sinclude<sys/types.h>

Sinclude<sys/stat.h>

ttinclude<errno.h>

Sinclude<fcntl.h>

Sinclude<stdio.h>

ttinclude<stdlib.h>

^include<string.h>

ttdefineFIFO〃/tmp/myfifo〃

main(intargc,char**argv)

(

charbuf_r[100];

intfd;

intnread;

/*創(chuàng)建管道*/

if((mkfifo(FIFO,O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST))

printf(z，cannotcreatefifoserver\n，z);

printf("'Preparingforreadingbytes...\n〃);

memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));

第13頁共13

右

/*打開管道*/

fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);

if(fd==-l)

(

perror("open");

exit(1);

)

while(1)

(

memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));

if((nread=read(fd,buf_r,100))==-l)

(

if(errno==EAGAIN)

printf(z，nodatayet\n");

)

printf("read%sfromFIF0\n”,buf_r);

sleep(1);

)

pause。；/*暫停，等待信號*/

uniink(FIFO);//刪除文件

2、信號

信號概述

信號是軟件中斷。。它用于在一個或多個進程之間傳遞異步信號。很多條件可

以產(chǎn)生一個信號。

A、當用戶按某些終端鍵時，產(chǎn)生信號。在終端上按DELETE鍵通常產(chǎn)生中斷信

號（SIGINT）o這是停止一個已失去控制程序的方法。

B、硬件異常產(chǎn)生信號：除數(shù)為0、無效的存儲訪問等等。這些條件通常由硬件

檢測到，并將其通知內(nèi)核。然后內(nèi)核為該條件發(fā)生時正在運行的進程產(chǎn)生

適當?shù)男盘?。例如，對于?zhí)行一個無效存儲訪問的進程產(chǎn)生一個SIGSEGV。

C、進程用kill（2）函數(shù)可將信號發(fā)送給另一個進程或進程組。自然，有些限制:

接收信號進和發(fā)送信號進程的所有都必須相同，或發(fā)送信號進程的的所有

者必須是超級用戶。

D、用戶可用Kill（ID值）命令將信號發(fā)送給其它進程。此程序是Kill函數(shù)的

界面。常用此命令終止一個失控的后臺進程。

E、當檢測到某種軟件條件已經(jīng)發(fā)生，并將其通知有關(guān)進程時也產(chǎn)生信號。這里

并不是指硬件產(chǎn)生條件（如被0除），而是軟件條件。例如SIGURG（在網(wǎng)

第14頁共14

右

絡(luò)連接上傳來非規(guī)定波特率的數(shù)據(jù)）、SIGPIPE（在管道的讀進程已終止后

一個進程寫此管道），以及SIGALRM（進程所設(shè)置的鬧鐘時間已經(jīng)超時）。

內(nèi)核為進程生產(chǎn)信號，來響應(yīng)不同的事件，這些事件就是信號源。主要信號

源如下：

（1）異常：進程運行過程中出現(xiàn)異常；

（2）其它進程：一個進程可以向另一個或一組進程發(fā)送信號；

（3）終端中斷：Ctrl-c,Ctro-\等；

（4）作業(yè)控制：前臺、后臺進程的管理；

（5）分配額：CPU超時或文件大小突破限制；

（6）通知：通知進程某事件發(fā)生，如I/O就緒等；

（7）報警：計時器到期；

Linux中的信號

1、SIGHUP2、SIGINT（終止）3、SIGQUIT（退出）4、SIGILL

5、SIGTRAP6、SIGIOT7、SIGBUS8、SIGFPE9、SIGKILL

10、SIGUSER11、SIGSEGVSIGUSER12、SIGPIPE13、SIGALRM

14、SIGTERM15、SIGCHLD16、SIGCONT17、SIGSTOP18、SIGTSTP

19、SIGTTIN20、SIGTTOU21、SIGURG22、SIGXCPU23、SIGXFSZ

24、SIGVTALRM25、SIGPROF26、SIGWINCH27、SIGIO28、SIGPWR常用

的信號：

SIGHUP：從終端上發(fā)出的結(jié)束信號；

SIGINT：來自鍵盤的中斷信號（Ctrl+c）

SIGQUIT：來自鍵盤的退出信號；

SIGFPE：浮點異常信號（例如浮點運算溢出）；

SIGKILL：該信號結(jié)束接收信號的進程；

SIGALRM：進程的定時器到期口寸，發(fā)送該信號；

SIGTERM：kill命令生出的信號;

SIGCHLD：標識子進程停止或結(jié)束的信號；

SIGSTOP：來自鍵盤（Ctrl-Z）或調(diào)試程序的停止掃行信號

可以要求系統(tǒng)在某個信號出現(xiàn)時按照下列三種方式中的一種進行操作。

（1）忽略此信號。大多數(shù)信號都可使用這種方式進行處理，但有兩種信號卻決

不能被忽略。它們是：SIGKILL和SIGSTOP。這兩種信號不能被忽略的，原

因是：它們向超級用戶提供一種使進程終止或停止的可靠方法。另外，如

果忽略某些由硬件異常產(chǎn)生的信號（例如非法存儲訪問或除以0）,則進

程的行為是示定義的。

（2）捕捉信號。為了做到這一點要通知內(nèi)核在某種信號發(fā)生時，調(diào)用一個用戶

函數(shù)。在用戶函數(shù)中，可執(zhí)行用戶希望對這種事件進行的處理。如果捕捉

到SIGCHLD信號，則表示子進程已經(jīng)終止，所以此信號的捕捉函數(shù)可以調(diào)

用waitpid以取得該子進程的進程ID以及它的終止狀態(tài)。

第15頁共15

右

(3)執(zhí)行系統(tǒng)默認動作。對大多數(shù)信號的系統(tǒng)默認動作是終止該進程。每一個

信號都有一個缺省動作，它是當進程沒有給這個信號指定處理程序時，內(nèi)

核對信號的處理。有5種缺省的動作：

(1)異常終止(abort)：在進程的當前目錄下，把進程的地址空間內(nèi)容、寄存

器內(nèi)容保存到一個叫做core的文件中，而后終止進程。

(2)退出(exit)：不產(chǎn)生core文件，直接終止進程。

(3)忽略(ignore)：忽略該信號。

(4)停止(stop)：掛起該進程。

(5)繼續(xù)(contiune)：如果進程被掛起，剛恢復(fù)進程的動行。否則，忽略信

號。信號的發(fā)送與捕捉

ki11()和raise()

kill。不僅可以中止進程,也可以向進程發(fā)送其他信號。與kill函數(shù)不同的是,

raise()函數(shù)運行向進程自身發(fā)送信號#include〈sys/types.h>

#include<signal.h>

intkill(pid_tpid,intsigno);

intraise(intsigno);

兩個函數(shù)返回：若成功則為0,若出錯則為kill的pid參數(shù)有四種不同的

情況：

(1)pid>0將信號發(fā)送給進程ID為pid的進程。

(2)pid==0將信號發(fā)送給其進程組ID等于發(fā)送進程的進程組ID,而且發(fā)送進

程有許可權(quán)向其發(fā)送信號的所有進程。

(3)pid<0將信號發(fā)送給其進程組ID等于pid絕對值，而且發(fā)送進程有許可

權(quán)向其發(fā)送信號的所有進程。如上所述一樣，“所有進程”并不包括系統(tǒng)

進程集中的進程。

(4)pid==TPOSIX.1未定義種情況kill,c#include<stdio.h>

例子如下：

Sinclude<signal.h>

#include<stdio.h>

Sinclude<stdlib.h>

voidmy_func(intsign_no)

(

if(sign_no==SIGINT)

printf(，?IhavegetSIGINT'n");

elseif(sign_no==SIGQUIT)

printf(Z，IhavegetSIGQUIT'n");

)

intmainO

(

printf(/zWaitingforsignalSIGINTorSIGQUIT\n");

第16頁共16

右

/*注冊信號處理函數(shù)*/

signal(SIGINT,my_func);

signal(SIGQUIT,my_func);

pause();

exit(0);

)

3、消息隊列

消息隊列用于運行于同一臺機器上的進程間通信，它和管道很相似，是一個在

系統(tǒng)內(nèi)核中用來保存消息的隊列，它在系統(tǒng)內(nèi)核中是以消息鏈表的形式出

現(xiàn)。消息鏈表中節(jié)點的結(jié)構(gòu)用msg聲明。

例子如下：

ttinclude<sys/types.h>

#include<sys/msg.h>

tiinclude<unistd.h>

structmsg_buf

(

intmtype;

chardata[255];

)；

intmainO

(

key_tkey;

intmsgid;

intret;

structmsg_bufmsgbuf;

key=ftok(〃/tmp/2〃,'a');

printfC'key=[%x]\n〃,key);

msgid=msgget(key,IPC_CREAT10666);/*通過文件對應(yīng)*/

if(msgid==-l)

(

printf(''createerror\nz，);

return-1;

)

第17頁共17

msgbuf.mtype=getpid();

strcpy(msgbuf.data,z，testhaha");

ret=msgsnd(msgid,&msgbuf,sizeof(msgbuf.data),IPC_NOWAIT);

if(ret==-l)

{

printf(z/sendmessageerr\n");

return-1;

)

memset(&msgbuf,0,sizeof(msgbuf));

ret=msgrcv(msgid,femsgbuf,sizeof(msgbuf.data),getpidO,IPC_NOWAIT

)；

if(ret==-l)

(

printf("recvmessageerr\n");

return-1;

)

printf(z/recvmsg=[%s]\nz/,msgbuf.data);

)

4、共享內(nèi)存

共享內(nèi)存是運行在同一臺機器上的進程間通信最快的方式，因為數(shù)據(jù)不需要在

不同的進程間復(fù)制。通常由一個進程創(chuàng)建一塊共享內(nèi)存區(qū)，其余進程對這

塊內(nèi)存區(qū)進行讀寫。

得到共享內(nèi)存有兩種方式：映射/dev/mem設(shè)備和內(nèi)存映像文件。前一種方式不

給系統(tǒng)帶來額外的開銷，但在現(xiàn)實中并不常用，因為它控制存取的將是實

際的物理內(nèi)存，在Linux系統(tǒng)下，這只有通過限制Linux系統(tǒng)存取的內(nèi)存

才可以做到。常用的方式是通過shmXXX函數(shù)族來實現(xiàn)利用共享內(nèi)存進行

存儲的。

首先要用的函數(shù)是shmget,它獲得一個共享存儲標識符。

#include<sys/types.h>

Sinclude<sys/ipc.h>

#include<sys/shm.h>

intshmget(key_tkey,intsize,intflag);

這個函數(shù)有點類板malloc函數(shù)，系統(tǒng)按照請求分配size大小的內(nèi)存用作共享

內(nèi)存。Linux系統(tǒng)內(nèi)核中每個IPC結(jié)構(gòu)都有的一個非負整數(shù)的標識符，這

樣對一個消息隊列發(fā)送消息時只要引用標識符就可以了。這個標識符是內(nèi)

第18頁共18

右

核由IPC結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵字得到的。這個關(guān)鍵字，就是上面第一個函數(shù)的key。

數(shù)據(jù)類型key_t是在頭文件sys/types.h中定義的，它是一個長整形的數(shù)

據(jù)。當共享內(nèi)存創(chuàng)建后，其余進程可以調(diào)用shmat()將其連

接到自身的地址空間中。

void*shmat(intshmid,void*addr,intflag);

shmid為shmget函數(shù)返回的共享存儲標識符,addr和flag參數(shù)決定了以什么

方式來確定連接的地址，函數(shù)的返回值即是該進程數(shù)據(jù)段所連接的實際地

址，進程可以對此進程進行讀寫操作。

例子如下：

ttinclude<stdlib.h>

ttinclude<stdio.h>

Sinclude<string.h>

ttinclude<errno.h>

Sinclude<unistd.h>

Sinclude<sys/stat.h>

Sinclude<sys/types.h>

Sinclude<sys/ipc.h>

Sinclude<sys/shm.h>

#definePERMS_IRUSR|S_IWUSR

/*共享內(nèi)存*/

intmain(intargc,char**argv)

(

intshmid;

char*p_addr,*c_addr;

if(argc!=2)

(

fprintf(stderr,z，Usage:%s\n\az，,argv[0]);

exit(1);

)

/*創(chuàng)建共享內(nèi)存*/

if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,1024,PERM))=1)

(

fprintf(stderr,^CreateShareMemory

Error:%s\n\az，,strerror(errno));

exit(1);

第19頁共19

右

/*創(chuàng)建子進程*/

if(fork())//父進程寫

(

p_addr=shmat(shmid,0,0);

memset(p_addr,'\0",1024);

strncpy(p_addr,argv[l],1024);

wait(NULLr//釋放資源，不關(guān)心終止狀態(tài)

exit(0);

)

else//子進程讀

(

sleep(l);//暫停1秒

c_addr=shmat(shmid,0,0);

printf(z，Clientget%s\n',c_addr);

exit(0);

)

)

5、信號量

信售量又稱為信號燈，它是用來協(xié)調(diào)不同進程間的數(shù)據(jù)對象的，而最主要的

應(yīng)用是前一節(jié)的共享內(nèi)存方式的進程間通信。本質(zhì)上，信號量是一個計數(shù)

器，它用來記錄對某個資源(如共享內(nèi)存)的存取狀況。一般說來，為了

獲得共享資源，進程需要執(zhí)行下列操作：

(1)測試控制該資源的信號量。

(2)若此信號量的值為正，則允許進行使用該資源。進程將信號量減1。(3)

若此信號量為0,則該資源目前不可用，進程進入睡眠狀態(tài)，直至信號量

值大于0,進程被喚醒，轉(zhuǎn)入步驟(1)。

(4)當進程不再使用一個信號量控制的資源時，信號量值加1。如果此時有

進程正在睡眠等待此信號量，則喚醒此進程。

例子如下：

intopen_semaphore_set(key_tkeyval,intnumsems)

(

intsid;

if(Inumsems)

return(-1);

if((sid=semget(mykey,numsems,IPC_CREAT0660))==T)

{

return(-1);

第20頁共20

右

return(sid);

｝；、

semopO

系統(tǒng)調(diào)用：semopO;調(diào)用原型：intsemop(intsemid,struct

sembuf*sops,unsignednsops);

返回值：0,如果成功。-1,

如果失敗：errno=E2BIG(nsops大于最大的ops數(shù)目

四、對進程與線程的區(qū)別進行分析。

對于操作系統(tǒng)而言，進程是核心之核心，整個現(xiàn)代操作系統(tǒng)的

根本，就是以進程為單位在執(zhí)行任務(wù)。系統(tǒng)的管理架構(gòu)也是基于進

程層面的。在按下電源鍵之后，計算機就開始了復(fù)雜的啟動過程，

此處有一個經(jīng)典問題：當按下電源鍵之后，計算機如何把自己由靜

止啟動起來的？本文不討論系統(tǒng)啟動過程，請讀者自行科普。操作

系統(tǒng)啟動的過程簡直可以描述為上帝創(chuàng)造萬物的過程，期初沒有世

界，但是有上帝，是上帝創(chuàng)造了世界，之后創(chuàng)造了萬物，然后再創(chuàng)

造了人，然后塑造了人的七情六欲，再然后人類社會開始遵循自然

規(guī)律繁衍生息。。。操作系統(tǒng)啟動進程的階段就相當于上帝造人的

階段。本文討論的全部內(nèi)容都是“上帝造人”之后的事情。第一個

被創(chuàng)造出來的進程是0號進程，這個進程在操作系統(tǒng)層面是不可見

的，但它存在著。0號進程完成了操作系統(tǒng)的功能加載與初期設(shè)定,

第21頁共21

右

然后它創(chuàng)造了1號進程（init）,這個1號進程就是操作系統(tǒng)的“耶

穌”。1號進程是上帝派來管理整個操作系統(tǒng)的，所以在用pstre

e查看進程樹可知，1號進程位于樹根。再之后，系統(tǒng)的很多管理

程序都以進程身份被1號進程創(chuàng)造出來，還創(chuàng)造了與人類溝通的橋

梁一一shello從那之后，人類可以跟操作系統(tǒng)進行交流，可以編

寫程序，可以執(zhí)行任務(wù)。。。

而這一切，都是基于進程的。每一個任務(wù)（進程）被創(chuàng)建時一，系

統(tǒng)會為他分配存儲空間等必要資源，然后在內(nèi)核管理區(qū)為該進程創(chuàng)

建管理節(jié)點，以便后來控制和調(diào)度該任務(wù)的執(zhí)行。

進程真正進入執(zhí)行階段，還需要獲得CPU的使用權(quán)，這一切都是操

作系統(tǒng)掌管著，也就是所謂的調(diào)度，在各種條件滿足（資源與CPU

使用權(quán)均獲得）的情況下，啟動進程的執(zhí)行過程。

除CPU而外，一個很重要的資源就是存儲器了，系統(tǒng)會為每個進程

分配獨有的存儲空間，當然包括它特別需要的別的資源，比如寫入

時外部設(shè)備是可使用狀態(tài)等等。有了上面的引入，我們可以對進程

做一個簡要的總結(jié)：

進程，是計算機中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，是系

統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。它的

執(zhí)行需要系統(tǒng)分配資源創(chuàng)建實體之后，才能進行。

第22頁共22

右

隨著技術(shù)發(fā)展，在執(zhí)行一些細小任務(wù)時，本身無需分配單獨資

源時(多個任務(wù)共享同一組資源即可，比如所有子進程共享父進程

的資源)，進程的實現(xiàn)機制依然會繁瑣的將資源分割，這樣造成浪

費，而且還消耗時間。后來就有了專門的多任務(wù)技術(shù)被創(chuàng)造出來一

一線程。

線程的特點就是在不需要獨立資源的情況下就可以運行。如此一來

會極大節(jié)省資源開銷，以及處理時間。

1.好了，前面的一段文字是簡要引入兩個名詞，即進程和線程。本

文討論目標是解釋清楚進程和線程的區(qū)別，關(guān)于二者的技術(shù)實現(xiàn)，

請讀者查閱相關(guān)資料。

下面我們開始重點討論本文核心了。從下面幾個方面闡述進程

和線程的區(qū)別。

1).二者的相同點

2).實現(xiàn)方式的差異

3).多任務(wù)程序設(shè)計模式的區(qū)別

4).實體間(進程間，線程間，進線程間)通信方式的不同

5).控制方式的異同

6).資源管理方式的異同

第23頁共23

右

7）.個體間輩分關(guān)系的迥異

8）.進程池與線程池的技術(shù)實現(xiàn)差別

接下來我們就逐個進行解釋。

1）.二者的相同點

無論是進程還是線程，對于程序員而言，都是用來實現(xiàn)多任務(wù)

并發(fā)的技術(shù)手段。二者都可以獨立調(diào)度，因此在多任務(wù)環(huán)境下，功

能上并無差異。并且二者都具有各自的實體，是系統(tǒng)獨立管理的對

象個體。所以在系統(tǒng)層面，都可以通過技術(shù)手段實現(xiàn)二者的控制。

而且二者所具有的狀態(tài)都非常相似。而且，在多任務(wù)程序中，子進

程（子線程）的調(diào)度一般與父進程（父線程）平等競爭。

其實在Linux內(nèi)核2.4版以前，線程的實現(xiàn)和管理方式就是完

全按照進程方式實現(xiàn)的。在2.6版內(nèi)核以后才有了單獨的線程實

現(xiàn)。

第24頁共24

右

嵋狀態(tài)圖

2).實現(xiàn)方式的差異

進程是資源分配的基本單位，線程是調(diào)度的基本單位。

這句經(jīng)典名言已流傳數(shù)十年，各種操作系統(tǒng)教材都可見此描述。

確實如此，這就是二者的顯著區(qū)別。讀者請注意“基本”二字。相

信有讀者看到前半句的時候就在心里思考，“進程豈不是不能調(diào)

第25頁共25

右

度？”，非也！進程和線程都可以被調(diào)度，否則多進程程序該如何

運行呢！

只是，線程是更小的可以調(diào)度的單位，也就是說，只要達到線程的

水平就可以被調(diào)度了，進程自然可以被調(diào)度。它強調(diào)的是分配資源

時的對象必須是進程，不會給一個線程單獨分配系統(tǒng)管理的資源。

若要運行一個任務(wù)，想要獲得資源，最起碼得有進程，其他子任務(wù)

可以以線程身份運行，資源共享就行了。

簡而言之，進程的個體間是完全獨立的，而線程間是彼此依存

的。多進程環(huán)境中，任何一個進程的終止，不會影響到其他進程。

而多線程環(huán)境中，父線程終止，全部子線程被迫終止(沒有了資源)。

而任何一個子線程終止一般不會影響其他線程，除非子線程執(zhí)行了

exit。系統(tǒng)調(diào)用。任何一個子線程執(zhí)行exit。，全部線程同時滅

亡。

其實，也沒有人寫出只有線程而沒有進程的程序。多線程程序

中至少有一個主線程，而這個主線程其實就是有main函數(shù)的進程。

它是整個程序的進程，所有線程都是它的子線程。我們通常把具有

多線程的主進程稱之為主線程。

從系統(tǒng)實現(xiàn)角度講，進程的實現(xiàn)是調(diào)用fork系統(tǒng)調(diào)用：

pidtfork(void);

第26頁共26

右

線程的實現(xiàn)是調(diào)用clone系統(tǒng)調(diào)用:

intclone(int(*fn)(void*),void*child_stack,intf

lags,void*arg,

/*pidt*ptid,structuserdesc*tls,pidt*ctid*/

)；

其中，fork。是將父進程的全部資源復(fù)制給了子進程。而線程

的clone只是復(fù)制了一小部分必要的資源。在調(diào)用clone時可以通

過參數(shù)控制要復(fù)制的對象?？梢哉f，fork實現(xiàn)的是clone的加強

完整版。當然，后來操作系統(tǒng)還進一步優(yōu)化fork實現(xiàn)一一寫時復(fù)

制技術(shù)。在子進程需要復(fù)制資源(比如子進程執(zhí)行寫入動作更改父

進程內(nèi)存空間)時才復(fù)制，否則創(chuàng)建子進程時先不復(fù)制。

實際中，編寫多進程程序時采用fork創(chuàng)建子進程實體。而創(chuàng)建

線程時并不采用clone系統(tǒng)調(diào)用，而是采用線程庫函數(shù)。常用線程

庫有Linux-Native線程庫利POSIX線程庫。其中應(yīng)用最為廣泛的

是POSIX線程庫。因此讀者在多線程程序中看到的是pthread_cre

ate而非cloneo

我們知道，庫是建立在操作系統(tǒng)層面上的功能集合，因而它的功能

都是操作系統(tǒng)提供的。由此可知，線程庫的內(nèi)部很可能實現(xiàn)了clo

第27頁共27

右

ne的調(diào)用。不管是進程還是線程的實體，都是操作系統(tǒng)上運行的

實體。

最后，我們說一下vfork()o這也是一個系統(tǒng)調(diào)用，用來創(chuàng)

建一個新的進程。它創(chuàng)建的進程并不復(fù)制父進程的資源空間，而是