Linux 驱动开发 _ 视频广告机开发、Linux 进程编程介绍
2024-06-04 06:47:03
介绍 Linux 下进程编程知识点，学习 fork 函数、管道、消息队列、共享内存、信号等同通信方式。并且介绍了广告机小项目的实现方法。
任务 1: 学习 Linux 下进程编程
1. 进程简介
进程是操作系统调度的最小单元，线程是进程内部的执行单元，一个进程默认有一个主线程。
进程在操作系统里使用 PID 号作为标识符号----查看当前终端运行的进程: ps 。
每个进程之间的资源都是独立的。--------进程可以自己独立的运行、带 main----------
主要的知识点:
【1】进程间通信: 管道(无名管道、命名管道)、消息队列、共享内存、内存映射(mmap)、信号。
【2】execl 函数族: 用于启动一个新的进程，新的进程开始执行之后，会覆盖原来进程空间。
【3】dup2 函数: 复制文件表。------实现文件描述符重定向。 dup2(fds[1],1);
【4】编写广告机播放器程序
【5】编写 shell 脚本,实现文件同步
1.1 进程创建
#include <unistd.h> pid_t fork(void);
功能: 在当前进程里再创建一个子进程。
函数返回值: ==0 表示子进程，>0 表示父进程，<0 表示出现错误
新创建的子进程特性: 在 fork 成功那一刻，会将父进程所有的资源全部拷贝一份，重新运行。
僵尸进程: 子进程先退出，父进程没有清理子进程的空间。如何清理子进程空间? wait();
孤儿进程: 父进程比子进程先退出。避免，就是父进程要保证最后退出。
1.2 等待子进程退出，并且清理子进程空间
#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>pid_t wait(int *status);函数功能: 随机等待一个子进程退出，并清理子进程资源。返回值: 返回退出的子进程PID号。函数的形参: int *status可以保存进程退出的状态。 exit(-1); //结束当前进程。pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);函数: 可以指定特定的PID号。-1表示所有子进程。#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>int main(int argc,char **argv){int pid;/*创建子进程*/pid=fork();if(pid==0) //子进程{printf("子进程正常运行!....\n");sleep(1);/*结束当前进程*/exit(0);}else if(pid>0) //父进程{int state=0; //保存子进程退出状态值/*阻塞-等待子进程退出*/wait(&state);printf("父进程提示: 子进程已经安全退出! 子进程退出的状态=%d\n",state);}else{printf("进程创建错误!");}return 0;}
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1.3 终止当前进程
#include <unistd.h>void _exit(int status);#include <stdlib.h>void _Exit(int status);#include <stdlib.h>void exit(int status);
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1.4 管道通信
管道: FIFO 文件，特性: 先入先出。
1.4.1 无名管道: 有亲缘关系之间的进程才可以使用无名管道进程通信。
无名管道这个 FIFO 文件没有实体。
如果创建无名管道?
#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2]);函数形参: 传入一个数组的首地址。管道创建成功之后: [0]表示(FIFO)无名管道读端。 [1]表示(FIFO)无名管道写端。
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#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>int main(int argc,char **argv){int pid;int pipefd[2];/*创建无名管道*/pipe(pipefd);/*创建子进程*/pid=fork();if(pid==0) //子进程{printf("子进程正常运行!....\n");sleep(1);char *p="1234567";write(pipefd[1],p,strlen(p)+1); //向管道的写端写入数据/*结束当前进程*/exit(0);}else if(pid>0) //父进程{int state=0; //保存子进程退出状态值char buff[100];read(pipefd[0],buff,100); //从管道的读端读取数据printf("父进程收到的数据=%s\n",buff);/*阻塞-等待子进程退出*/wait(&state);printf("父进程提示: 子进程已经安全退出! 子进程退出的状态=%d\n",state);}else{printf("进程创建错误!");}return 0;}
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1.4.2 命名管道通信
命名管道可以在任何进程间通，因为命名管道是一个实体文件，在磁盘可用找到该 FIFO 文件。
如何在磁盘上创建管道文件:
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
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管道文件不能在共享目录下创建。(挂载的目录)
1.5 dup2 函数学习
#include <unistd.h>int dup2(int oldfd, int newfd);示例: dup2(fds[1],1); //接下来对文件描述符1的操作都是相当于对管道fds[1]操作。文件描述符在内核里对应的是一个文件结构体。
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示例 1:
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>int main(int argc,char **argv){int pid;int pipefd[2];/*创建无名管道*/pipe(pipefd);/*创建子进程*/pid=fork();if(pid==0) //子进程{printf("子进程正常运行!....\n");dup2(pipefd[1],1);//pipefd[1]管道写端,1表示当前进程的标准输出sleep(1);printf("---1234567---\n");/*结束当前进程*/exit(0);}else if(pid>0) //父进程{int state=0; //保存子进程退出状态值char buff[100];read(pipefd[0],buff,100); //从管道的读端读取数据printf("父进程收到的数据=%s\n",buff);/*阻塞-等待子进程退出*/wait(&state);printf("父进程提示: 子进程已经安全退出! 子进程退出的状态=%d\n",state);}else{printf("进程创建错误!");}return 0;}
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示例 2: 日志功能制作。
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>int main(int argc,char **argv){/*1.创建存放日志的文件*/int fd=open("/log.txt",O_RDWR|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);/*2. 重定向(将标准输出重定向到fd)*/dup2(fd,1);/*3. 向日志文件写入数据*/printf("12345\n");printf("abcd\n");printf("日志文件测试!\n");/*4. 关闭日志文件*/close(fd);return 0;}
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1.6 execl 函数族
#include <unistd.h>extern char **environ;int execl(const char *path, const char *arg, ...);int execlp(const char *file, const char *arg, ...);int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);int execv(const char *path, char *const argv[]);int execvp(const char *file, char *const argv[]);
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execl 功能介绍: 启动新的子进程，当子进程启动成功之后会覆盖原来的进程空间。
Execl 函数族介绍:
【1】带 p 表示可执行文件可以从环境变量里获取。
【2】不带 p 表示，可执行文件需要填绝对路径。
【3】带 e 表示最后的参数，可以给新进程设置新的环境变量。
说明: 参数列表最后面都要加一个 NULL。
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>int main(int argc,char **argv){/*以ls命令为例子，讲解*///execl(<可执行程序的路径>,<执行的形参列表>,NULL);//execl("/bin/ls","ls","-l",NULL);//execlp("ls","ls","-l",NULL);//char *envp[]={"PATH1=12345",NULL};//execle("/bin/ls","ls","-l",NULL,envp);//获取环境变量的值: getenv("PATH1");//char *argvs[]={"ls","-l",NULL};//execv("/bin/ls",argvs);char *argvs[]={"ls","-l",NULL};execvp("ls",argvs);printf("执行失败!\n");return 0;}//ls -l
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1.7 mplayer 播放器
Mplayer 运行有两个模式: 1. 主模式 2.从模式
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <pthread.h>/*获取标准输入的数据、写给FIFO文件*/void *pthread_func(void *argv){int fd=open("/mplayer_fifo",2);if(fd<0){printf("FIFO文件打开失败!\n");pthread_exit(NULL); //结束当前线程}char buff[100];int len;while(1){printf("请输入命令:");fflush(stdin); //刷新缓冲区fgets(buff,100,stdin); //从键盘上获取数据 get_percent_pos get_file_namelen=strlen(buff); // get_file_name [0~12] [13]='\n'write(fd,buff,len); // get_file_name '\n'memset(buff,0,100);}}int main(int argc,char **argv){int pid;/*1. 创建无名管道*/int fds[2];pipe(fds);/*2. 创建子进程*/pid=fork();/*子进程代码: mplayer播放器*/if(pid==0){/*将子进程的标准输出重定向到管道写端*/dup2(fds[1],1);/*启动子进程*/execlp("mplayer","mplayer","-zoom","-x","800","-y","480","-slave","-quiet","-input","file=/mplayer_fifo","/work/video_file/Video_2018-12-11.wmv",NULL);}else /*父进程*/{char buff[100];int cnt=0;/*创建新的线程: 从键盘上获取输入的数据,写给播放器的FIFO文件*/pthread_t threadID;pthread_create(&threadID,NULL,pthread_func,NULL);pthread_detach(threadID); //设置分离属性while(1){/*从管道的读端读取数据: 读取就是mplayer播放器输出的数据*/cnt=read(fds[0],buff,100);buff[cnt]='\0';printf("播放器输出的值=%s\n",buff);}}return 0;}
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任务 2: 广告机项目
广告机项目要求:
广告机应用场景: 公交站台、地铁车厢、银行前台大厅、高速公路、公园….
【1】有些广告机只有视频播放，没有声音。
【2】广告机都支持网络视频文件更新---->文件更新使用现成的服务器: FTP 服务器、NFS 服务器。
(1) 如何判断服务器上那些文件需要下载到本地? 通过 shell 脚本代码或者使用 C 语言。
(2) 更新的时间一般是固定的: 20:00 23:00 …… 通过时间函数判断时间是否到达。
(3) 在视频文件更新的时候，视频需要停止播放，可以在屏幕上显示提示(正在更新…..)。
【3】广告机需要支持自动播放，播放一个自动切换下一个、循环播放。
调用读目录、循环遍历目录、得到视频文件、mplayer 播放器需要使用子进程方式启动。
广告机: 音量调整、选择视频播放…….都不是广告机的功能---是视频播放器的功能。
示例代码：
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <pthread.h>#include <sys/types.h>#include <dirent.h>#include <signal.h>#include <time.h>/*-----------全局变量区------------*/int log_fd; /*保存日志文件的文件描述符*/#define LOG_FILE "/log.txt" /*日志文件存放的路径*/DIR *video_dir_p=NULL; /*存放视频的目录: 打开的目录指针*/int video_state=0;#define VIDEO_FILE_PATH "/work/video_file/" //存放视频文件的目录#define UPDATE_HOUR 16 //更新的时间: 小时#define UPDATE_MIN 38 //更新的时间: 分钟#define UPDATE_SEC 00 //更新的时间: 秒/*-------函数声明---------*/void DeleteListALLNode(void);/*定义链表使用的结构体*/struct VideoList{char *file_path;struct VideoList *next;};/*链表头*/struct VideoList *ListHead=NULL;/*函数: 信号处理函数*/void exit_sighandler(int sig){/*1. 判断是什么信号*/if(sig==2){printf("用户终止了进程!\n");}else if(sig==11){printf("进程访问了非法内存空间!\n");}/*2. 杀死父进程对应所有子进程*/char cmd_buff[100];//杀死父进程创建所有子进程，父进程本身不受影响sprintf(cmd_buff,"pkill -9 -P %d",getpid());system(cmd_buff);sleep(2);/*3. 关闭打开所有的文件或者目录*/close(log_fd);closedir(video_dir_p);DeleteListALLNode();/*4. 退出父进程*/exit(1);}/*函数功能: 获取本地时间，判断是否是否到达预设的时间*/void *Time_pthread_func(void *argv){time_t time1;time_t time2;struct tm *system_time;char cmd_buff[100];while(1){time1=time(NULL); //获取当前系统的时间秒单位if(time1!=time2) //保证if每1秒进去一次{time2=time1;system_time=localtime(&time1); //将秒单位时间，转成标准时间结构printf("%d-%d-%d\n",system_time->tm_hour,system_time->tm_min,system_time->tm_sec);/*更新的时间*/if(system_time->tm_hour==UPDATE_HOUR&& system_time->tm_min==UPDATE_MIN&& system_time->tm_sec==UPDATE_SEC){video_state=1; //表示进程需要终止//"pkill -9 -P <父进程的PID>"//杀死父进程创建所有子进程，父进程本身不受影响sprintf(cmd_buff,"pkill -9 -P %d",getpid());/*执行命令*/system(cmd_buff);printf("正在结束子进程!\n");pthread_exit(NULL);}}}}/*函数功能: 扫描目录下的所有文件,加载到链表里*/void ScanDirFile(){struct dirent *dir_file;struct VideoList *head_p=ListHead; //保存链表头的地址struct VideoList *new_p=NULL;while(dir_file=readdir(video_dir_p)){//过滤掉.和..if(strcmp(dir_file->d_name,".")==0 || strcmp(dir_file->d_name,"..")==0){continue;}//创建新节点new_p=(struct VideoList*)malloc(sizeof(struct VideoList));if(new_p==NULL){printf("创建新节点空间申请错误!\n");return;}//申请存放文件名称的空间new_p->file_path=malloc(strlen(VIDEO_FILE_PATH)+strlen(dir_file->d_name)+1);if(new_p->file_path==NULL){printf("申请存放文件名称的空间错误!\n");return;}//拼接路径strcpy(new_p->file_path,VIDEO_FILE_PATH);strcat(new_p->file_path,dir_file->d_name);printf("播放的列表:%s\n",new_p->file_path);//添加新的节点while(head_p->next!=NULL){head_p=head_p->next;}head_p->next=new_p;new_p->next=NULL;}}
/*
函数功能: 删除链表节点
*/
void DeleteListALLNode(void)
{struct VideoList *head_p=ListHead; //保存链表头的地址struct VideoList *tmp_p;struct VideoList *delete_p;if(head_p!=NULL && head_p->next==NULL){free(head_p); //释放链表头}else if(head_p->next!=NULL){tmp_p=head_p->next;free(head_p); //释放链表头while(tmp_p->next!=NULL){delete_p=tmp_p;tmp_p=tmp_p->next;free(delete_p->file_path);free(delete_p);}free(tmp_p->file_path);free(tmp_p);}
}int main(int argc,char **argv)
{int pid;int state=0;struct VideoList *next_p=ListHead;/*1. 注册将要捕获的信号*/signal(SIGINT,exit_sighandler); /*进程终止信号:Ctrl+C*/signal(SIGSEGV,exit_sighandler); /*进程访问了非法内存*//*2. 创建日志文件: 保存mplayer播放器的输出*/log_fd=open(LOG_FILE,O_RDWR|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);/*3. 打开目录*/video_dir_p=opendir(VIDEO_FILE_PATH);if(video_dir_p==NULL){printf("%s 存放视频的目录打开失败!\n",VIDEO_FILE_PATH);exit(1);}/*4. 创建新的线程:判断更新时间*/pthread_t threadID;pthread_create(&threadID,NULL,Time_pthread_func,NULL);pthread_detach(threadID); //设置分离属性/*5. 遍历目录,更新链表*///创建链表头ListHead=(struct VideoList*)malloc(sizeof(struct VideoList));if(ListHead==NULL){printf("链表头创建失败!\n");exit(1);}ListHead->next=NULL; //下个节点为NULL//扫描目录,并将目录下的文件添加到链表ScanDirFile();next_p=ListHead; //链表头next_p=next_p->next; //取出数据节点LOOP: //该标签表示继续播放下一个视频时,重复创建子进程printf("正在播放视频名称:%s\n",next_p->file_path);/*创建子进程*/ pid=fork();/*子进程代码: mplayer播放器*/if(pid==0){/*将子进程的标准输出重定向到日志文件*/dup2(log_fd,1);/*启动子进程*/ execlp("mplayer","mplayer","-zoom","-x","800","-y","480","-slave","-quiet","-input","file=/mplayer_fifo",next_p->file_path,NULL);
}/*父进程代码: 控制播放*/else{/*等待子进程退出*/wait(&state);//判断是否需要结束当前进程if(video_state==1){/*执行外部脚本: 启动视频文件更新*/system("./update_video.sh");/*退出父进程*/DeleteListALLNode();close(log_fd); closedir(video_dir_p);exit(0);}/*遍历链表的下一个节点,取出文件名称，传递给子进程*/if(next_p->next==NULL) //表示视频播放完毕{printf("视频播放完毕---->链表归位!\n");next_p=ListHead; //链表头next_p=next_p->next; //取出数据节点}next_p=next_p->next; //取出数据节点/*再次启动子进程,播放下一个视频*/goto LOOP; }return 0;
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