第1章引言

一.知识点归纳

1.Unix的历史

Unix是一种通用操作系统。该系统诞生于20世纪70年代早期，由肯·汤普森和丹尼斯·里奇采用贝尔实验室的PDP-11微型计算机开发。1975年，贝尔实验室向公众发布了Unix，称为V6 Unix。

2.Linux的历史

Linux是一个类Unix系统。它最初是林纳斯·托瓦斯在1991年为基于INtel x86的个人计算机开发的一个实验室内核。后来，世界各地的人都开始加入Linux的研发队伍。在20世纪90年代末，Linux与GNU相结合，纳入了许多GNU软件，极大地促进了Linux的进一步发展。不久之后，Linux实现了访问互联网的TCP/IP协议族，并移植了支持GUI的X11，成为一个完整的操作系统。

3.本书目标

强化学生的编程背景知识
动态数据结构的应用
进程概念和进程管理
并发编程
定时器和定时功能
信号、信号处理和进程间通信
文件系统
TCP/IP和网络编程

4.Unix/Linux命令

ls：ls dirname：列出CWD或目录的内容。
cd dirname：更改目录。
pwd：打印CWD的绝对路径名。
touch filename：更改文件名时间戳（如果文件不存在，则创建文件）。
cat filename：显示文件内容。
cp src dest：复制文件。
mv src dest：移动或重命名文件。
mkdir dirname：创建目录。
rmdir dirname：移除（空）目录。
rm filename：移除或删除文件。
ln oldfile newfile：在文件之间创建链接。
find：搜索文件。
grep：搜索文件中包含模式的行。
ssh：登录到远程主机。
gzip filename：将文件压缩为.gz文件。
gunzip file.gz：解压.gz文件。
tar -zcvf file.tgz .：从当前目录创建tar文件。
tar -zxvf file.tgz .：从.tgz文件中解压文件。
man：显示在线手册页。
zip file.zip filenames：将文件压缩为.zip文件。
unzip file.zip：解压.zip文件。

5.一些常用快捷键

Ctrl+c：强行终止当前程序
Ctrl+d：键盘输入结束或退出终端
Ctrl+s：暂停当前程序，暂停后按下任意键恢复运行
Ctrl+z：将当前程序放到后台运行，恢复到前台为命令fg
Ctrl+a：将光标移至输入行头，相当于Home键
Ctrl+e：将光标移至输入行末，相当于End键
Ctrl+k：删除从光标所在位置到行末
Alt+Backspace：向前删除一个单词
Shift+PgUp：将终端显示向上滚动
Shift+PgDn：将终端显示向下滚动

6.Linux 的目录结构

7.课上用过的Linux命令

二.问题与解决思路

1.网络无法连接

还原默认设置
使用nmcli，在命令端输入：

sudo nmcli networking off
sudo nmcli networking on

再重启网络：

sudo service network-manager restart

三.实践内容与截图

1.用户及文件权限管理

（1）查看用户：

who am i
或者
who mom likes

有一点需要注意的是，在某些环境中 who am i 和 who mom likes 命令不会输出任何内容，这是因为当前使用的 Shell 不是登录式 Shell（login shell），没有用户与 who 的 stdin 相关联，因此不会输出任何内容。登录 Shell 是指用户使用自己的 user ID 登录交互式 shell 的第一个进程，判断是不是登录 Shell 可以执行 echo $0 命令，如果返回 zsh、/bin/zsh、/bin/bash 这种格式，说明是非登录式 Shell（non-login shell）；如果返回 -zsh、-bash 则说明是登录式 Shell，这时你执行 who am i 就会有输出。

（2）创建用户：

现在我们新建一个叫 lilei 的用户：

这个命令不但可以添加用户到系统，同时也会默认为新用户在/home目录下创建一个工作目录：

现在已经创建好一个用户，并且可以使用创建的用户登录，使用如下命令切换登录用户：

（3）用户组：

在 Linux 里面如何知道自己属于哪些用户组呢？
方法一：使用 groups 命令

方法二：查看 /etc/group 文件
在最下面看到 shiyanlou 的用户组信息

也可以使用 grep 命令过滤掉一些不想看到的结果

将其它用户加入 sudo 用户组：

（4）删除用户和用户组：

删除用户：

删除用户组可以使用 groupdel 命令，倘若该群组中仍包括某些用户，则必须先删除这些用户后，才能删除群组。

（5）查看文件权限：

显示所有文件大小，并以普通人类能看懂的方式呈现：

（6）变更文件所有者：

切换到 lilei 用户，然后在 /home/lilei 目录新建一个文件，命名为 iphone11。

此时可见文件所有者是lilei。
现在切换回到ycy用户，使用以下命令变更文件所有者为ycy。

（7）修改文件权限：

方式一：二进制数字表示

每个文件有三组固定的权限，分别对应拥有者，所属用户组，其他用户，记住这个顺序是固定的。文件的读写执行对应字母 rwx，以二进制表示就是 111，用十进制表示就是 7，对进制转换不熟悉的同学可以看看进制转换。例如我们刚刚新建的文件 iphone11 的权限是 rw-rw-rw-，换成对应的十进制表示就是 666，这就表示这个文件的拥有者，所属用户组和其他用户具有读写权限，不具有执行权限。
如果我要将文件 iphone11 的权限改为只有我自己可以用那么就可以用这个方法更改它的权限。
方式二：加减赋值操作

g、o还有u分别表示group（用户组）、others（其他用户）和user（用户），+和-分别表示增加和去掉相应的权限。

2.Linux 目录结构及文件基本操作

（1）新建：

新建空白文件
创建名为test的空白文件，因为在其它目录没有权限，所以需要先cd~切换回用户的Home目录：

cd ~
touch test

新建目录
创建名为“mydir”的空目录：

mkdir mydir

使用 -p 参数，同时创建父目录（如果不存在该父目录），如下我们同时创建一个多级目录（这在安装软件、配置安装路径时非常有用）：

mkdir -p father/son/grandson

（2）复制：

复制文件
将之前创建的 test 文件复制到 /home/shiyanlou/father/son/grandson 目录中：

cp test father/son/grandson

复制目录
要成功复制目录需要加上 -r 或者 -R 参数，表示递归复制：

cd /home/ycy
mkdir family
cp -r father family

（3）删除：

删除文件
使用rm命令删除一个文件：

rm test

有时候你会遇到想要删除一些为只读权限的文件，直接使用 rm 删除会显示一个提示，你如果想忽略这提示，直接删除文件，可以使用 -f 参数强制删除：

rm -f test

删除目录
跟复制目录一样，要删除一个目录，也需要加上 -r 或 -R 参数：

rm -r family

遇到权限不足删除不了的目录也可以和删除文件一样加上 -f 参数：

rm -rf family

（4）移动文件与文件重命名：

移动文件
使用mv命令移动文件（剪切）。命令格式是 mv 源目录文件目的目录。
例如将文件“file1”移动到 Documents 目录：
重命名文件
mv命令除了能移动文件外，还能给文件重命名。命令格式为 mv 旧的文件名新的文件名。
例如将文件“file1”重命名为“myfile”：
批量重命名

cd /home/shiyanlou/
使用通配符批量创建 5 个文件:
touch file{1..5}.txt
批量将这 5 个后缀为 .txt 的文本文件重命名为以 .c 为后缀的文件:
rename 's/.txt/.c/' *.txt
批量将这 5 个文件，文件名和后缀改为大写:
rename 'y/a-z/A-Z/' *.c

（5）查看文件：

使用 cat，tac 和 nl 命令查看文件
前两个命令都是用来打印文件内容到标准输出（终端），其中 cat 为正序显示，tac 为倒序显示。

可以加上 -n 参数显示行号：
使用 more 和 less 命令分页查看文件

打开后默认只显示一屏内容，终端底部显示当前阅读的进度。可以使用 Enter 键向下滚动一行，使用 Space 键向下滚动一屏，按下 h 显示帮助，q 退出。
使用 head 和 tail 命令查看文件
只查看文件的头几行（默认为 10 行，不足 10 行则显示全部）和尾几行。

甚至更直接的只看一行，加上 -n 参数，后面紧跟行数：

（6）查看文件类型：

使用 file 命令查看文件的类型：

（7）编辑文件：

在Linux中编辑文件通常我们会直接使用专门的命令行编辑器比如（emacs，vim，nano），详见第二章

vimtutor

第2章编程背景

一.知识点归纳

1.Linux中的文本编辑器

（1）vim：

普通模式：按a键或者i键进入插入模式。
插入模式：可以按ESC键回到普通模式。
命令行模式：在命令行模式中可以输入会被解释成并执行的文本。例如执行命令（:键），搜索（/和?键）或者过滤命令（!键）。

命令行模式下保存文档：从普通模式输入:进入命令行模式，输入w回车，保存文档。
命令行模式下退出vim：从普通模式输入:进入命令行模式，输入wq回车，保存并退出编辑。

（2）gedit

（3）emacs：可输入apt-get install emacs进行安装

详细操作见 “ 三.实践内容与截图 ”。

2.C语言数据结构

二.问题与解决思路

1.安装时无法定位软件包

打开系统设置——软件和更新——ubuntu软件，把源选择清华大学的（mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn），最后更新一下就可以了。

2.在Linux中，C语言调用汇编代码怎样运行？

3.在Linux中，汇编代码调用C语言怎样运行？

4.编译出现-invalid instruction suffix for push

错误原因：在64位系统和32位系统的as命令对于某些汇编指令的处理支持不一样造成的。在.s文件中，包含指令:pushl %ebp，该指令在64位系统下就编译不过。
解决方法：在.s文件中，在代码头部添加 .code32 即可。

5.段错误（核心已转储）

内存访问出错
这类问题的典型代表就是数组越界。
非法内存访问
出现这类问题主要是程序试图访问内核段内存而产生的错误。
栈溢出
Linux默认给一个进程分配的栈空间大小为8M。c++申请变量时，new操作申请的变量在堆中，其他变量一般在存储在栈中。因此如果你数组开的过大变会出现这种问题。

三.实践内容与截图

1. 程序开发（使用教材上代码2.3.1 ）

程序开发步骤

（1）创建源文件：

使用文本编辑器（gedit或emacs）创建一个或多个程序源文件。在系统编程中，最重要的编程语言是C语言和汇编语言。

（2）用gcc把源文件转换成二进制可执行文件：

（3）gcc是一个程序，它包含三个主要步骤：

将C源文件转换为汇编语言文件。（.c 文件 -> .s 文件）
把汇编代码转换成目标代码。（.s 文件 -> .o 文件）
链接。（所有 .o 文件 -> a.out 文件）

a.out文件包含以下部分：

文件头：文件头包含a.out文件的加载信息和大小，其中
- tsize = 代码段大小
- dsize = 包含初始化全局变量和初始化静态局部变量的数据段的大小
- bsize = 包含未初始化全局变量和未初始化静态局部变量的bss段的大小
- total_size = 加载的 a.out 文件的总大小
代码段：也称正文段，其包含程序的可执行代码。代码段从标准C启动代码 crt0.o 开始，该代码调用main()函数。
数据段：数据段包含初始化全局变量和初始化静态变量。
符号表：可选，仅为运行调试所需。

程序执行过程

在类Unix操作系统中，在sh命令行 a.out one two three 执行 a.out 文件。

2. 64位GCC中的运行时堆栈使用情况（使用教材上代码2.4.3 ）

（1）t.c文件中包含一个main()函数，调用一个sub()函数：

（2）在64位Linux中，编译 t.c 生成64位汇编的 t.s 文件：

然后，编辑 t.s 文件，删除编译器生成的非必要行，并添加注释来解释代码操作，如下：

点击查看代码

#====== t.s file generated by 64-bit GCC compiler ======
	.globl	sub
sub:		   # int sub(int a,b,c,d,e,f,g,h)

# first 6 parameters a,b,c,d,e,f are in registers
#			rdi,rsl,rdx,rcx,r8d,r9d
# 2 extra parameters g,h are on stack.
# Upon entry, stack top contains g,h
#   ------------------------------------
#   ... ...| h | g | PC |    LOW address
#   -----------------|------------------
#			rsp
# establish stack frame	
	pushq	%rbp
	movq	%rsp, %rbp
# no need to shift rsp down because each function has a 128 bytes
# reserved stack area.
# rsp will be shifted down if function define more locals

# save first 6 parameters in registers on stack
	movl	%edi, -20(%rbp)	# a
	movl	%esi, -24(%rbp)	# b
	movl	%edx, -28(%rbp)	# c
	movl	%ecx, -32(%rbp)	# d
	movl	%r8d, -36(%rbp)	# e
	movl	%r9d, -40(%rbp)	# f
	
# access locals u,v,w at rbp -4 to -12
	movl	$9, -12(%rbp)
	movl	$10, -8(%rbp)
	movl	$11, -4(%rbp)
	
# compute x+g+u+v:
	movl	-20(%rbp), %edx
	movl	16(%rbp), %eax
	addl	%eax, %edx
	movl	-12(%rbp), %eax
	addl	%eax, %edx
	movl	-8(%rbp), %eax
	addl	%edx, %eax
	
# did not shift  rsp down , so just pspQ to restore rbp
	popq	%rbp
	ret
	
#====== main function code in assembly ======
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
# establish stack frame	
	pushq	%rbp
	movq	%rsp, %rbp
	
# shift rsp down 48 bytes for locals
	subq	$48, %rsp
	
# locals are at rbp -4 to -32
	movl	$1, -36(%rbp)	# a = 1
	movl	$2, -32(%rbp)	# b = 2
	movl	$3, -28(%rbp)	# c = 3
	movl	$4, -24(%rbp)	# d = 4
	movl	$5, -20(%rbp)	# e = 5
	movl	$6, -16(%rbp)	# f = 6
	movl	$7, -12(%rbp)	# g = 7
	movl	$8, -8(%rbp)	# h = 8
	
# call sub(a,b,c,d,e,f,g,h): first 6 parameters in registers
	movl	-16(%rbp), %r9d	# f in r9
	movl	-20(%rbp), %r8d # e in r8
	movl	-24(%rbp), %ecx # d in ecx
	movl	-28(%rbp), %edx # c in edx
	movl	-32(%rbp), %esi # b in esi
	movl	-36(%rbp), %eax # a in eax but will be in edi
	
# push 2 extra parameters h,g on stack
	movl	-8(%rbp), %edi	# int h in edi
	pushq	%rdi		#pushQ rdi ; only low 32-bits = h
	movl	-12(%rbp), %edi	# int g in edi
	pushq	%rdi		#pushQ rdi ; low 32-bits = g
	
	movl	%eax, %edi	# parameter a in edi
	call	sub		# call sub(a,b,c,d,e,f,g,h)
	
	addq	$16, %rsp	# pop stack: h,g, 16 bytes
	movl	%eax, -4(%rbp)	# i=sub return value in eax
	
	movl	$0, %eax	#return 0 to crt0.o
	leave
	ret

# GCC compiler version 11.2.0
	.ident	"GCC: (Ubuntu 11.2.0-19ubuntu1) 11.2.0"