《基于ARM9的嵌入式Linux系统开发原理与实践》课件第3章

第3章Linux编程环境3.1编辑器vi3.2编译器gcc3.3调试器GDB3.4make工具和Makefile规则3.5

glibc本章小结

3.1编辑器vi

3.1.1vi简介

vi编辑器最初是由SunMicrosystems公司的BillJoy在1976年开发的，一开始BillJoy开发了Ex编辑器(行编辑器)，后来开发了vi作为Ex的visualinterface，也就是允许一次能看到一屏的文本而非一行，vi因此而得名。图3-1vi界面3.1.2vi用法

vi有三种模式：命令行模式；最后行模式；文本输入

模式。

1.命令行模式下使用vi

在命令行模式下都是要输入命令，但命令不是以“ : ”开始，这与最后行模式下的命令格式有所区别，它直接接受键盘输入的单字符或组合字符命令，例如直接按下u就表示取消上一次对文件的修改，相当于Windows下的Undo操作。

2.最后行模式下使用vi

在最后行模式下，所有命令都要以“ : ”开始，所键入的字符系统均作命令来处理。例如，:q代表退出，:w表示存盘。最后行模式下常用命令及其含义如表3-2所示。

3.文本输入模式下使用vi

在文本输入模式下，不能打入指令，必需先按Esc键，返回命令方式。假若用户不知身处何种模式下，也可以按Esc键，则不管处于何种模式下，都会返回命令行模式。

文本输入模式下常用命令及其含义如表3-3所示。3.1.3vi使用实例分析

1. vi使用实例内容

(1)在 /root目录下建一个名为 /vi的目录；

(2)进入 /vi目录；

(3)将文件 /etc/inittab复制到 /vi目录下；

(4)使用vi打开 /vi目录下的inittab；

(5)将光标移到该行；

(6)复制该行内容；

(7)将光标移到最后一行行首；

(8)粘贴复制行的内容；

(9)撤销第(8)步的动作；

(10)将光标移动到最后一行的行尾；

(11)粘贴复制行的内容；

(12)光标移到“si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit”；

(13)删除该行；

(14)存盘但不退出；

(15)将光标移到首行；

(16)插入模式下输入“Hello，thisisviworld!”；

(17)返回命令行模式；

(18)向下查找字符串“0:wait”；

(19)再向上查找字符串“halt”；

(20)强制退出vi，不存盘。

2. vi使用实例解析

在该实例中，每一步的使用命令如下所示。

(1)

mkdir/root/vi

(2)

cd/root/vi

(3)

cp/etc/inittab./

(4)

vi./inittab

(5)

17<enter>(命令行模式)

(6) yy

(7) G

(8) p

(9) u

(10) $

(11) p

(12) 21G

(13) dd

(14) :w(最后行模式)

(15) 1G

(16) i并输入“Hello，thisisviworld!”(文本输入模式)

(17) Esc

(18) /0:wait(命令行模式)

(19) ?halt

(20) :q!(最后行模式)

3.2编译器gcc

3.2.1gcc简介

Linux系统下的gcc(GNUCCompiler)是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是GNU的代表作品之一。gcc是可以在多种硬件平台上编译出可执行程序的超级编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均要高20%～30%。gcc编译器能将C、C++ 语言源程序、汇编语言源程序和目标程序编译、连接成可执行文件，如果没有给出可执行文件的名字，gcc将生成一个名为a.out的文件。3.2.2gcc的执行过程

虽然称gcc是C语言的编译器，但使用gcc由C语言源代码文件生成可执行文件的过程不仅仅是编译的过程，而是要经历四个相互关联的步骤：预处理(也称预编译，Preprocessing)、编译(Compilation)、汇编(Assembly)和链接(Linking)，如图3-2所示。图3-2gcc编译过程

1.预处理阶段

在预处理阶段，若输入的是C语言的源文件，通常为 *.c。它们通常带有.h之类头文件的包含文件。这个阶段主要处理源文件中的 #ifdef、#include和 #define命令。

2.编译阶段

编译器在预处理结束之后，gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码实际要做的工作，在检查无误后，就开始把代码翻译成汇编语言，gcc的选项“-S”能使编译器在进行完汇编之前就停止。

3.汇编阶段

在汇编阶段，将输入的汇编文件 *.s转换成机器语言 *.o，这个阶段对应的gcc命令如下例所示：

gcc-c-ohello.ohello.s

4.链接阶段

在成功编译之后，就进入了链接阶段。在上面这个程序中并没有定义“printf”的函数实现，在预编译中包含进的“stdio.h”中也只有该函数的声明，而没有定义函数的实现。3.2.3gcc的基本用法和选项

在使用gcc编译器的时候，必须给出一系列必要的调用参数和文件名称。gcc编译器的调用参数大约有100个，其中多数参数很少使用，这里只介绍最基本、最常用的参数。

gcc最基本的用法是：

gcc

[options]

[filenames]3.2.4gcc编译实例

下面是一个非常简单的HelloWorld实例。使用在第一节中学习vi的用法，编辑一个文件名hello.c的源文件，文件的内容如下：

#include“stdio.h”

intmain(intargc,char*argv[])

{

char*pszStr=“Helloworld\n”；

printf(“Hello,world\n”)；

exit(0)；

}

3.3调试器GDB

3.3.1

GDB简介

所有的程序在写好以后，都要经过调试，在调试过程中发现并改正程序中的错误。如果没有GDB，程序员为了跟踪某些错误，就要在程序中加入大量的语句，用来产生一些特定的输出。对于某些程序来说，这样做会导致更多的错误。3.3.2GDB常用命令

GDB的命令很多，本节介绍一些最常用的命令。

在介绍之前，先介绍GDB中的一个非常有用的功能：补齐功能。

1.启动GDB

假设文件名为hello，用GDB调试它，可以输入gdbhello来启动GDB并载入程序。在命令行上键入gdbhello并按回车键就可以运行GDB了。

2.载入程序file

在GDB内，载入程序很简单，使用file命令，如filehello。当然，程序的路径名要正确。

3.退出GDBquit

在GDB的命令方式下，输入quit，就可以退出GDB。

4.运行程序run

当GDB中已将要调试的程序载入后，可以用run命令来执行。如果程序需要参数，可以在run指令后接着输入参数，就像在Shell下执行一个需要参数的命令一样。

5.查看程序信息info

info指令用来查看程序的信息，当用helpinfo查看帮助时，info指令的参数足足占了两个屏幕，它的参数非常多，但大部分不常用。

6.列出一段源程序list

列出某个函数：

listFUNCTION

以当前源文件的某行为中间显示一段源程序：

listLINENUM

接着前一次继续显示：

list显示前一次之前的源程序：

list

显示另一个文件的一段程序：

listFILENAME:FUNCTION

或listFILENAME:LINENUM

7.设置断点break

有许多种设置断点的方法。如下：

(1)在函数入口设置断点

breakFUNCTION

(2)在当前源文件的某一行上设置断点

breakLINENUM

(3)在另一个源文件的某一行上设置断点

breakFILENAME:LINENUM

(4)在某个地址上设置断点，当调试的程序没有源程序时很有用

break*ADDRESS

8.条件断点

break...ifCOND

COND是一个布尔条件表达式，语法与C语言中的一样。条件断点与一般的断点不同之处是每当程序执行到断点处，都要计算条件表达式，如果为真，程序才会中断，否则程序会一直执行下去。

9.设置监视点watch

当调试一个很大的程序，并且在跟踪一个关键的变量时，发现这个变量不知在哪儿被改动过，如何才能找到改动它的地方？这时可以使用watch命令。简单地说，监视点可以监视某个表达式或变量，当它被读或被写时让程序中断。watch命令的用法如下：

watchEXPRESSION

10.检查数据

最常用的检查数据的方法是使用print命令。

printexp

11.修改变量值

在调试程序时，可能想改变一个变量的值。用set指令可以修改变量的值：

setvarible=value

例如，想将一个变量tmp的值赋为10:

settmp=10

12.检查内存值

检查内存值的指令是x，x是examine的意思。用法如下：

x/NFUADDR

13.输出格式

缺省情况下，输出格式依赖于它的数据类型。但可以改变输出格式。当使用print命令时，可以用一个参数/F来选择输出的打印格式。F可以是以下的一些值：

‘x’十六进制整数格式；

‘d’有符号十进制整数格式；

‘u’无符号十进制整数格式；

'f'浮点数格式。

14.单步执行指令

单步执行指令有两个：step和next。step可以跟踪进入一个函数，而next指令则不会进入函数。

15.继续执行指令

当程序被断下，查看所需的信息后，输入continue，程序会继续执行下去。

16.帮助指令help

在GDB中，如果想知道一条指令的用法，最方便的方法是使用help。使用方法很简单：在help后跟上指令名。例如，想知道list指令用法，输入：

helplist3.3.3GDB使用实例

下面通过一个简单的实例来讲述GDB的使用方法，这里所介绍的指令都是GDB中最基本也是最常用的指令。

3.4make工具和Makefile规则

3.4.1

make和Makefile概述

什么是Makefile？

或许很多Windows的程序员都不知道这个东西，因为那些Windows的集成开发环境都做了这个工作，但要做一个专业的程序员，必须了解Makefile。会不会写Makefile，从一个侧面说明了一个程序员是否具备完成大型软件工程的能力。什么是make？

make是一个命令工具，用于解释Makefile中的指令。3.4.2

Makefile文件内容

Makefile主要包含了以下五个部分：

(1)显式规则。

(2)隐晦规则。

(3)变量的定义。

(4)文件指示。

(5)注释。3.4.3

Makefile规则

以下用一个示例来说明Makefile的书写规则。一个工程中有a.c、b.c两个文件。根据a.c,b.c两个文件之间的依赖关系，写出如下的makefile(在vi中编写)：

#makefile

hello:a.cb.c

gcc-ohelloa.cb.c3.4.4make工作原理

Linux下GNU的Make工作流程如下：

①查找当前目录下的Makefile文件；

②初始化Makefile文件中的变量；

③分析Makefile中的所有规则；

④为所有的目标文件创建依赖关系；

⑤根据依赖关系决定哪些目标文件要重新生成；

⑥执行生成命令。3.4.5Makefile中的变量

在Makefile中可以定义自己的变量。

例如上例中的第一个Makefile可以改写如下：

#Makefile

CC=gcc

hello:a.cb.c #定义变量

$(CC)-ohelloa.cb.c #引用变量3.4.6

clean命令的应用

每个Makefile中都应该写一个清空目标文件(.o和执行文件)的规则， 这不仅便于重编译，也利于保持文件的清洁。一般清空目标文件的规则是：

clean:

rm

edit

$(objects)3.4.7

Makefile文件示例

1.实例要求

(1)用vi在同一目录下编辑两个简单的hello程序，如下

所示：

(2)仍在同一目录下用vi编辑Makefile，且不使用变量替换，用一个目标体实现(即直接将hello.c和hello.h编译成hello目标体)。然后用make验证所编写的Makefile是否正确。

(3)将上述Makefile使用变量替换实现。同样用make验证所编写的Makefile是否正确。

(4)编辑另一Makefile，取名为Makefile1，不使用变量替换，但用两个目标体实现(也就是首先将hello.c和hello.h编译为hello.o，再将hello.o编译为hello)，再用make的“-f”选项验证这个Makefile1的正确性。

(5)将上述Makefile1使用变量替换实现。

2.实验步骤

(1)用vi打开上述两个代码文件“hello.c”和“hello.h”。

(2)在Shell命令行中用gcc尝试编译，使用命令：“gcchello.c-ohello”，并运行hello可执行文件查看结果。

(3)删除此次编译的可执行文件：rmhello。

(4)用vi编辑Makefile，如下所示：

hello:hello.chello.h

gcchello.c-ohello

(5)退出保存，在Shell中键入make，查看结果。

(6)再次用vi打开Makefile，用变量进行替换，如下所示：

OBJS:=hello.o

CC:=Gcc

hello:$(OBJS)

$(CC)$^-o$@

(7)退出保存，在Shell中键入make，查看结果。

(8)用vi编辑Makefile1，如下所示：

hello:hello.o

gcchello.o-ohello

hello.o:hello.chello.h

gcc-chello.c-ohello.o

(9)退出保存，在Shell中键入Make-fMakefile1，查看结果。

(10)再次用vi编辑Makefile1，如下所示：

OBJS1:=hello.o

OBJS2:=hello.chello.h

CC:=Gcc

hello:$(OBJS1)

$(CC)$^-o$@

$(OBJS1):$(OBJS2)

$(CC)-c$<-o$@

在这里请注意区别“$^”和“$<”。

(11)退出保存，在Shell中键入make-fMakefile1，查看

结果。

3.5

glibc

3.5.1

Linux编程库简介

所谓Linux编程库就是指始终可以被多个Linux软件项目重复使用的代码集。以C语言为例，它包含了几百个可以重复使用的例程和调试程序的工具代码，其中包括函数。如果每次编写新程序都要重新写这些代码会非常不方便，使用编程库有两个主要优点：

(1)可以简化编程，实现代码重复使用，进而减小应用程序的大小。

(2)可以直接使用比较稳定的代码。图3-3Linux编程库3.5.2

Linux线程库

进程和线程的概念及区别和联系如下：

进程：资源管理的最小单位。

线程：程序执行的最小单位。

一个进程至少需要一个线程作为它的指令执行体；进程管理着资源，如文件、内存、CPU等，一个进程可以拥有多个线程。多线程程序的优点：

(1)提高应用程序响应。

(2)使多CPU系统更加有效。

(3)改善程序结构。下面通过一个实例讲述多线程的原理。

/*example.c*/

#include“pthread.h”

#include“stdio.h”

#include“unistd.h”

voidthread(void)

{

inti;

for(i=0;i<3;i++)

printf(“Thisisapthread\n”);