bai_giang_9_laptrinhc

1Unix operating system - Nguyen Tri Thanh - 2008

Hệ ñiều hành UNIX-Linux

Chương 8. Lập trình C


Trình biên dịch C trong Linux

� Bộ dịch có tên là gcc (GNU C Compiler) với ngôn ngữ lập trìnhkhông khác nhiều với C chuẩn

� gcc cho người lập trình kiểm tra trình biên dịch� Quá trình biên dịch bao gồm bốn giai ñoạn

� Tiền xử lý

� Biên dịch

� Tập hợp

� Liên kết


Ví dụ về việc sử dụng gcc#include<stdio.h> int main (void){

fprintf( stdout, “Hello, Linux programming world!\n”);return 0;

}

- Biên dịch:

$ gcc hello.c –o hello

$ ./hello

- Cho ta kết quả:Hello, Linux programming world!


Các tuỳ chọn của gcc

Những tuỳ chọn dòng lệnh của gcc:-o FILE Chỉ ñịnh tên file output; không cần thiết khi biên dịch sang mã obj. Nếu FILE

không ñược chỉ rõ thì tên mặc ñịnh sẽ là a.out.-c Biên dịch không liên kết.-IDIRNAME Trước khi chưa quyết ñịnh ñược DIRNAME hãy tìm kiếm những file

include trong danh sách các thư mục( tìm trong danh sách các ñường dẫn thư mục)-LDIRNAME Trước khi chưa quyết ñịnh ñược DIRNAME hãy tìm kiếm những file

thư viện trong danh sách các thư mục. Với mặc ñịnh gcc liên kết dựa trên những thưviện dùng chung

-static Liên kết dựa trên những thư viện tĩnh-O Tối ưu hoá mã biên dịch-w Chặn tất cả thông ñiệp cảnh báo. -Wall Thông báo ra tất cả những cảnh báo hữu ích thông thường mà gcc có thể cung

cấp.-v Hiện ra tất cả các lệnh ñã sử dụng trong mỗi bước của tiến trình biên dịch.


Công cụ GNU make� Trong trường hợp một chương trình rất lớn ñược cấu thành bởi từ nhiều file,

việc biên dịch sẽ rất phức tạp vì phải viết các dòng lệnh gcc rất dài

� Công cụ GNU make ñã ñược ñưa ra

� GNU make chứa tất cả các dòng lệnh phức tạp ñó trong một file gọi là

makefile

� Tối ưu hóa quá trình dịch bằng cách phát hiện ra những file nào có thay ñổi

thì nó mới dịch lại, còn file nào không bị thay ñổi thì nó sẽ không làm gì cả

� Một makefile là một cơ sở dữ liệu văn bản chứa cách luật

� Một luật bao gồm các thành phần như sau:� ðích (target) – cái mà make phải làm� Một danh sách các thành phần phụ thuộc (dependencies) cần ñể tạo ra ñích� Một danh sách các câu lệnh ñể thực thi trên các thành phần phụ thuộc


Cấu trúc luật

target: dependency1, dependency2, ….

commandcommand……

� Target thường là một file như file khả thi hay file object ta muốn tạo ra

� Dependency là một danh sách các file cần thiết như là ñầu vào ñể tạo ra target

� Command là các bước cần thiết (chẳng hạn như gọi chương trình dịch) ñể tạo

ra target


Ví dụ một makefile

editor : editor.o screen.o keyboard.ogcc -o editor.o screen.o keyboard.o

editor.o : editor.c editor.h keyboard.h screen.hgcc -c editor.c

screen.o : screen.c screen.hgcc -c screen.c

keyboard.o : keyboard.c keyboard.hgcc -c keyboard.c

clean:rm *.o


Thư viện liên kết� Thư viện: các module chương trình ñã ñược viết và ñược tái sử dụng

nhiều lần

� Thư viện gốc của C/C++ trên Linux chính là glibc

� Các thư viện trên Linux thường ñược tổ chức dưới dạng tĩnh (static

library), thư viện chia sẻ (shared library) và ñộng (dynamic library - giống

như DLL trên MS Windows)

� Thư viện tĩnh ñược liên kết cố ñịnh vào trong chương trình trong quá

trình liên kết

� Thư viện dùng chung ñược nạp vào bộ nhớ trong khi chương trình bắt

ñầu thực hiện và cho phép các ứng dụng cùng chia sẻ loại thư viện này

� Thư viện liên kết ñộng ñược nạp vào bộ nhớ chỉ khi nào chương trình

gọi tới


Thư viện liên kết tĩnh

� Thư viện tĩnh và các thư viện dùng chung (shared library) là các file chứa

các file ñược gọi là các module ñã ñược biên dịch và có thể sử dụng lại ñược

� Chúng ñược lưu trữ dưới một ñịnh dạng ñặc biệt cùng với một bảng (hoặc

một bản ñồ) phục vụ cho quá trình liên kết và biên dịch

� Các thư viện liên kết tĩnh có phần mở rộng là .a

� ðể sử dụng các module trong thư viện ta cần thêm phần #include file tiêu

ñề (header) vào trong chương trình nguồn và khi liên kết (sau quá trình biên

dịch) thì liên kết với thư viện ñó


File liberr.h#ifndef _LIBERR_H#define _LIBERR_H#include <stdarg.h>/* in ra một thông báo lỗi tới việcgọi stderr và return hàm gọi */void err_quit(const char *fmt, … );/* in ra một thông ñiệp lỗi cho logfile và trả về hàm gọi */void log_ret(char *logfile, const char *fmt, …)/* in ra một thông ñiệp lỗi cho logfile và thoát */void log_quit( char *logfile, const char *fmt , …)/* in ra một thông báo lỗi và trảlại hàm gọi */void err_prn(const char *fmt, va_list ap, char *logfile);#endif


File liberr.c#include <errno.h> //......#define MAXLINELEN 500void err_ret(const char *fmt, ...){............

}void err_quit(const char *fmt, ...){....................

}void log_ret(char *logfile, const char *fmt, ...){...................

}void log_quit(char *logfile, const char *fmt,... ){.....................

}extern void err_prn( const char *fmt, va_list ap, char *logfile){.................................

}


Tạo thư viện tĩnh-Bước ñầu tiên là dịch ñoạn mã của form ñối tượng:

$gcc –H –c liberr.c –o liberr.o

-Tiếp theo:$ar rcs liberr.a liberr.o


File testerr.c#include <stdio.h>#include "liberr.h"int main(void){FILE *pf;fputs("Testing err_ret()...\n", stdout);if((pf = fopen("foo", "r")) == NULL)

err_ret("%s %s", "err_ret()", "failed to open foo");fputs("Testing log_ret()...\n", stdout);if((pf = fopen("foo", "r")) == NULL);

log_ret("errtest.log", "%s %s", "log_ret()", "failed to open foo");#ifndef ERR_QUIT_SKIPfputs("Testing err_quit()...\n", stdout);if((pf = fopen("foo", "r")) == NULL)

err_ret("%s %s", "err_quit()", "failed to open foo");#endif /* ERR_QUIT_SKIP */#ifndef LOG_QUIT_SKIPfputs("Testing log_quit()...\n", stdout);if((pf = fopen("foo", "r")) == NULL)

log_ret("errtest.log", "%s %s", "log_quit()", "failed to open foo");#endif /* LOG_QUIT_SKIP */return EXIT_SUCCESS;}


Biên dịch chương trìnhBiên dịch chương trình kiểm tra, ta sử dụng dòng lệnh:$ gcc -g errtest.c -o errtest -L. -lerr


Thư viện dùng chung- Thư viện dùng chung có nhiều thuận lợi hơn thư viện tĩnh- Thư viện dùng chung tốn ít tài nguyên hệ thống, chúng sử dụng ít không gian ñĩa

vì mã nguồn thư viện dùng chung không biên dịch sang mã nhị phân nhưngñược liên kết và ñược dùng tự ñộng mỗi lần dùng

- Chúng sử dụng ít bộ nhớ hệ thống vì nhân chia sẻ bộ nhớ cho thư viện dùng chungnày và tất cả các chương trình ñều sử dụng chung miền bộ nhớ này

- Thư viện dùng chung nhanh hơn vi chúng chỉ cần nạp vào một bộ nhớ- Lí do cuối cùng là mã nguồn trong thư viện dùng chung dễ bảo trì. Khi các lỗi

ñược sửa hay thêm vào các ñặc tính, người dùng cần sử dụng thư viện nângcấp. ðối với thư viện tĩnh, mỗi chương trình khi sử dụng thư viện phải biêndịch lại.

- Trình liên kết (linker)/module tải (loader) ld.so liên kết tên biểu tượng tới thư việndùng chung mỗi lần chạy

- Thư viện dùng chung có tên ñặc biệt (gọi là soname), bao gồm tên thư viện vàphiên bản chính

- Ví dụ: tên ñầy ñủ của thư viện C trong hệ thống là libc.so.5.4.46, tên thư viện làlibc.so, tên phiên bản chính là 5, tên phiên bản phụ là 4, 46 là mức vá (patch level)

- Như vậy, soname thư viện C là libc.5. Thư viện libc6 có soname là libc.so.6, sự thayñổi phiên bản chính là sự thay ñổi ñáng kể thư viện


Liên kết tương trưng�Các phiên bản thư viện khác nhau nếu

� Các giao diện hàm ñầu ra thay ñổi

� Các giao diện hàm mới ñược thêm

� Chức năng hoạt ñộng thay ñổi so với ñặc tả ban ñầu

� Cấu trúc dữ liệu ñầu ra thay ñổi

� Cấu trúc dữ liệu ñầu ra ñược thêm

�ðể duy trì tính tương thích của thư viện, cần ñảm bảo các yêu cầu

� Không thêm vào những tên hàm ñã có hoặc thay ñổi hoạt ñộng của nó

� Chỉ thêm vào cuối cấu trúc dữ liệu ñã có hoặc làm cho chúng có tính tuỳ

chọn hay ñược khởi tạo trong thư viện

� Không mở rộng cấu trúc dữ liệu sử dụng trong các mảng


Tạo thư viện dùng chung- Khi biên dịch file ñối tượng, sử dụng tùy chọn -fPIC của gcc nó sẽ tạo ra mã ñộc lập vị trí

(position independence code) từ ñó có thể liên kết hay sử dụng ở bất cứ chỗ nào- Không loại bỏ file ñối tượng và không sử dụng các tùy chọn –fomit –frame -pointer của gcc, vì

nếu không sẽ ảnh hưởng ñến quá trình gỡ rối (debug)- Sử dụng tuỳ chọn -shared and –soname của gcc

- Sử dụng tuỳ chọn –Wl của gcc ñể truyền tham số tới trình liên kết ld.- Thực hiện quá trình liên kết dựa vào thư viện C, sử dụng tuỳ chọn –l của gcc

- Ví dụ:$ gcc -fPIC -g -c liberr.c -o liberr.o

- Tiếp theo liên kết thư viện:$ gcc -g -shared -o liberr.so.1.0.0 liberr.o -lc

- Vì không thể cài ñặt thư viện này như thư viện hệ thống trong /usr hay /usr/lib chúng ta cần tạo 2 kiên kết, một cho soname:

- Và cho trình liên kết khi kết nối dựa vào liberr, sử dụng –lerr:$ ln -s liberr.so.1.0.0 liberr.so

- Bây giờ, ñể dử dụng thư viện dùng chung mới chúng ta quay lại chương trình kiểm tra, chúng tacần hướng trình liên kết tới thư viện nào ñể sử dụng và tìm nó ở ñâu, vì vậy chúng ta sẽ sửdụng tuỳ chọn –l và –L:$ gcc -g errtest.c -o errtest -L. -lerr

- Cuối cùng ñể chạy chưong trình, chúng ta cần chỉ cho ld.so nơi ñể tìm thư viện dùng chung :$ LD_LIBRARY_PATH=$(pwd) ./errtest


Sử dụng ñối tượng dùng chung theo cách ñộng- Một cách ñể sử dụng thư viện dùng chung là nạp chúng tự ñộng mỗi khi chạy

không giống như -nhũng thư viện liên kết và nạp một cách tự ñộng- Sử dụng giao diện dl (dynamic loading) - Giả sử ta ñang tạo một ứng dụng sử lý ñồ hoạ:+ Biểu diễn dữ liệu ở một dạng không theo chuẩn nhưng lại thuận tiện cho ta xử

lý+ Có nhu cầu chuyển dữ liệu ñó ra các ñịnh dạng thông dụng ñã có (số lượng

các ñịnh dạng này có thể có hàng trăm loại) - Có thể sử dụng giải pháp là thư viện. Nhưng khi có thêm một ñịnh dạng mới

thì ta lại phải biên dịch lại chương trình. - Giao diện dl cho phép tạo ra giao diện (các hàm) ñọc và viết chung không phụ

thuộc vào ñịnh dạng của file ảnh- ðể thêm hoặc sửa các ñịnh dạng của file ảnh ta chỉ cần viết thêm một module

ñể ñảm nhận chức năng ñó và báo cho chương trình ứng dụng biết là cóthêm một module mới bằng cách chỉ cần thay ñổi một file cấu hình trongmột thư mục xác ñịnh nào ñó.


Ví dụ sử dụng thư viện một cách ñộng#include <stdio.h>#include <dlfcn.h>int main(void){void *handle;void (*errfcn)();const char *errmsg;FILE *pf;handle = dlopen("liberr.so", RTLD_NOW);if(handle == NULL) {fprintf(stderr, "Failed to load liberr.so: %s\n", dlerror());exit(EXIT_FAILURE);}dlerror();errfcn = dlsym(handle, "err_ret");if((errmsg = dlerror()) != NULL) {fprintf(stderr, "Didn't find err_ret(): %s\n", errmsg);exit(EXIT_FAILURE);}if((pf = fopen("foobar", "r")) == NULL)errfcn("couldn't open foobar");dlclose(handle);return EXIT_SUCCESS;}


Thực hiện chương trình

$ gcc -g -Wall dltest.c -o dltest -ldl

-Chúng ta không liên kết dựa vào liberr hay liberr.h trong mã nguồn- Tất cả truy cập tới liberr.so thông qua dl- Chạy chương trình bằng cách sau:$ LD_LIBRARY_PATH=$(pwd) ./dltest


Các công cụ cho thư việnCông cụ nm

- Lệnh nm liệt kê toàn bộ các tên hàm (symbol) ñược mã hoá trong file ñốitượng (object) và nhị phân (binary)

- Lệnh nm sử dụng cú pháp sau:nm [options] file


Công cụ ar-Lệnh ar sử dụng cú pháp sau:

ar {dmpqrtx} [thành viên] file

- ar tạo, chỉnh sửa và trích các file lưu trữ- Nó thường ñược sử dụng ñể tạo các thư viện tĩnh- những file mà chứa một hoặc

nhiều file ñối tượng chứa các chương trình con thường ñược sử dụng(subrountine) ở ñịnh dạng tiền biên dịch (precompiled format)

- Lệnh ar cũng tạo và duy trì một bảng mà tham chiếu qua tên ký tự tới các thànhviên mà trong ñó chúng ñược ñịnh nghĩa


Công cụ lddLệnh nm liệt kê các hàm ñược ñịnh nghĩa trong một file ñối tượng, nhưng trừ khi ta

biết những gì thư viện ñịnh nghĩa những hàm nào. Lệnh ldd hữu ích hơn nhiều. ldd liệt kê các thư viện ñược chia sẻ mà một chương trình yêu cầu ñể mà chạy. Cú pháp của nó là:ldd [options] file

Lệnh ldd in ra tên của thư viện chia sẻ mà file này sử dụng. Ví dụ: chương trình thư“client mutt” cần 5 thư viện chia sẻ, như ñược minh hoạ sau ñây:$ ldd /usr/bin/mutt

libnsl.so.1 => /lib/libns1.so.1 (0x40019000)libslang.so.1 => /usr/lib/libslang.so.1 (0x4002e000)libm.so.6 => /lib/libm/so.6 (0x40072000)libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x4008f000)/lib/id-linux.so.2 => /lib/id-Linux.so.2 (0x4000000)


Biến môi trường và file cấu hình.- Chương trình tải (loader) và trình liên kết (linker) ld.so sử dụng 2 biến môi

trường:+ $LD_LIBRARY chứa danh sách các thư mục chứa các file thư viện ñượcphân cách bởi dấu hai chấm ñể tìm ra các thư viện cần thiết khi chạy (giốngnhư biến môi trường $PATH)+ $LD_PRELOAD danh sách các thư viện ñược người dùng thêm vào ñượcphân cách nhau bởi khoảng trống (space).

- ld.so cũng cho phép sử dụng 2 file cấu hình mà có cùng mục ñích với biến môitrường ñược ñề cập ở trên

- File /etc/ld.so.conf chứa một danh sách các thư mục mà chương trình tải và trìnhliên kết (loader/linker) nên tìm kiếm các thư viện chia sẻ bên cạnh /usr/lib và/lib

- /etc/ld.so.preload chứa danh sách các file thư viện ñược phân cách bằng mộtkhoảng trống các thư viện này là thư viện người dùng tạo ra

bai_giang_9_laptrinhc

Documents