《Linux程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件

Linux程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)本課件旨在幫助您入門(mén)Linux程序設(shè)計(jì)，涵蓋基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用，為您打開(kāi)Linux世界的大門(mén)。Linux概述什么是Linux?Linux是一種開(kāi)源的操作系統(tǒng)內(nèi)核，其核心是內(nèi)核，控制著硬件和軟件的運(yùn)行。它最初由芬蘭人LinusTorvalds開(kāi)發(fā)，并以GPL許可證發(fā)布，意味著用戶(hù)可以自由使用、修改和分發(fā)它。Linux是一個(gè)龐大且不斷發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，擁有豐富的工具和軟件，使其成為開(kāi)發(fā)者和系統(tǒng)管理員的理想選擇。Linux的特點(diǎn)Linux以其穩(wěn)定性、安全性、可擴(kuò)展性和開(kāi)放性而聞名。它支持多種硬件平臺(tái)，并提供強(qiáng)大的命令行界面，以及圖形用戶(hù)界面。Linux在服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)、移動(dòng)設(shè)備和桌面系統(tǒng)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。Linux發(fā)展歷程11991年LinusTorvalds發(fā)布了第一個(gè)Linux內(nèi)核版本，名為0.01版。21993年出現(xiàn)了第一個(gè)完整的Linux發(fā)行版，名為Slackware。31996年RedHatLinux發(fā)行版問(wèn)世，成為當(dāng)時(shí)最流行的Linux發(fā)行版之一。42004年Ubuntu發(fā)行版發(fā)布，以其易用性和豐富的軟件庫(kù)而聞名。52019年Linux內(nèi)核版本已發(fā)展到5.0，不斷改進(jìn)穩(wěn)定性、性能和功能。Linux發(fā)行版UbuntuUbuntu是一個(gè)基于Debian的發(fā)行版，以其易用性和豐富的軟件庫(kù)而聞名。它是桌面用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者的熱門(mén)選擇。CentOSCentOS是RedHatEnterpriseLinux（RHEL）的開(kāi)源克隆版本，以其穩(wěn)定性和可靠性而受到服務(wù)器管理員的青睞。它常用于企業(yè)級(jí)部署。DebianDebian是一個(gè)基于自由軟件的發(fā)行版，強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性和安全性。它是許多其他發(fā)行版的基礎(chǔ)。FedoraFedora是一個(gè)由RedHat贊助的開(kāi)源發(fā)行版，以其最新的軟件和技術(shù)的快速采用而著稱(chēng)。它被視為RedHatEnterpriseLinux的測(cè)試平臺(tái)。安裝和配置Linux下載安裝鏡像從官方網(wǎng)站或鏡像網(wǎng)站下載您想要安裝的Linux發(fā)行版的安裝鏡像文件。創(chuàng)建可啟動(dòng)介質(zhì)將安裝鏡像文件刻錄到U盤(pán)或光盤(pán)上，創(chuàng)建可啟動(dòng)介質(zhì)。啟動(dòng)系統(tǒng)從可啟動(dòng)介質(zhì)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入安裝程序。選擇安裝選項(xiàng)選擇安裝語(yǔ)言、鍵盤(pán)布局、分區(qū)方案和其他安裝選項(xiàng)。完成安裝安裝程序?qū)⒆詣?dòng)安裝Linux系統(tǒng)，并完成配置。使用終端終端介紹終端是Linux系統(tǒng)中主要的交互界面，提供命令行方式與系統(tǒng)進(jìn)行交互。它允許您輸入命令，執(zhí)行程序，管理文件和系統(tǒng)資源。常用命令常見(jiàn)的終端命令包括：ls、cd、mkdir、rm、cp、mv、cat、grep、find等，用于查看目錄、切換目錄、創(chuàng)建目錄、刪除文件、復(fù)制文件、移動(dòng)文件、查看文件內(nèi)容、搜索文件、查找文件等操作。文件系統(tǒng)1/根目錄2/bin基本命令3/boot引導(dǎo)程序4/dev設(shè)備文件5/etc配置文件目錄和文件管理創(chuàng)建目錄使用mkdir命令創(chuàng)建目錄，例如：mkdirmy_directory刪除目錄使用rmdir命令刪除空目錄，例如：rmdirmy_directory復(fù)制文件使用cp命令復(fù)制文件，例如：cpfile1.txtfile2.txt移動(dòng)文件使用mv命令移動(dòng)或重命名文件，例如：mvfile1.txtnew_name.txt文件權(quán)限r(nóng)讀允許用戶(hù)讀取文件內(nèi)容。w寫(xiě)允許用戶(hù)修改文件內(nèi)容。x執(zhí)行允許用戶(hù)執(zhí)行文件。Shell編程簡(jiǎn)介什么是Shell?Shell是用戶(hù)與Linux系統(tǒng)交互的命令解釋器。它讀取用戶(hù)輸入的命令，并將其轉(zhuǎn)換為內(nèi)核能夠理解的指令，執(zhí)行相應(yīng)的操作。Shell腳本Shell腳本是一種文本文件，包含一系列Shell命令，用于自動(dòng)化任務(wù)。它們可以執(zhí)行一系列操作，簡(jiǎn)化重復(fù)性工作，并提高工作效率。Shell變量和參數(shù)變量Shell變量用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，例如字符串、數(shù)字或文件名。變量名通常以字母或下劃線開(kāi)頭，區(qū)分大小寫(xiě)。參數(shù)Shell腳本可以通過(guò)參數(shù)傳遞數(shù)據(jù)給腳本。參數(shù)用$1、$2等表示，分別對(duì)應(yīng)第一個(gè)參數(shù)、第二個(gè)參數(shù)等。Shell命令和腳本1echo顯示文本2date顯示日期和時(shí)間3pwd顯示當(dāng)前工作目錄4cd切換目錄Shell條件語(yǔ)句if語(yǔ)句if語(yǔ)句用于判斷條件是否成立，如果成立則執(zhí)行相應(yīng)的代碼塊。else語(yǔ)句else語(yǔ)句用于在if語(yǔ)句條件不成立時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的代碼塊。elif語(yǔ)句elif語(yǔ)句用于在多個(gè)條件判斷中，當(dāng)前面的if和elif條件都不成立時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的代碼塊。Shell循環(huán)語(yǔ)句for循環(huán)for循環(huán)用于遍歷一個(gè)列表或序列，對(duì)列表中的每個(gè)元素執(zhí)行相同的代碼塊。while循環(huán)while循環(huán)用于不斷執(zhí)行代碼塊，直到指定的條件不成立為止。until循環(huán)until循環(huán)用于不斷執(zhí)行代碼塊，直到指定的條件成立為止。Shell函數(shù)函數(shù)定義函數(shù)定義以function關(guān)鍵字開(kāi)頭，并包含函數(shù)名和函數(shù)體。函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用使用函數(shù)名，并可以傳遞參數(shù)。重定向和管道1重定向重定向?qū)⒚畹妮敵鼋Y(jié)果重定向到文件或設(shè)備。2管道管道將一個(gè)命令的輸出作為另一個(gè)命令的輸入。環(huán)境變量1PATH指定命令搜索路徑。2HOME指定用戶(hù)主目錄。3USER指定當(dāng)前用戶(hù)。Linux系統(tǒng)調(diào)用什么是系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是程序與內(nèi)核交互的接口，用于請(qǐng)求內(nèi)核執(zhí)行特定操作，例如打開(kāi)文件、創(chuàng)建進(jìn)程、分配內(nèi)存等。常見(jiàn)系統(tǒng)調(diào)用常見(jiàn)的系統(tǒng)調(diào)用包括open、read、write、close、fork、exec、wait、exit等，它們分別用于打開(kāi)文件、讀取文件、寫(xiě)入文件、關(guān)閉文件、創(chuàng)建進(jìn)程、執(zhí)行程序、等待子進(jìn)程、退出進(jìn)程等操作。進(jìn)程管理創(chuàng)建進(jìn)程使用fork()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建新的進(jìn)程，并返回新的進(jìn)程ID。執(zhí)行程序使用exec()系統(tǒng)調(diào)用加載并執(zhí)行新的程序。等待子進(jìn)程使用wait()系統(tǒng)調(diào)用等待子進(jìn)程結(jié)束。退出進(jìn)程使用exit()系統(tǒng)調(diào)用退出當(dāng)前進(jìn)程。進(jìn)程間通信管道管道是一種單向通信機(jī)制，允許進(jìn)程之間通過(guò)管道傳遞數(shù)據(jù)。消息隊(duì)列消息隊(duì)列是一種異步通信機(jī)制，允許進(jìn)程之間通過(guò)消息隊(duì)列傳遞消息。共享內(nèi)存共享內(nèi)存允許多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)同一塊內(nèi)存區(qū)域，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間數(shù)據(jù)共享。信號(hào)量信號(hào)量用于同步訪問(wèn)共享資源，防止多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)同一資源。信號(hào)處理信號(hào)信號(hào)是一種異步事件，由內(nèi)核發(fā)送給進(jìn)程，通知進(jìn)程發(fā)生了一些事件，例如中斷、異?；蛴脩?hù)輸入。信號(hào)處理函數(shù)進(jìn)程可以注冊(cè)信號(hào)處理函數(shù)，在接收到特定信號(hào)時(shí)執(zhí)行指定的處理邏輯。線程編程什么是線程線程是輕量級(jí)的進(jìn)程，共享同一個(gè)地址空間，可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。線程之間的切換開(kāi)銷(xiāo)較小，適合于執(zhí)行并行任務(wù)。線程庫(kù)Linux提供了POSIX線程庫(kù)（pthreads），用于創(chuàng)建、管理和同步線程。內(nèi)存管理1虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存是將物理內(nèi)存擴(kuò)展到磁盤(pán)空間，允許進(jìn)程使用比物理內(nèi)存更大的地址空間。2內(nèi)存分配使用malloc()和free()函數(shù)在堆上分配和釋放內(nèi)存。3內(nèi)存映射內(nèi)存映射將文件映射到內(nèi)存空間，允許進(jìn)程直接訪問(wèn)文件內(nèi)容。文件I/O打開(kāi)文件使用open()系統(tǒng)調(diào)用打開(kāi)文件，并返回文件描述符。讀取文件使用read()系統(tǒng)調(diào)用從文件讀取數(shù)據(jù)。寫(xiě)入文件使用write()系統(tǒng)調(diào)用將數(shù)據(jù)寫(xiě)入文件。關(guān)閉文件使用close()系統(tǒng)調(diào)用關(guān)閉文件。字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)1鍵盤(pán)處理鍵盤(pán)輸入。2鼠標(biāo)處理鼠標(biāo)事件。3串口與串行設(shè)備通信。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)硬盤(pán)管理硬盤(pán)存儲(chǔ)。光驅(qū)管理光盤(pán)存儲(chǔ)。USB存儲(chǔ)設(shè)備管理USB存儲(chǔ)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)編程涉及各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如TCP/IP協(xié)議族、UDP協(xié)議、HTTP協(xié)議等。網(wǎng)絡(luò)接口Linux系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)接口，用于與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。Socket編程創(chuàng)建Socket使用socket()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建Socket。綁定地址使用bind()系統(tǒng)調(diào)用將Socket綁定到特定的地址和端口。監(jiān)聽(tīng)連接使用listen()系統(tǒng)調(diào)用監(jiān)聽(tīng)來(lái)自其他設(shè)備的連接請(qǐng)求。接受連接使用accept()系統(tǒng)調(diào)用接受連接請(qǐng)求。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)使用send()和recv()系統(tǒng)調(diào)用發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。關(guān)閉連接使用close()系統(tǒng)調(diào)用關(guān)閉連接。并發(fā)編程模型線程池線程池管理多個(gè)線程，用于執(zhí)行任務(wù)，提高程序效率。事件驅(qū)動(dòng)事件驅(qū)動(dòng)模型通過(guò)事件循環(huán)機(jī)制處理異步事件，提高程序響應(yīng)速度。協(xié)程協(xié)程是一種用戶(hù)態(tài)線程，在用戶(hù)空間進(jìn)行調(diào)度，提高程序性能。同步與互斥死鎖問(wèn)題死鎖定義死鎖是指兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程因互相等待對(duì)方釋放資源而陷入無(wú)限循環(huán)等待狀態(tài)。死鎖解決方法常見(jiàn)的解決方法包括：破壞循環(huán)等待條件、資源預(yù)分配、銀行家算法等。編譯和鏈接1預(yù)處理將源代碼進(jìn)行預(yù)處理，包括宏展開(kāi)、頭文件包含等。2編譯將預(yù)處理后的代碼編譯成匯編代碼。3匯編將匯編代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令。4鏈接將多個(gè)目標(biāo)文件和庫(kù)文件鏈接成可執(zhí)行文件。Makefile1目標(biāo)指定要生成的目標(biāo)文件或可執(zhí)行文件。2依賴(lài)指定目標(biāo)文件依賴(lài)哪些源文件。3命令指定生成目標(biāo)文件的命令。GCC使用命令行選項(xiàng)GCC提供豐富的命令行選項(xiàng)，用于控制編譯過(guò)程。編譯示例使用GCC編譯C語(yǔ)言源代碼：gccmain.c-omainGDB調(diào)試1啟動(dòng)調(diào)試使用gdb命令啟動(dòng)調(diào)試器，例如：gdbmain2設(shè)置斷點(diǎn)使用break命令設(shè)置斷點(diǎn)，例如：breakmain3運(yùn)行程序使用run命令運(yùn)行程序。4查看變量使用print命令查看變量值，例如：printi5單步執(zhí)行使用step命令單步執(zhí)行代碼。C++與LinuxC++優(yōu)勢(shì)C++是一種強(qiáng)大的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，它提供了豐富的特性，例如類(lèi)、對(duì)象、繼承、多態(tài)等，適合開(kāi)發(fā)各種類(lèi)型的應(yīng)用程序。C++與LinuxC++與Linux系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系，許多Linux系統(tǒng)組件和應(yīng)用程序都是用C++編寫(xiě)的。C++可以充分利用Linux系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并開(kāi)發(fā)出高性能、高可靠性的應(yīng)用程序。面向?qū)ο缶幊谭庋b將數(shù)據(jù)和操作封裝在一個(gè)類(lèi)中，隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，提供統(tǒng)一的接口。繼承允許一個(gè)類(lèi)繼承另一個(gè)類(lèi)的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和擴(kuò)展。多態(tài)允許不同類(lèi)型的對(duì)象對(duì)同一個(gè)消息做出不同的響應(yīng)。STL容器和算法容器STL提供了各種容器，例如vector、list、map、set等，用于存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。算法STL提供了豐富的算法，例如排序、搜索、查找、復(fù)制、刪除等，用于操作容器中的數(shù)據(jù)。異常處理1異常類(lèi)型C++提供了多種異常類(lèi)型，例如runtime_error、logic_error等，用于處理不同類(lèi)型的錯(cuò)誤。2異常處理機(jī)制使用try-catch塊捕獲異常，并在catch塊中處理異常。Qt框架入門(mén)Qt介紹Qt是一個(gè)跨平臺(tái)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架，提供了豐富的工具和庫(kù)，用于開(kāi)發(fā)圖形用戶(hù)界面、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、嵌入式系統(tǒng)等。Qt優(yōu)點(diǎn)Qt以其跨平臺(tái)性、易用性、高性能和豐富的功能而著稱(chēng)，成為許多開(kāi)發(fā)者的首選框架。QtGUI編程窗口和控件Qt提供了豐富的窗口和控件，例如按鈕、標(biāo)簽、文本框、列表框等，用于構(gòu)建用戶(hù)界面。布局管理Qt提供了多種布局管理方式，例如水平布局、垂直布局、網(wǎng)格布局等，用于安排窗口和控件的布局。信號(hào)和槽Qt使用信號(hào)和槽機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)象之間的通信，方便用戶(hù)界面元素之間的交互。Qt網(wǎng)絡(luò)編程HTTP請(qǐng)求Qt提供QNetworkAccessManager類(lèi)，用于發(fā)送HTTP請(qǐng)求。Socket連接Qt提供QTcpSocket和QUdpSocket類(lèi)，用于建立TCP和UDP連接。Qt多線程編程線程創(chuàng)建使用QThread類(lèi)創(chuàng)建線程。線程同步使用QMutex、QSemaphore、QWaitCondition等類(lèi)實(shí)現(xiàn)線程之間的同步。Linux安全機(jī)制1用戶(hù)和組Linux系統(tǒng)使