【操作系统基础程序】

操作系统提供了一组用户使用计算机所需的基础程序，实现了使用计算机必备的基础功能，比如：用户管理、外存储器管理、文件管理、设置网络连接、编译程序，这组程序所在目录会记录在环境变量中，直接在终端指定其名称即可使用。

多数基础程序执行时需要传入参数，参数赋值有固定规则，若参数用于启动或设置一种功能，则需要前缀-符号。

shutdown -h 0    //shutdown程序用于关机或重启，-h参数表示关机，0为设置的关机倒计时。
gcc -masm=intel  //gcc用于编译代码，-masm参数表示设置汇编语言语法类型，此参数需要使用=符号直接赋值具体类型。

另外多个参数功能不冲突时可以同时指定，此时只需编写一个-符号即可。

tar -czvf ali.tar.gz a.c b.c    //tar用于文件压缩与打包，czvf分别设置一种功能，这里一共设置4种功能，ali.tar.gz为打包文件的名称，a.c和b.c为需要打包的文件。

有些参数不需要使用-符号。

cd ~/data    //cd设置终端工作目录，之后直接编写路径名称即可。

鉴于介绍linux操作系统常用命令的书籍非常多，这里不再重复。

【操作系统API】

API，中文名为应用程序编程接口，是操作系统提供的一组C语言函数库，存放在/usr/include/目录中，提供了程序频繁使用的功能，其中很多功能是通过glibc调用系统调用实现的。

在计算机操作系统发展早期，各种操作系统的API使用方式都有区别，频繁学习不同的API非常耗费精力，为此人们制定了统一的API使用规则，称为POSIX（可移植操作系统接口），它规定了API需要提供哪些功能、每种功能对应函数和全局变量的使用方式，开源操作系统的API基本上都遵循此规则。

掩码

有些API函数需要使用一个数据指定启用哪些功能、不启用哪些功能，此数据称为掩码，掩码使用二进制位记录每个功能是否生效，一般值为1表示生效、值为0不生效，有些功能使用多个二进制位的组合指定是否生效，多个掩码指定的生效功能可以使用按位或运算进行整合。

API函数执行结果

API函数使用返回值告知调用者执行结果，多数情况下执行成功返回0或大于0的整数，执行失败返回-1，若返回值为指针，则返回0表示执行出错。

若执行出错后需判断具体原因，可以使用errno.h文件，此文件内有一个全局变量errno，其存储了API函数执行结果的具体原因，每一种执行结果使用一个数值表示，每个数值表示的信息我们不方便直接观察，可以使用perror函数输出执行结果原因，perror函数会自动读取errno的值并判断执行结果类型。

注：
1.perror的执行依赖stdio.h。
2.errno会随下次执行API函数而被修改。

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
int main()
{int result = open("/home/ali/a.txt", O_RDWR | O_APPEND);    //打开文件if(result > -1){printf("打开文件成功，文件描述符编号：%d\n", result);}else{perror("open函数执行失败，原因");    //参数为首先输出的字符串，之后输出errno含义}return 0;
}

【GCC编译器】

GCC是GNU项目中编译器子项目的名称，主要用于编译C语言和C++语言代码，编译C语言代码时使用gcc程序，编译C++语言代码时使用g++程序。

将源代码制作为一个ELF文件需要经过三个步骤：编译、汇编、连接，三个步骤分别使用以下三种工具完成：
1.编译器，将高级语言代码转换为对应的汇编语言代码。
2.汇编器，将汇编语言代码转换为对应的指令数据、数学数据。
3.连接器，将编译后的文件添加必要的节组成ELF文件。

gcc是编译器，只有编译功能，没有汇编与连接功能，但是因为编译与汇编、连接通常需要一起使用，所以在使用gcc编译代码时默认会自动调用汇编器、连接器制作为ELF文件。

gcc /home/ali/a.c    //参数指定源代码文件，可以使用相对路径、绝对路径
gcc a.c b.c          //若程序代码在多个文件内，需要同时指定所有的文件路径

预处理

编译器的预处理功能用于对源代码中预处理指令进行解释，主要有以下两种行为：
1.将 #include 连接的文件内容复制到本文件中。
2.将使用 #define 定义的宏代码转换为具体的代码。

GCC操作文件的类型

gcc通过文件后缀名确定文件类型，常用后缀如下：

c，c语言代码文件
cc，c++语言代码文件
cpp，c++语言代码文件
s，汇编语言代码文件
o，目标文件
a，静态连接库文件
so，动态连接库文件

常用参数

-o，小写字母o，指定编译后的文件名称，示例：gcc a.c -o ali.out，a.c为源代码文件路径，ali.out为编译后的文件路径，这里全部使用相对路径。
-O，大写字符O，设置编译优化级别，有4种级别，使用编号0-3表示，0表示不优化，3表示最高优化，默认为0级优化，级别值紧邻参数之后，示例：gcc -O2 a.c。
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-E，只进行预处理，不编译代码。
-S，只进行预处理、编译，不进行汇编、连接。
-c，只进行预处理、编译、汇编，不进行连接，用于制作目标文件。
-fPIC，与-c组合使用，用于制作动态连接库使用的目标文件。
------------------
-shared，将目标文件打包并制作为动态连接库。
-static，调用连接库时使用静态库版本，而非动态库，编译后的程序体积会大很多。
-share，调用连接库时尽量使用动态库版本，生成的文件体积更小。
------------------
-g，添加调试功能相关数据，方便使用调试器调试程序，若不添加此参数则使用调试器调试程序时某些功能不可用，同时注意调试程序时不应该使用-O参数开启优化。
-s，编译后的程序不保存源代码中的数据名。
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-masm，指定汇编代码的语法类型，比如在高级语言中内嵌汇编代码、或使用-S参数只编译代码时，都可以使用此参数，默认使用AT&T语法，若使用英特尔语法则应该添加参数 -masm=intel。
-std，设置C语言、C++语言的版本，比如：c89、c99、c11、c17、c++98、c++03、c++11、c++14、c++17，具体的版本值使用=符号赋值，示例：-std=c99，-std=c++03。
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-Wall，生成所有警告和错误信息（数组越界访问除外），若不指定此参数则只显示必要的警告信息，比如设置了返回值的函数没有为返回值赋值，此时不使用此参数不会有警告。
-fpermissive，将不符合语法规则的某些代码改为可以编译，但是会生成警告信息，比如C++代码中变量指针存储一个常量数据的地址，默认禁止编译，添加此参数即可编译，注意并非针对所有错误代码，有些错误不可忽略。
-fsanitize=address，检查源代码中各种内存错误访问相关信息，原理是在代码中添加各种检查代码，若出错则会在终端输出错误信息，并自动终止程序，一般用于调试程序。
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-v，查看gcc相关属性信息，包括gcc版本号。

【gdb调试器】

编写代码时经常会因为各种原因遇到意想不到的错误，比如：思维不严谨、对某个API函数运行方式不完全了解、对某个功能的运行原理不完全了解，代码错误是不可避免的，使用调试器可以观察程序的各种执行错误，调试器主要功能如下：
1.设置程序断点，程序执行到此处时会暂停。
2.程序单步执行，程序每执行一条指令就暂停。
3.查询程序执行时某些变量的值。
4.程序执行时临时修改某些变量的值。

使用方式

首先在终端执行gdb程序，参数设置为要调试程序的路径，动gdb后输入控制命令启动不同的功能，常用控制命令如下：

set args，设置被调试程序的main函数参数，示例：set args ali xyy，这里传入了2个参数，分别是ali和xyy。
list，显示程序源代码，示例：list 1，从第一行开始显示源代码，默认每次显示10行，之后按enter键显示下10行，示例：list main，显示main函数的源代码。
------------------
break/b，添加一个断点，可以使用代码行数或函数名指定断点添加处，程序执行到断点处会暂停，示例：break 9，在第9行添加一个断点。
info break/b，查询所有断点。
delete/d，取消一个断点，通过断点编号指定，示例：delete 1，取消编号为1的断点，示例：delete 1-5，取消编号1到5的断点。
disable，禁用指定编号的断点，示例：disable 1。
enable，启用指定编号的断点，示例：enable 1。
------------------
run/r，执行程序开始调试。
continue/c，在断点处恢复执行。
next/n，程序暂停后，单步执行下一条指令，若遇到跳转函数指令则忽略，执行之后的指令。
step/s，程序暂停后，单步执行下一条指令，若遇到跳转函数指令则进入函数，若跳转的函数是动态库函数则会产生错误。
finish/fin，程序暂停后，执行到下一个断点处，若本函数没有断点则执行到本函数末尾，并返回到上一级函数暂停。
until，跳转到源代码指定行数执行。
------------------
display，设置一个跟踪变量，每次暂停后自动查询此变量的值并输出，示例：display a，自动跟踪变量a。
undisplay，取消一个跟踪变量，需要使用跟踪变量编号指定，而不是变量名，示例：undisplay 1，取消编号为1的跟踪变量。
print/p，手动查询指定变量的值，示例：print a，查询变量a的值。
info locals，查询所有局部变量的值。
info reg，查询所有寄存器的值。
set var，修改指定变量的值，示例：set var a=0。
------------------
backtrace/bt，查询本函数调用者的执行顺序，也就是向前查询都有哪些函数执行。
call，跳转到指定函数执行一次并返回，同时输出此函数的返回值，示例：call ali()，跳转到ali函数执行，若有参数则需要同时为参数赋值。
disass，反汇编指定函数，示例：disass ali，反汇编ali函数。
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quit/q，退出gdb。

注：有些参数可以使用简写，比如break可以简写为b。

【make】

大型项目会有几十甚至上万个源代码文件，如果每个源代码文件都需要手动编译的话会非常麻烦，这时候就需要使用make自动执行一些命令，make执行的操作使用make脚本文件说明，脚本文件默认名为makefile或Makefile。

make常用参数如下：

-f，指定make脚本文件的路径，若不指定则在工作目录中查找makefile文件。
-n，输出需要执行的操作，但是不真正的执行这些操作，用于检查makefile文件。
-j，指定使用CPU的几个核心进行工作，示例：make -j 4，使用4个核心。
-k，出现错误后继续执行，而非停止。

makefile脚本文件代码的基础编写规则如下。

注释

使用#符号设置一行注释。

# 这里是单行注释

创建行为

action1 : a.c b.c c.cgcc -c a.c -o a.ogcc -c b.c -o b.ogcc -c c.c -o c.o

第一行用于设置行为名称以及此行为需要使用的文件和其它行为，action1为行为名，:符号之后编写此行为需要使用的文件（可省略）以及调用的其它行为（不可省略），这里指定了3个源代码文件。
行为名之后的行编写此行为执行的命令，每行命令开头需要使用tab键输入一个制表符。

使用 @ 符号

默认情况下make会在终端输出执行了哪些命令，在命令前添加@符号则不输出。

action1 : a.c b.c c.c@ gcc -c a.c -o a.o@ gcc -c b.c -o b.o@ gcc -c c.c -o c.o

使用 - 符号

默认情况下遇到无法执行的命令make会终止执行，剩余命令都不会执行，在命令前添加-符号表示若此命令执行出错则忽略，继续执行之后的命令。

action1 : a.c b.c c.c@- gcc -c a.c -o a.o@ gcc -c b.c -o b.o@ gcc -c c.c -o c.o

使用多个行为

需要执行的命令很多时，往往需要将命令分到不同的行为中，make默认从第一个行为开始执行，并且只执行第一个行为，其他行为需要被调用才能执行，并且被调用的行为会首先执行，就像C语言中的其它函数必须直接或间接的被main函数调用才能执行一样。

# 制作可执行程序
action1 : action2 a.o b.o c.ogcc a.o b.o c.o -o ali.out# 编译目标文件
action2 : a.c b.c c.cgcc -c a.c -o a.ogcc -c b.c -o b.ogcc -c c.c -o c.o# 清理工作
clean : rm -f a.o b.o c.o    # rm命令用于删除文件

make从action1行为开始执行，此行为又调用了action2行为，action2会首先执行，之后再执行action1，最后的clean行为不会自动执行，只能在终端执行make时手动调用此行为执行，示例：make clean

使用字符串变量

定义行为时可以使用字符串指定行为属性，行为名称、行为使用文件、行为执行命令都可以使用字符串指定。

# 定义字符串
s1 = a.c b.c c.c
s2 = gcc -c a.c -o a.o
s3 = gcc -c b.c -o b.o
s4 = gcc -c c.c -o c.o
s5 = a.o b.o c.o -o ali.out# 定义行为
action1 : ${s1}    # 使用 ${字符串名} 或 $(字符串名) 调用字符串${s2}${s3}${s4}gcc ${s5}

字符串赋值运算符

=运算符，直接赋值，多次使用=赋值时以最后一次赋值为准。
:=运算符，引用另一个字符串现在的值进行赋值。
?=运算符，有条件赋值，若变量没有赋值则进行赋值，若变量已经赋值则不进行赋值。
+=运算符，增加字符串中的字符，新增字符与原有字符使用空格分隔，常用于为执行命令添加参数。

# 定义字符串
${s1}         # 定义不赋值的字符串
${s2}
s1 += a.c
s1 += b.c
s1 += c.c
s2 ?= gcc ${s1}# 定义行为
action1 : ${s1}${s2}

嵌套调用字符串

s1 = gcc a.c b.c c.c -o ali.out
s2 = 1
s3 = ${s${s2}}   # 此行将被解释为 s3 = s1action1 :${s3}

条件语句

s1 = a.c 
${s2}ifeq (${s1}, "a.c")    # 若s1等于a.c则执行ifeq语句内脚本代码，否则执行else语句内脚本代码，注意ifeq之后需要有空格
s2 = b.c
else
s2 = a.c
endif                  # 条件语句末尾

函数

make内置了一组函数，用于实现脚本代码常用功能，脚本代码可以调用这些函数执行，调用方式：$(函数名 参数)，其中()也可写为{}。

使用 wildcard 函数查询文件名

$(wildcard 参数)

参数为要查询的文件名，可以使用通配符，查询到的多个符合条件文件的名称会组合在一起形成一个字符串，中间使用空格隔开，并返回此字符串。
 

s1 = $(wildcard *.o)      # 查询工作目录所有后缀.o的文件
s2 = $(wildcard ~/*.c)    # 查询用户主目录所有后缀.c的文件action1 :@ echo ${s1}       # echo命令用于在终端输出指定字符@ echo ${s2}

使用 patsubst 函数修改字符串

$(patsubst 参数1, 参数2, 参数3)

参数1，指定需要修改的部分
参数2，指定修改后的值
参数3，提供需要修改的字符串

s1 = a.c b.c c.c
s2 = $(patsubst %c, %o, ${s1})    # 将s1中的c改为o，s2 = a.o b.o c.oaction1 :@ echo ${s2}

使用 foreach 函数循环处理字符串

此函数用于循环分割并修改一个字符串，首先根据字符串内空格将字符串分割为多份，之后对每份进行处理（比如添加字符），最后将处理后的字符串重新组合并返回。

$(foreach 参数1, 参数2, 参数3)

参数1，临时存储每次循环所用变量。
参数2，需要处理的字符串。
参数3，每次循环对字符串的操作。

s1 = a b c
${s2}
s3 = $(foreach s2, ${s1}, ${s2}.o)    # s3 = a.o b.o c.oaction1 :@ echo ${s3}

上述代码中，foreach会遍历字符串s1，每次循环以空格作为分割符取其中一段，之后将其临时存储到s2中，之后为此段内容添加.o，循环处理完s1的所有分段后，将处理后的分段组合为一个字符串并返回。

使用 dir 函数读取目录

s1 = $(dir)*.c       # 查询工作目录中所有后缀.c的文件
s2 = $(dir ~/)*.c    # 查询指定目录中所有后缀.c的文件，目录名必须以/符号结尾action1 :@ echo ${s1}@ echo ${s2}

进入子目录执行 make

action1 :make -C data    # 进入名为data的子目录继续执行make，执行完毕后返回

同时还可以向子目录内的makefile脚本文件传递一个字符串变量。

export s1 = ali     # 使用export命令设置传递的变量
action1 :make -C data    # data目录中的makefile脚本文件可以直接使用s1