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1、Unix程序设计基础,谢翰 天网实验室 汇编语言程序设计助教 理科一号楼1220, Email: e,Unix程序设计基础,因为我们是在Linux环境下编写汇编程序，所以必须了解一些Unix/Linux的编程原理和方法。 主要是了解Linux的系统调用。 Linux编程比windows API编程简单的多，很好学。,80386 CPU简介,Intel 80386是一个具有时代意义的产品，是80 x86家族的第一个32位处理器。迄今为止Intel家用CPU都沿用80386的体系结构。它有以下特征：,80386 CPU特征,、两种运行模式： 在实模式下，它相当于一个快速的8086 CPU。16位地
2、址总线和16位数据总线。由于每个地址分两次发送，实际的寻址能力为220=1M。具体寻址方法在以后的课程里介绍。,80386 CPU特征,在保护模式下，80386才能发挥出真正的性能。32位地址总线和32位数据总线，寻址能力为232=4G。在机器启动时，CPU处于实模式，必须通过模式切换才能进入保护模式。具体方法很烦，可能不在课程的范围内。有兴趣的同学可参考Linux内核的引导和启动部分源代码。,80386 CPU特征,Linux，windows等现代操作系统都是运行在保护模式下。为了兼容16 位程序，80386还提供了v86模式。如在windows下运行DOS程序，就实在v86模式下。,803
3、86 CPU特征,2、四种特权级别 在实模式下，没有级别之分。在保护模式下，CPU有4各特权级别。特权级0，特权级1，特权级2，特权级3。Linux只使用了0和3，分别称为内核态和用户态。在内核态下，CPU可执行任何指令，在用户态下CPU只能执行非特权指令。,80386 CPU特征,当CPU处于内核态，可以随意进入用户态；而当CPU处于用户态，只能通过中断的方式进入内核态。一般程序一开始都是运行于用户态，当程序需要使用系统资源时，就必须通过调用软中断进入内核态，这个软中断就称为系统调用(system call)，在Linux下为int 80h。,80386 CPU特征,由于每一次的中断调用都涉
4、及很多的寄存器操作，为了方便，一般操作系统都系统调用封装成一组C函数，这些函数所作的操作就是设置寄存器值，调中断，并把结果返回。Linux下文件/usr/include/sys/syscall.h列出了所用的系统调用函数，而实际上是定义在/usr/include/asm/unistd.h中。,80386 CPU特征,3、分段式与分页式结合 80386使用段选择子与段内地址来产生一个虚拟地址，如果使用了分页方式，则在通过页面映射产生一个物理地址；如果没有使用分页方式，这个虚拟地址就是物理地址。Linux将所用的段起始地址定位0，因此，Linux并没有使用80386的分段功能。每个进程的虚拟地址都
5、是从0 x0至0 xffffffff。,Unix文件描述字,对于Unix而言，所有对设备和文件的操作都使用文件描述字进行的。文件描述字是一个非负整数，下面的例子是打开文件并文件开头写入一个字符串。,Unix文件描述字,首先打开文件： int fd; char *str=“Hello, Linux”; if (fd = open(“./test.txt”, O_WRONLY | O_CREAT, 0644) 0) perror(“open”); exit(1); ,Unix文件描述字,写入数据： if (write(fd, str, strlen(str) 0) perror(“write”);
6、 exit(1); 关闭文件描述符： close(fd);,Unix文件描述字,在上面的代码中，open, write, close几个函数是系统调用，而perror, exit这是普通的库函数。大多数系统调用返回负数表示失败，如open和write，在这里我们当它失败是打印错误信息(perror)并结束程序(exit)。作为一种好的编程风格，不要在除了main函数以外的任何函数里调用exit。,Unix文件描述字,在上例中，如果把open的一个参数换成”/dev/fd0”，那么程序的功能就是在软盘的0磁道0扇区写入”Hello, Linux”。在Linux下，一切设备都是文件，都是通过文件描
7、述字来访问。下面介绍一些常用的系统调用。,常用的系统调用,1、文件操作 2、进程控制 3、信号处理 4、高级I/O 5、IPC 6、网络通信 除特殊说明，所有函数返回负值表示失败。,文件操作,打开文件open，创建文件creat 函数原型： #include #include #include int open(const char *filename, int flags, mode_t mode); int creat(const char *filename, mode_t mode);,文件操作,open与creat的第一个参数filename为要打开或创建的文件名。open第二个参数
8、flags。可以是O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR, O_APPEND, O_CREAT, O_EXCL, O_TRUNC, O_NOCITY, O_NONBLOCK, O_SYNC的任意”|”结果。如：O_RDWR | O_APPEND | O_CREAT,文件操作,常见的flags常数： O_RDONLY: 只读 O_WRONLY: 只写 O_RDWR: 读写 O_APPEND: 追加 O_CREAT: 不存在文件的话创建新文件 O_EXCL: 如果文件存在则失败 O_TRUNC: 如果文件存在这则截断文件 O_NONBLOCK: 非阻塞IO。以后讲,文件操作,open
9、和creat的最后一个参数mode指明创建文件的的访问权限。对于open而言，只有当flags中包含O_CREAT时mode参数才有效。 creat(filename, mode); 等价于: open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);,文件的访问权限,当用户企图访问一个文件，他她要么是文件所有者，要么是文件组成员，要么是其他用户；访问的方式可能是读，写，或执行。UNIX文件访问权限的低9每一位表示一种访问是否许可。 如111101001: 高三位111，表示文件所有者对文件可读，可写，可执行；中间三位101: 表示文件对同组成员可读
10、，可执行；第三位001表示其他用户对文件可执行。 前面例子中，open的mode为0644，对应二进制110100100，表示文件所有者对文件可读可写，其他人对文件只读。,文件操作,open与creat会打开的文件描述字。当文件使用完毕，需调用close关闭文件。 close的原型如下： #include int close(int filedes); 其中filedes为open或creat返回的文件描述字。,文件操作,读文件read与写文件write 函数原型： #include ssize_t read(int filedes, void *buff, size_t nbytes); s
11、size_t write(int filedes, void *buff, size_t nbytes);,文件操作,filedes: 已打开的文件描述字 buff: 在read中为读出的数据存放的缓冲区；在write中为要写入的数据区。 nbytes: 读出或写入的字节数。 read和write返回成功读出的字节数。,文件操作,设置文件读写位置lseek 函数原型： #include #include off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence); 参数whence指明offset是相对文件开始、文件尾还是当前位置，它可以是SEEK_SET, SEEK_CUR或SEEK_END之一。,文件操作,例如，把文件读写位置设置到文件尾： lseek(fd, 0, SEEK_END); 把文件读写位置设置到当前位置之前3个字节： lseek(fd, -3, SEEK_CUR);,文件操作,对比标准IO： fopen, fclose, fread, fwrite, fseek。 标准IO的文件handler为FILE *型，底层IO为int型。 标准IO有很好的缓冲机制，并且提供了更多方便操作的函数。因此，读写普通文件最好使用标准IO。 但有些场合只能使用底层IO。如网络通信，多路IO。,
