本书从嵌入式开发角度出发，以Linux操作系统为开发平台，将隐藏在系统开发背后的关于C语言、计算机组成原理、计算机操作系统等方面的机制和知识娓娓道来，不仅能让读者知其然，更要让读者知其所以然，揭开嵌入式Linux C系统开发背后鲜为人知的秘密，并让这些知识再反作用于编程实践，从而帮助读者写出高质量的嵌入式Linux C代码。具体说来，本书主要讨论了包括嵌入式C语言高级编程、嵌入式Linux系统编程、多任务解决机制、网络编程等多个方面的话内容。

前 言 在这几年的项目开发和担任苏嵌教育培训讲师的过程中，作者发现一个能够写出高质量程序的程序员需要“内外兼修”：“内功”就是精通数据结构和算法，并且拥有庞大的代码量，这是决定程序员写出高质量程序的根本因素；而“外功”就是程序员是否明白计算机组织机制和原理，写出的程序是否能符合计算机系统的“口味”，是否能够最大程度地调动和运用系统的资源，是否能够像一件艺术品一样供其他人欣赏。 一些程序员通常都认为具备“内功”就足可以写出高效率的程序，常常忽略“外功”的作用，只能说他所写出的代码是“伪高效代码”，并不是一个高质量的程序。就作者个人的经历而言，自己手底下带的人和培训过的学员大多是半路出家，没有系统化地学习过计算机相关的理论知识，写出代码也只是简单地对需求进行模拟，并不能够很好地利用计算机系统资源。 需要指出的是，很多计算机专业科班出身的学生也未必能够领悟“外功”的含义。就目前国内的计算机教育来说，大部分学校设置的计算机相关课程仅仅是将各项知识独立地对待，这样对于悟性不是非常高的学生来说，在没有被点化的情况下就没有办法有机地将这么多课程串接起来。一个不能形成完整系统性的知识结构是空洞和脆弱的结构。就拿现在畅销的《C程序设计语言》来说，好多在校大学生在阅读这本书之后都说看不懂，觉得讲得很难，是因为这本书并不像国内很多C语言教材一样去单纯地介绍C语言的语法，这本书结合了计算机操作系统和计算机组成原理，以及Linux操作系统来阐述C语言的开发。 现在开发人员和学员间流行着这样一句话：“大学老师教的企业不用，企业用的大学老师不教”。其实我个人并不是很赞同这句话，毕竟大学让大学生们掌握了做开发所需要的一些基础理论知识，这为以后继续学习和工作都奠定了很好基础。现在的大学生急需去解决自己“内功”和“外功”修炼的问题，而本书可以帮助到你，让你成为一个“内功”深厚，“外功”强大的程序员。 本书从嵌入式开发角度出发，以Linux操作系统为开发平台，将隐藏在系统开发背后的关于C语言、计算机组成原理、计算机操作系统等方面的机制和知识娓娓道来，不仅能让读者知其然，更要让读者知其所以然，揭开嵌入式Linux C系统开发背后鲜为人知的秘密，并让这些知识再反作用于编程实践，从而帮助读者写出高质量的嵌入式Linux C代码。具体说来，本书主要讨论了包括嵌入式C语言高级编程、嵌入式Linux系统编程、多任务解决机制、网络编程等多个方面的内容。本书大量案例都在苏嵌课堂教学实践过多年，既可作为大专院校相关专业师生的教学参考书，也可供计算机及其相关领域的工程技术人员查阅之用，对于普通计算机爱好者，本书也不失为帮助他们掌握高质量嵌入式Linux C系统开发的一本深入浅出的嵌入式开发读物。 作 者 2014年12月

目 录 第1章 嵌入式Linux C语言开发工具 1 1.1 嵌入式Linux C语言开发概述 1 1.2 嵌入式Linux C开发环境 1 1.3 嵌入式文本编辑器 2 1.3.1 基本模式 2 1.3.2 基本操作 3 1.3.3 实训操作 5 1.4 嵌入式编译器 6 1.4.1 初识GCC编译器 6 1.4.2 gcc命令常用选项及工作流程 6 1.4.3 库的使用 10 1.5 嵌入式调试器 12 1.6 工程管理器 15 1.6.1 Makefile 16 1.6.2 Makefile特性介绍 18 1.7 Eclipse程序开发 26 1.7.1 Eclipse环境安装 26 1.7.2 Eclipse C程序开发 28 第2章 数据类型 35 2.1 变量与常量 35 2.2 变量 35 2.2.1 什么是变量 35 2.2.2 变量名和变量值 36 2.2.3 局部变量和全局变量 38 2.3 常量 40 2.4 基本内置类型 41 2.4.1 数据类型大小 42 2.4.2 陷阱之有符号与无符号 42 2.5 声明与定义 43 2.5.1 定义 43 2.5.2 声明 43 2.6 乱世枭雄：static与extern 44 2.6.1 政权旗帜static 44 2.6.2 外来的和尚会念经extern 45 2.7 铁布衫：const 47 2.8 隐形刺客：auto 48 2.9 闪电飞刀：register 49 2.10 专一王子：volatile 50 2.11 typedef详解 51 2.11.1 typedef与结构的问题 51 2.11.2 typedef与#define的问题 53 2.11.3 typedef与#define的另一例 53 2.11.4 typedef与复杂的变量声明 54 2.12 枚举 55 2.12.1 枚举类型的使用方法 55 2.12.2 枚举与#define 宏的区别 56 2.13 联合体 56 2.13.1 联合体的定义 56 2.13.2 从两道经典试题谈联合体（union）的使用 57 第3章 运算符、表达式 59 3.1 运算符简介 59 3.1.1 运算符优先级 59 3.1.2 一些容易出错的优先级问题 61 3.1.3 逻辑运算符 61 3.2 条件运算符和条件表达式 62 3.3 ++、操作符 63 3.4 位运算 64 3.4.1 按位与运算及应用 64 3.4.2 按位或运算及应用 64 3.4.3 按位异或运算及应用 65 3.4.4 左移和右移 65 3.5 C语言性能优化：使用位操作 65 第4章 语句 67 4.1 空语句 67 4.2 基础语句 68 4.2.1 表达式语句 68 4.2.2 函数调用语句 68 4.3 语句if 68 4.3.1 布尔变量与零值比较 69 4.3.2 整型变量与零值比较 69 4.3.3 浮点变量与零值比较 69 4.3.4 指针变量与零值比较 70 4.3.5 对if语句的补充说明 70 4.4 跳转语句：goto 70 4.5 循环语句 71 4.5.1 do-while语句 72 4.5.2 for语句 72 4.5.3 循环语句的效率 74 4.6 break和continue 75 4.6.1 break语句 75 4.6.2 continue语句 75 4.7 switch语句 77 第5章 数组与指针 79 5.1 数组认知 79 5.2 使用数组之常见问题 80 5.2.1 数组的下标总是从0开始吗 80 5.2.2 可以使用数组后面第一个元素的地址吗 81 5.2.3 为什么要小心对待位于数组后面的那些元素的地址呢 82 5.2.4 数组作为参数传递给函数时，可以通过sizeof得到数组的大小吗 82 5.2.5 指针或带下标的数组名都可以访问元素，哪一种更好呢 83 5.2.6 可以把另外一个地址赋给一个数组名吗 85 5.2.7 array_name和＆array_name有什么不同 86 5.2.8 为什么用const说明的常量不能用来定义一个数组的初始大小 87 5.2.9 字符串和数组有什么不同 87 5.3 指针 89 5.3.1 指针是变量 90 5.3.2 指针的类型和指针所指向的类型 90 5.3.3 指针的值 91 5.3.4 指针本身所占据的内存区 91 5.4 指针的运算 92 5.4.1 指针的算术运算 92 5.4.2 指针的关系运算 92 5.4.3 间接引用 93 5.4.4 最多可以使用几层指针 93 5.5 常量指针和指针常量 95 5.5.1 常量指针与指针常量的实例 95 5.5.2 常量指针的应用 96 5.6 空指针及其使用 97 5.6.1 NULL总是被定义为0吗 97 5.6.2 NULL总是等于0吗 97 5.6.3 空指针的使用 98 5.7 指针void：万能指针 99 5.8 指针数组与数组指针 100 5.9 字符串函数详解 101 5.10 函数指针与指针函数 105 5.11 复杂指针声明：“int * (* (*fp1) (int) ) [10];” 106 5.11.1 基础 106 5.11.2 const修饰符 107 5.11.3 typedef的妙用 108 5.11.4 函数指针 109 5.11.5 右左法则 109 第6章 内存管理 111 6.1 你的数据放在哪里 111 6.1.1 未初始化的全局变量（.bss段） 111 6.1.2 初始化过的全局变量（.data段） 112 6.1.3 常量数据（.rodata段） 112 6.1.4 代码（.text段） 113 6.1.5 栈（stack） 113 6.1.6 堆(heap) 113 6.2 内存分配方式 114 6.3 野指针 115 6.4 常见的内存错误及对策 115 6.5 段错误以及调试方法 116 6.5.1 方法一：利用gdb逐步查找段错误 117 6.5.2 方法二：分析core文件 118 6.5.3 方法三：段错误时启动调试 119 6.5.4 方法四：利用backtrace和objdump进行分析 120 6.6 指针与数组的对比 121 第7章 预处理、结构体 125 7.1 宏定义：#define 125 7.1.1 无参宏定义 125 7.1.2 带参宏定义 127 7.2 文件包含 128 7.3 条件编译 129 7.4 宏定义使用技巧 131 7.5 关于#和## 132 7.6 结构体 133 7.6.1 内存字节对齐 135 7.6.2 内存对齐正式原则 138 7.7 #define和typedef的区别 139 7.8 结构体和联合体的区别 139 7.9 浅谈C语言中的位段 139 7.9.1 位段的使用 140 7.9.2 位段结构在内存中的存储方式 140 第8章 函数 141 8.1 函数声明与定义 141 8.1.1 定义 141 8.1.2 声明与定义不同 142 8.2 形式参数和实际参数 143 8.3 参数传递 143 8.3.1 简单变量或数组元素作为函数参数 143 8.3.2 指针变量或数组名作为函数参数 144 8.3.3 数组名作函数参数 145 8.3.4 结构体数组作函数参数 146 8.4 如何编写有多个返回值的C语言函数 146 8.4.1 利用全局变量 146 8.4.2 传递数组指针 148 8.4.3 传递结构体指针 148 8.5 回调函数 149 8.6 变参函数详解：printf的实现 151 8.7 可变参数问题 152 第9章 编码规范 155 9.1 排版 155 9.2 注释 158 9.3 标示符名称 163 第10章 shell编程 165 10.1 什么是shell 165 10.2 几种流行的shell 165 10.3 shell程序设计（基础部分） 166 10.3.1 shell基本语法 166 10.3.2 shell程序的变量和参数 167 10.4 shell程序设计的流程控制 169 10.4.1 test测试命令 169 10.4.2 if条件语句 170 10.4.3 for循环 171 10.4.4 while和until循环 171 10.4.5 case条件选择 172 10.4.6 无条件控制语句break和continue 173 10.4.7 函数定义 173 10.5 命令分组 174 10.6 信号 174 10.7 运行shell程序的方法 175 10.8 bash程序的调试 175 10.9 bash的内部命令 176 第11章 文件操作 179 11.1 Linux文件结构 179 11.1.1 Linux文件系统 179 11.1.2 Linux目录结构 180 11.1.3 Linux文件分类 182 11.1.4 常见文件类型 183 11.1.5 Linux文件属性 183 11.2 系统调用 184 11.3 Linux文件描述符 184 11.4 不带缓存的I/O操作 185 11.4.1 creat函数 185 11.4.2 open函数 186 11.4.3 read函数 188 11.4.4 write函数 189 11.4.5 lseek函数 189 11.4.6 close函数 189 11.4.7 经典范例：文件复制 190 11.5 带缓存的I/O操作 191 11.5.1 三种类型的缓冲 191 11.5.2 fopen函数 193 11.5.3 fclose函数 194 11.5.4 fdopen函数 194 11.5.5 fread函数 195 11.5.6 fwrite函数 195 11.5.7 fseek函数 196 11.5.8 fgetc函数、getc函数和getchar函数 197 11.5.9 fputc函数、putc函数和putchar函数 198 11.6 fgets函数与gets函数比较分析 199 11.7 输出与输入 201 11.7.1 printf函数、fprintf函数和sprintf函数 201 11.7.2 scanf函数、fcanf函数和sscanf函数 203 第12章 进程控制编程 207 12.1 为何需要多进程（或者多线程），为何需要并发 207 12.1.1 进程 207 12.1.2 进程分类 208 12.1.3 进程的属性 208 12.1.4 父进程和子进程 208 12.2 Linux进程管理 209 12.2.1 ps监视进程工具 209 12.2.2 pgrep查询进程工具 211 12.2.3 终止进程的工具kill、killall、pkill、xkill 211 12.2.4 top监视系统任务的工具 213 12.2.5 进程的优先级：nice和renice 214 12.3 Linux进程的三态 215 12.3.1 三种基本状态 215 12.3.2 三种状态间的转换 215 12.4 Linux进程结构 216 12.5 Linux进程控制块PCB 216 12.6 Linux进程调度 218 12.6.1 调度的目标 218 12.6.2 调度算法 218 12.6.3 优先级反转 220 12.7 进程创建 221 12.7.1 获取进程 221 12.7.2 启动进程：fork( ) 222 12.7.3 启动进程：vfork( ) 224 12.7.4 启动进程：exec族 225 12.7.5 启动进程：system 228 12.8 进程等待 229 12.8.1 僵尸进程的产生 229 12.8.2 如何避免僵尸进程 231 12.8.3 wait函数和waitpid函数 231 12.9 进程退出 235 12.9.1 退出方式的不同点 236 12.9.2 exit( )和_exit( )函数 236 12.9.3 exit( )和_exit( )的区别 237 第13章 进程间通信方式 239 13.1 进程间通信方式概述 239 13.1.1 进程间通信的目的 239 13.1.2 Linux进程间通信方式简介 240 13.2 管道通信 241 13.2.1 建立无名管道 241 13.2.2 读写无名管道 242 13.2.3 无名管道应用实例 246 13.2.4 创建有名管道 248 13.2.5 读写有名管道 250 13.3 管道通信方式的应用场景 253 13.4 信号 254 13.4.1 信号及信号来源 254 13.4.2 信号种类 254 13.4.3 信号处理方式 256 13.4.4 信号发送 256 13.4.5 自定义处理信号方式 258 13.4.6 信号集操作 262 13.4.7 使用信号注意事项 264 13.5 消息队列 265 13.5.1 消息队列基础理论 266 13.5.2 使用消息队列 266 13.5.3 消息队列API 267 13.5.4 消息队列的限制 269 13.5.5 消息队列的应用实例 270 13.6 信号灯 273 13.6.1 信号灯概述 273 13.6.2 内核实现原理 274 13.6.3 使用信号灯 274 13.6.4 信号灯API 275 13.6.5 信号灯的限制 277 13.6.6 竞争问题 277 13.6.7 信号灯应用实例 277 13.7 共享内存方式一 281 13.7.1 内核实现原理 281 13.7.2 mmap( )及其相关系统调用 282 13.7.3 mmap( )范例 283 13.7.4 对mmap( )返回地址的访问 287 13.8 共享内存方式二 289 13.8.1 系统V共享内存原理 289 13.8.2 系统V共享内存API 290 13.8.3 系统V共享内存范例 291 第14章 多线程编程 295 14.1 线程概述 295 14.1.1 为什么有了进程的概念后，还要再引入线程呢 295 14.1.2 多线程的优点 296 14.1.3 多线程的缺点 296 14.2 多线程的实现 297 14.2.1 线程的创建 297 14.2.2 终止线程 299 14.2.3 等待线程终止 300 14.3 线程属性 300 14.3.1 线程属性初始化 301 14.3.2 线程分离 301 14.3.3 线程的继承性 302 14.3.4 线程的调度策略 303 14.3.5 线程的调度参数 304 14.3.6 实例分析 305 14.4 线程同步机制 306 14.4.1 互斥锁Mutex 306 14.4.2 互斥锁使用实例 308 14.4.3 条件变量Conditions 310 14.4.4 条件变量使用实例 311 第15章 网络编程 313 15.1 TCP/IP协议概述 313 15.1.1 TCP/IP 起源 313 15.1.2 TCP/IP的特性与应用 315 15.1.3 互联网地址 315 15.1.4 域名系统 316 15.1.5 封装 317 15.1.6 TCP/IP工作模型 318 15.1.7 TCP/IP 协议层 318 15.1.8 TCP/IP应用 320 15.1.9 网桥、路由器和网关 321 15.2 TCP和UDP 322 15.2.1 TCP协议 322 15.2.2 三次握手协议 322 15.2.3 TCP数据报头 323 15.2.4 UDP协议 324 15.2.5 协议的选择 324 15.2.6 IP和端口号 324 15.3 套接字 325 15.3.1 Socket概念 325 15.3.2 Socket类型 325 15.3.3 Socket信息数据结构 325 15.3.4 数据存储优先顺序的转换 326 15.3.5 地址格式转化 327 15.3.6 名字地址转化 328 15.4 网络编程 330 15.4.1 建立Socket 331 15.4.2 绑定地址 332 15.4.3 监听 333 15.4.4 接受请求 334 15.4.5 连接服务器 335 15.4.6 发送数据 335 15.4.7 接收数据 336 15.5 采用TCP协议的C/S架构实现 338 15.5.1 模块封装 338 15.5.2 服务器的实现 340 15.5.3 客户端的实现 341 15.6 并发服务器模型 342 15.6.1 多进程解决方案 342 15.6.2 多线程解决方案 342 15.6.3 调用fcntl将sockfd设置为非阻塞模式 348 15.7 多路转接模型 348 15.7.1 服务器的实现 349 15.7.2 客户端的实现 354 15.8 采用UDP协议C/S架构的实现 355 15.8.1 服务器的实现 355 15.8.2 客户端的实现 356 15.8.3 UDP协议传输文件的实现 357 参考文献 360