Systemnahe Programmierung mit C und Linux

Alles zur systemnahen Anwendungsprogrammierung: von den E/A-Funktionen, dem Zugriff auf Systeminformationen über Prozesse, Signale, Interprozesskommunikation und Threads bis hin zu Netzwerkprogrammierung, Datenbanken und GUIs. Für alle, die Programme schreiben wollen und alte Software warten oder portieren müssen. Alle Beispiele sind auch auf dem Raspberry Pi ausführbar. Solide C- und Linux-Kenntnisse werden vorausgesetzt.

Aus dem Inhalt:

• E/A-Funktionen
• Attribute von Dateien und Verzeichnissen
• Zugriff auf Systeminformationen
• Devices - eine einfache Verbindung zur Hardware
• System- und Benutzerdateien
• Dämonen, Zombies und Prozesse
• Signale
• IPC - Interprozesskommunikation
• Threads
• Netzwerkprogrammierung
• Datenbanken (MySQL, PostgreSQL)
• GUIs mit GTK+
• Werkzeuge für Programmierer

Materialien zum Buch . . . 23

1. Einführung . . . 25
1. 1 . . . Anforderungen an den Leser . . . 25
1. 2 . . . Anforderungen an das Betriebssystem . . . 26
1. 3 . . . UNIX, der Vorgänger von Linux . . . 27
1. 4 . . . Die Entwicklung von Linux . . . 29
1. 5 . . . Der Compiler GCC -- eine kurze Einführung . . . 31
1. 6 . . . POSIX, X/OPEN und ANSI C . . . 37
1. 7 . . . Übersicht zu diesem Buch . . . 40
1. 8 . . . Schreibkonventionen . . . 42
1. 9 . . . Weitere Hilfen . . . 43

2. E/A-Funktionen . . . 45
2. 1 . . . Elementare E/A-Funktionen . . . 45
2. 2 . . . Filedeskriptoren . . . 47
2. 3 . . . Funktionen, die einen Filedeskriptor verwenden . . . 50
2. 4 . . . Standard-E/A-Funktionen . . . 99
2. 5 . . . Die Arbeit mit Verzeichnissen . . . 113
2. 6 . . . Fehlerbehandlung . . . 134
2. 7 . . . Ausblick . . . 137

3. Attribute von Dateien und Verzeichnissen abfragen und ändern . . . 139
3. 1 . . . Die Struktur stat . . . 139

4. Zugriff auf Systeminformationen . . . 157
4. 1 . . . Informationen aus dem /proc-Verzeichnis herausziehen . . . 157
4. 2 . . . Hardware-/Systeminformationen ermitteln . . . 160
4. 3 . . . Prozessinformationen auslesen . . . 166
4. 4 . . . Kernel-Informationen in /proc . . . 171
4. 5 . . . Verschiedene Dateisysteme unter Linux verwalten . . . 180
4. 6 . . . Weiterführendes . . . 181

5. Devices -- eine einfache Verbindung zur Hardware . . . 183
5. 1 . . . Die Gerätedateitypen . . . 183
5. 2 . . . Die Gerätedateinummern . . . 185
5. 3 . . . Zugriff auf die Gerätedateien . . . 186
5. 4 . . . Gerätenamen . . . 188
5. 5 . . . Spezielle Gerätedateien . . . 190
5. 6 . . . Gerätedateien in der Praxis einsetzen . . . 191

6. System- und Benutzerdateien . . . 227
6. 1 . . . Die Datei /etc/passwd . . . 227
6. 2 . . . Die Datei /etc/shadow . . . 234
6. 3 . . . Die Datei /etc/group . . . 239
6. 4 . . . uname -- Informationen zum lokalen System erfragen . . . 243
6. 5 . . . Das Verzeichnis /etc/skel und Network Information Service (NIS) . . . 245
6. 6 . . . Dateien für Netzwerkinformationen . . . 246

7. Prozesse, Dämonen und Zombies . . . 247
7. 1 . . . Was ist ein Prozess? . . . 247
7. 2 . . . Prozesskomponente . . . 248
7. 3 . . . Prozesse überwachen mit ps, top und kpm . . . 258
7. 4 . . . Der Lebenszyklus eines Prozesses . . . 261
7. 5 . . . Umgebungsvariablen eines Prozesses . . . 263
7. 6 . . . Ressourcenlimits eines Prozesses . . . 271
7. 7 . . . Prozesserkennung . . . 275
7. 8 . . . Erzeugung von neuen Prozessen mit fork() . . . 277
7. 9 . . . Warten auf einen anderen Prozess . . . 288
7. 10 . . . Die exec-Familie . . . 296
7. 11 . . . Kommandoaufrufe aus dem Programm -- system() . . . 302
7. 12 . . . Dämonprozesse . . . 304
7. 13 . . . Mehr über die Ausführung von Prozessen . . . 315
7. 14 . . . Zusammenfassung und Ausblick . . . 330

8. Signale . . . 331
8. 1 . . . Grundlagen zu den Signalen . . . 331
8. 2 . . . Das neue Signalkonzept ab Kernel 2. 6. 18 . . . 338
8. 3 . . . Die Signalmenge initialisieren . . . 339
8. 4 . . . Elemente zu der Signalmenge hinzufügen oder aus ihr entfernen . . . 339
8. 5 . . . Signale einrichten und abfragen . . . 340
8. 6 . . . Signale an andere Prozesse senden mit kill() . . . 347
8. 7 . . . Eine Zeitschaltuhr einrichten mit alarm() . . . 348
8. 8 . . . Prozesse stoppen, bis ein Signal eintritt, mit pause() . . . 349
8. 9 . . . Prozesse für eine bestimmte Zeit stoppen mit sleep() und usleep() . . . 349
8. 10 . . . Die Signalmaske erfragen oder ändern mit sigprocmask() . . . 350
8. 11 . . . Einen Prozess während einer Änderung der Signalmaske stoppen mit sigsuspend() . . . 351
8. 12 . . . Prozesse synchronisieren . . . 351

9. IPC -- Interprozesskommunikation . . . 355
9. 1 . . . Unterschiedliche Interprozesskommunikations-Techniken im Überblick . . . 356
9. 2 . . . Gründe für IPC . . . 364
9. 3 . . . Pipes . . . 365
9. 4 . . . System-V-Interprozesskommunikation . . . 408
9. 5 . . . Semaphore . . . 410
9. 6 . . . Message Queues . . . 419
9. 7 . . . Shared Memory . . . 432

10. Threads . . . 443
10. 1 . . . Unterschiede zwischen Threads und Prozessen . . . 443
10. 2 . . . Thread-Bibliotheken . . . 444
10. 3 . . . Kernel- und User-Threads . . . 445
10. 4 . . . Scheduling und Zustände von Threads . . . 445
10. 5 . . . Die grundlegenden Funktionen der Thread-Programmierung . . . 447
10. 6 . . . Die Attribute von Threads und das Scheduling . . . 459
10. 7 . . . Threads synchronisieren . . . 465
10. 8 . . . Threads abbrechen (canceln) . . . 493
10. 9 . . . Erzeugen von threadspezifischen Daten (TSD) . . . 498
10. 10 . . . Mit pthread_once() einen Codeabschnitt auf einmal ausführen . . . 501
10. 11 . . . Thread-safe-Funktionen (thread-sichere Funktionen) . . . 504
10. 12 . . . Threads und Signale . . . 505
10. 13 . . . Zusammenfassung und Ausblick . . . 510

11. Netzwerkprogrammierung . . . 513
11. 1 . . . Einführung . . . 513
11. 2 . . . Aufbau von Netzwerken . . . 514
11. 3 . . . TCP/IP -- Aufbau und Struktur . . . 520
11. 4 . . . TCP-Socket . . . 524
11. 5 . . . Das Kommunikationsmodell der Sockets . . . 525
11. 6 . . . Grundlegende Funktionen zum Zugriff auf die Socket-Schnittstelle . . . 525
11. 7 . . . Aufbau eines Clientprogramms . . . 535
11. 8 . . . Aufbau des Serverprogramms . . . 540
11. 9 . . . IP-Adressen konvertieren, manipulieren und extrahieren . . . 545
11. 10 . . . Namen und IP-Adressen ineinander umwandeln . . . 552
11. 11 . . . Pufferung bei Netzwerk-Sockets . . . 562
11. 12 . . . Standard-E/A-Funktionen verwenden . . . 563
11. 13 . . . Parallele Server . . . 565
11. 14 . . . Synchrones Multiplexing mit select() . . . 582
11. 15 . . . POSIX-Threads und Netzwerkprogrammierung . . . 604
11. 16 . . . Optionen für Sockets setzen und abfragen . . . 610
11. 17 . . . Das UDP-Protokoll (User Datagram Protocol) . . . 615
11. 18 . . . Unix Domain Sockets . . . 624
11. 19 . . . Multicast-Socket . . . 630
11. 20 . . . Nicht blockierende I/O-Sockets . . . 639
11. 21 . . . Streams, TLI, Raw Socket und XTI . . . 642
11. 22 . . . IPv4 und IPv6 . . . 644
11. 23 . . . Netzwerksoftware nach IPv6 portieren . . . 646
11. 24 . . . Sicherheit und Verschlüsselung . . . 647

12. MySQL und PostgreSQL . . . 649
12. 1 . . . Relationale Datenbanksysteme . . . 649
12. 2 . . . Der relationale Datenbankserver . . . 653
12. 3 . . . SQL-Server im Überblick . . . 653
12. 4 . . . Die MySQL-Datenbank . . . 654
12. 5 . . . Die MySQL-C-API . . . 684
12. 6 . . . Beispiel: Ein einfaches Newssystem . . . 728
12. 7 . . . Neue SQL-Funktionen für die Shell -- MySQL erweitern . . . 759
12. 8 . . . MySQL-Funktionen mit der UDF-Schnittstelle entwerfen . . . 760
12. 9 . . . PostgreSQL: Ein objektrelationales Datenbankverwaltungssystem . . . 771

13. Terminal-E/A und Benutzerschnittstellen für die Konsole . . . 813
13. 1 . . . termios . . . 813
13. 2 . . . Terminalinformationen in terminfo . . . 837
13. 3 . . . Halbgrafik erstellen mit ncurses . . . 847

14. GTK+ . . . 891
14. 1 . . . Was ist GTK+? . . . 891
14. 2 . . . GTK+-Anwendungen übersetzen . . . 896
14. 3 . . . Eine Einführung in die GLib-Bibliothek . . . 897
14. 4 . . . Grundlagen der GTK+-Programmierung . . . 923
14. 5 . . . Fenster anlegen mit GtkWindow . . . 935
14. 6 . . . Anzeigeelemente . . . 944
14. 7 . . . Behälter für Widgets . . . 953
14. 8 . . . Buttons und Toggled-Buttons . . . 967
14. 9 . . . Dateneingaben auswerten . . . 977
14. 10 . . . Menüs und Toolbars erstellen . . . 989
14. 11 . . . Mehrzeiligen Text erstellen . . . 1009
14. 12 . . . Auswählen von Widgets (Selection) . . . 1023
14. 13 . . . Events auswerten . . . 1033
14. 14 . . . Weitere Widget- und GTK+-Elemente im Überblick . . . 1039

15. Übersicht über weitere beliebte GUI-Bibliotheken . . . 1043
15. 1 . . . gtkmm -- GTK+ für C++ . . . 1043
15. 2 . . . wxWidgets . . . 1047
15. 3 . . . FLTK . . . 1051
15. 4 . . . Qt . . . 1053
15. 5 . . . Die niedrige Ebene: X-Window-Programmierung . . . 1056
15. 6 . . . Multimediabibliotheken . . . 1057

16. Werkzeuge für Programmierer . . . 1065
16. 1 . . . Der Compiler GCC . . . 1065
16. 2 . . . make . . . 1074
16. 3 . . . Eigene Bibliotheken erstellen . . . 1091
16. 4 . . . RPM-Pakete . . . 1101
16. 5 . . . RCS und CVS . . . 1114
16. 6 . . . Laufzeitmessung von Programmen . . . 1143
16. 7 . . . Debuggen mit GDB und DDD . . . 1151
16. 8 . . . STRACE -- Systemaufrufe verfolgen . . . 1164
16. 9 . . . Memory Leaks und unerlaubte Speicherzugriffe . . . 1167
16. 10 . . . Ausblick . . . 1175

Anhang . . . 1177
A . . . Sicherheit unter Linux . . . 1179
B . . . Funktionsreferenz . . . 1201
C . . . Linux/UNIX-Kommandoreferenz . . . 1283

Index . . . 1365