Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

• Название: Основы программирования в Linux
• Автор: Нейл Мэтью
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9775-0289-4

В четвертом издании популярного руководства даны основы программирования в операционной системе Linux. Рассмотрены: использование библиотек C/C++ и стан­дартных средств разработки, организация системных вызовов, файловый ввод/вывод, взаимодействие процессов, программирование средствами командной оболочки, создание графических пользовательских интерфейсов с помощью инструментальных средств GTK+ или Qt, применение сокетов и др. Описана компиляция программ, их компоновка c библиотеками и работа с терминальным вводом/выводом. Даны приемы написания приложений в средах GNOME® и KDE®, хранения данных с использованием СУБД MySQL® и отладки программ. Книга хорошо структурирована, что делает обучение легким и быстрым.

Для начинающих Linux-программистов

---

#include <curses.h>

#include <unistd.h>

static struct termios initial_settings, new_settings;

static int peek_character = -1;

void init_keyboard();

void close_keyboard();

int kbhit();

int readch();

2. Функция main вызывает функцию init_keyboard для настройки терминала, затем выполняет цикл один раз в секунду, каждый раз вызывая в нем функцию kbhit. Если нажата клавиша <q>, функция close_keyboard восстанавливает нормальный режим и программа завершается:

int main() {

 int ch = 0;

 init_keyboard();

 while (ch != 'q') {

  printf("looping\n");

  sleep(1);

  if (kbhit()) {

   ch = readch();

   printf("you hit %c\n", ch);

  }

 }

 close_keyboard();

 exit(0);

}

3. Функции init_keyboard и close_keyboard настраивают терминал в начале и конце программы:

void init_keyboard() {

 tcgetattr(0, &initial_settings);

 new_settings = initial_settings;

 new_settings.c_lflag &= ~ICANON;

 new_settings.c_lflag &= ~ECHO;

 new_settings.c_lflag &= ~ISIG;

 new_settings.c_cc[VMIN] = 1;

 new_settings.c_cc[VTIME] = 0;

 tcsetattr(0, TCSANOW, &new_settings);

}

void close_keyboard() {

 tcsetattr(0, TCSANOW, &initial_settings);

}

4. Теперь функция, проверяющая нажатие клавиши:

int kbhit() {

 char ch;

 int nread;

 if (peek_character != -1) return 1;

 new_settings.c_cc[VMIN] = 0;

 tcsetattr(0, TCSANOW, &new_settings);

 nread = read(0, sch, 1);

 newrsettings.c_cc[VMIN] = 1;

 tcsetattr(0, TCSANOW, &new_settings);

 if (nread == 1) {

  peek_character = ch;

  return 1;

 }

 return 0;

}

5. Нажатый символ считывается следующей функцией readch, которая затем восстанавливает значение -1 переменной peek_character для выполнения следующего цикла:

int readch() {

 char ch;

 if (peek_character != -1) {

  ch = peek_character;

  peek_character = -1;

  return ch;

 }

 read(0, &ch, 1);

 return ch;

}

Когда вы выполните программу (kbhit.c), то получите следующий вывод:

$ ./kbhit

looping

looping

looping

you hit h

looping

looping

looping

you hit d

looping

you hit q

$

Как это работает

Терминал настраивается в функции init_keyboard на считывание одного символа (MIN=1, TIME=0). Функция kbhit изменяет это поведение на проверку ввода и его немедленный возврат (MIN=0, TIME=0) и затем восстанавливает исходные установки перед завершением.

Обратите внимание на то, что вы должны считать символ нажатой клавиши, но сохраняете его локально, готовые вернуть символ в вызывающую программу по ее требованию.

Виртуальные консоли

ОС Linux предоставляет средство, называемое виртуальными консолями. Экран, клавиатуру и мышь одного ПК может использовать ряд терминальных устройств, доступных на этом компьютере. Обычно установка ОС Linux рассчитана на использование от 8 до 12 виртуальных консолей. Виртуальные консоли становятся доступными благодаря символьным устройствам /dev/ttyN, где N — номер, начинающийся с 1.

Если вы регистрируетесь в вашей системе Linux в текстовом режиме, как только система активизируется, вам будет предложено регистрационное приглашение. Далее вы регистрируетесь с помощью имени пользователя и пароля. В этот момент используемое вами устройство — первая виртуальная консоль, терминальное устройство /dev/tty1.

С помощью команд who и ps вы можете увидеть, кто зарегистрировался и какие командная оболочка и программы выполняются на этой виртуальной консоли:

$ who

neil tty1 Mar 8 18:27

$ ps -e

 PID TTY      TIME CMD

1092 tty1 00:00:00 login

1414 tty1 00:00:00 bash

1431 tty1 00:00:00 emacs

Из этого укороченного вывода видно, что пользователь neil зарегистрировался и запустил редактор Emacs на консоли ПК, устройстве /dev/tty1.

Обычно ОС Linux запускается с процессом getty, выполняющимся на первых шести виртуальных консолях, поэтому есть возможность зарегистрироваться шесть раз, используя одни и те же экран, клавиатуру и мышь. Увидеть эти процессы можно с помощью и команды ps:

$ ps -а

 PID TTY      TIME CMD

1092 tty1 00:00:00 login

1093 tty2 00:00:00 mingetty

1094 tty3 00:00:00 mingetty

1095 tty4 00:00:00 mingetty

1096 tty5 00:00:00 mingetty

1097 tty6 00:00:00 mingetty

В этом выводе представлен стандартный вариант программы getty для обслуживания консоли в системе SUSE, mingetty, выполняющийся на пяти следующих виртуальных консолях и ожидающий регистрации пользователя.

Переключаться между виртуальными консолями можно с помощью комбинации клавиш <Ctrl>+<Alt>+<FN>, где N — номер виртуальной консоли, на которую вы хотите переключиться. Таким образом, для того чтобы перейти на вторую виртуальную консоль, нажмите <Ctrl>+<Alt>+<F2>, и <Ctrl>+<Alt>+<F1>, чтобы вернуться на первую консоль. (При переключении из регистрации в текстовом режиме, а не графическом, также работает комбинация клавиш <Ctrl>+<FN>.)

Если в Linux запущена регистрация в графическом режиме, либо с помощью программы startx илн менеджера экранов xdm, на первой свободной консоли, обычно /dev/tty7, стартует графическая оболочка X Window System. Переключиться с нее на текстовую, консоль вы сможете с помощью комбинации клавиш <Ctrl>+<Alt>+<FN>, а вернуться с помощью <Ctrl>+<Alt>+<F7>.

В ОС Linux можно запустить более одного сеанса X. Если вы сделаете это, скажем, с помощью следующей команды

$ startx -- :1

Linux запустит сервер X на следующей свободной виртуальной консоли, в данном случае на /dev/tty8, и переключаться между ними вы сможете с помощью комбинаций клавиш <Ctrl>+<Alt>+<F8> и <Ctrl>+<Alt>+<F7>.

Во всех остальных отношениях виртуальные консоли ведут себя как обычные терминалы, описанные в этой главе. Если процесс обладает достаточными правами, виртуальные консоли можно открывать, считывать с них данные, писать на них информацию точно так же, как в случае обычного терминала.

Псевдотерминалы

У многих UNIX-подобных систем, включая Linux, есть средство, именуемое псевдотерминалом. Это устройства, очень похожие на терминалы, которые мы использовали в данной главе, за исключением того, что у них нет связанного с ними оборудования. Они могут применяться для предоставления терминалоподобного интерфейса другим программам.

Например, с помощью псевдотерминалов возможно создание двух программ, играющих друг с другом в шахматы, не взирая на тот факт, что сами по себе программы проектировались для взаимодействия посредством терминала с человеком-игроком. Приложение, действующее как посредник, передает ходы одной программы другой и обратно. Оно применяет псевдотерминалы, чтобы обмануть программы и заставить их вести себя нормально при отсутствии терминала.

Одно время реализация псевдотерминалов (если вообще существовала) сильно зависела от конкретной системы. Сейчас они включены в стандарт Single UNIX Specification (единый стандарт UNIX) как UNIX98 Pseudo-Terminals (псевдотерминалы стандарта UNIX98) или PTY.

Резюме

В этой главе вы узнали о трех аспектах управления терминалом. В начале главы рассказывалось об обнаружении перенаправления и способах прямого диалога с терминалом в случае перенаправления дескрипторов стандартных файлов. Вы посмотрели на аппаратную модель терминала и немного познакомились с его историей. Затем вы узнали об общем терминальном интерфейсе и структуре termios, предоставляющей в ОС Linux возможность тонкого управления и манипулирования терминалом. Вы также увидели, как применять базу данных terminfo и связанные с ней функции для управления в аппаратно-независимом стиле выводом на экран, и познакомились с приемами мгновенного обнаружения нажатий клавиш. В заключение вы узнали о виртуальных консолях и псевдотерминалах. 

Глава 6 Управление текстовыми экранами с помощью библиотеки curses

В главе 5 вы узнали, как улучшить управление вводом символов и как обеспечить вывод символов способом, не зависящим от особенностей конкретного терминала. Проблема использования общего терминального интерфейса (GTI или termios) и манипулирование escape-последовательностями с помощью tparm и родственных функций заключается в необходимости применения большого объема программного кода низкого уровня. Для многих программ предпочтительней интерфейс высокого уровня. Мы хотели бы иметь возможность просто рисовать на экране и применять библиотеку функций для автоматического отслеживания аппаратных характеристик терминала.