Centar za edukaciju-BiH

Predmet:Programiranje pod Linuxom

---

Programersko okruženje ili interfejs svako tumači na svoj način. Nekome je to grafičko point-to-click okruženje poput Kylixa ili Eclipse, a nekome ono podrazumijeva konzolu u starom duhu UNIX-a. Koji god alat koristili, Linux se sa svakim dobro slaže.
Prema tradicionalnom razmiÅ¡ljanju, okruženje za programiranje je ili grafičko ili tekstualno. Međutim, u Linuxu se ono često sastoji od servisa ili dodataka koje pruža sami sistem, odnosno kernel i osnovnih sistemskih komponenti. Nebitno koristite li miÅ¡em vođen IDE ili tekstualni editor i komandu make, Linux vam uvijek nameće određene uvjete, ali i daje brojne mogućnosti koje određuju Å¡to kôd kojeg piÅ¡ete mora i može raditi. Na osnovu svega ovoga, interfejs za programiranje u Linuxu možemo svrstati u dvije grupe: grafički, koji koristi X Window sistem pomoću kojega prima i procesuira korisničke unose, i interfejs komandne linije, koji je čisti tekstualni interfejs koji uopće ne treba X Window sistem da bi radio. Naravno, uvijek postoje programi poput e-mail klijenta Pine koji će raditi bez obzira da li su X-i pokrenuti ili ne. Postoji i jedna posebna vrsta interfejsa, a to je API (Application programming Interface). API koristi strukturne metode za pisanje programa koji rade samo određene zadatke. Na primjer, ako želite napisati program koji će komunicirati TCP/IP mrežom, koristit ćete socket API, ili audio API za program koji će producirati zvuk. Kao Å¡to možete zaključiti, za rad ovih programa nije potreban IDE niti interfejs komandne linije. Za Linux slobodno možemo reći da trenutno ima najbogatije okruženje za programiranje među svim operativnim sistemima, pri čemu se misli na broj alata pomoću kojih je moguće programirati u nekom programskom jeziku.

---

Predmet:Re: Programiranje pod Linuxom

---

Spomenuli smo da se Linuxovo razvojno okruženje sastoji od servisa ili dodataka koje pruža sami sistem, odnosno kernela i osnovnih sistemskih komponenti. U ovo spadaju biblioteke prepune pretkompajliranih funkcija koje su dio svake distribucije. Ovo sve postavlja granice i definira kako programirati pod Linuxom. Ali, krenimo od osnova. Sjećate se da Linux po uzoru na UNIX sve u svom fajl sistemu promatra kao fajl. Ovo vam je kao početnicima bilo nejasno i teÅ¡ko za razumjeti, ali upravo ovo drastično pojednostavljuje pisanje aplikacija. Kako? Jednostavno, jer na primjer, programer koristi istu write() funkciju za upis podataka u fajl, za slanje podataka printeru, kada tipka sa tastature Å¡alje podatke aplikaciji, čak i kada dva uređaja komuniciraju preko mreže. Ovo je moguće jer Linux kao fajl promatra i modem i monitor i CD-ROM, i hard disk i miÅ¡a i… Drajveri, ako ih možemo nazvati ovom terminologijom, su dio kernela i uvijek se nalaze između uređaja i korisnika ili aplikacije koja želi pristupiti tom uređaju. Kada primi naredbu poput write(), on ga prevodi u oblik koji taj uređaj razumije, Å¡to je često neki low-level jezik ili čak binarni zapis. Naravno, ovo ima i svojih loÅ¡ih strana, jer ukoliko ne postoji gore spomenuti drajver, onda vi ne možete slati uređaju nikakve naredbe. Pored toga Å¡to se sve promatra kao fajl, Linux ima i druge dobre strane poput procesnog modela, zaÅ¡tite procesora i memorije, sigurnosni model, preemptivni multitasking, viÅ¡ekorisnički dizajn, međuprocesnu komunikaciju, te blok pristup. Nakon pomalo profesorskog pristupa, da vam objasnimo o čemu se radi.

Procesni model je način na koji Linux radi sa procesima. To je u stvari mogućnost Linux procesa da samostalno kreiraju podprocese, svoju djecu. To proces obavlja pomoću fork() naredbe pri čemu stvara identičnu kopiju samog sebe (osim PID-a), te ta kopija postaje dijete ili child proces.

---

Predmet:Re: Programiranje pod Linuxom

---

Primjer:

---

Predmet:Re: Programiranje pod Linuxom

---

Nije bitno ako kôd ne razumijete, ali obratite pažnju na tri stvari:
child = fork(); - ovo kreira novi child proces
Kôd između if (child == 0) i else
izvrÅ¡ava se unutar child procesa, pri čemu child koristi naredbu exec() da bi pokrenuo program /bin/ls, odnosno da izlista sadržaj direktorija
waitpid() se izvrÅ¡ava od strane procesa roditelja (eng. parent) pri čemu vidimo da parent proces čeka da se child prekine da bi on nastavio sa radom.

Ako imate insaliran GCC kompajler (a trebali biste imati), onda kompajlirajte i pokrenite ovaj program komandom

$ gcc forkexec.c -o forkexec

$ ./forkexec

unutar parent procesa

unutar child procesa

neki-listing

Sljedeća stavka je zaÅ¡tita procesora i memorije. Ona objaÅ¡njava kako je Linux operativni sistem u potpunosti odvojen od svih aplikacija. Jedino kernel radi u privilegiranom kernel modu poznatom kao ring 0, dok korisnički programi rade u korisničkom prostoru koji je u potpunosti van privilegiranog moda. Razlika je očigledna: kernel mod ima nekontrolirani pristup procesoru, RAM memoriji, periferijama. Ovdje postoji i jedan proces čuvar koji se zove syscall. Kada podaci idu od korisnika prema kernelu, on ih detaljno ispita prije nego Å¡to ih propusti. Zbog ovoga čuvara u Linux svijetu je skoro pa nepoznat pojam da korisnik sruÅ¡i kernel, Å¡to je bio čest slučaj u prijaÅ¡njim verzijama Windows-a (blue screen of death). Pored ove podjele na modove, kernel i korisnički programi čak imaju i svoje vlastito područje u memoriji. U Linuxu postoji područje virtualne memorije od 4GB (na 32bitnim arhitekturama). Od ovoga, 1GB koristi kernel, dok ostalo koriste korisnički programi. Naravno, korisnički programi ne mogu direktno pristupiti kernelovom dijelu ove memorije. Do sada se sigurno već pitate kakve ovo ima veze sa programiranjem. Upravo zbog ove gore-opisane osobine, programeri Linux aplikacija mogu bez bojazni pisati svoj program jer znaju da i ako se program sruÅ¡i, on neće i ne može sruÅ¡iti sistem. Također, i kernel može vrÅ¡iti određene radnje koje bi se inače morale izvrÅ¡avati u korisničkom modu bez potrebe za dodatnim programiranjem. Na primjer, ako pravite HTTP server, u kernelu syscall interfejs omogućava da on komunicira sa HTTP serverom bez potrebe da koristite novi ili drugačiji interfejs za programiranje. LoÅ¡a strana ovakve podjele je Å¡to sistemski administrator mora svaki put izričito dozvoliti ako korisnik treba pristupiti nekim dijelovima kernel moda, poput periferija i sličnoga.

---

Predmet:Re: Programiranje pod Linuxom

---

Sigurnosni model. Stara je priča kako u Linuxu postoje korisnici i root. Root može raditi sve, a korisnici samo ono Å¡to im root dozvoli. Ista ovakva ograničenja postoje i u okruženjima za programiranje. Na primjer, ako programirate program i morate pristupiti kernel modu preko sistemske komande, to nećete moći uraditi ukoliko program niste pokrenuli kao root. Također, kada program kreira svoje fajlove, defaultne permisije na fajlovima kontrolira umask korisnika koji je pokrenuo program. Ukoliko je program smjeÅ¡ten u nekom direktoriju kojem korisnik nema pravo pristupa, korisnik neće moći program niti pokrenuti. Da posao oko permisija ne bi administratoru zadavao muke, programer može program kodirati tako da on u run-time modu dodaje ili oduzima permisije korisniku. Ovo prebacuje teret na programera koji o permisijama mora voditi računa prilikom programiranja. Međutim, da korisnik ne bi program pokretao kao root svaki put kada želi raditi neÅ¡to u kernel modu (za Å¡to često nema ni ovlasti), biblioteke nekog “zabranjenogâ€� uređaja daju programerima pristup do posebnog interfejsa preko kojeg onda programer pristupa kernel modu bez potrebe da program pokrene kao root.

---

Predmet:Re: Programiranje pod Linuxom

---

Preemtivni multitasking. Iza ovog pojma krije se osobina zbog kojeg se nama kao korisnicima čini da procesor u isto vrijeme radi sa viÅ¡e zadataka. Međutim, CPU u jednom trenutku može raditi samo sa jednim zadatkom. Zbog toga on na sebe preuzima desetke ili čak stotine zadataka, i na svakom zadatku radi po nekoliko milisekundi, pa onda pređe na sljedeći. Zbog toga se nama čini da CPU sve to radi u isto vrijeme. Ovakva raspodjela vremena, odnosno prekidanje rada na jednom procesu i početak rada na drugom, naziva se preemtivni multitasking. Ali ne obavlja sav posao samo CPU. Iako program ili proces ne može zatražiti da baÅ¡ on u danom trenutku koristi CPU, program može dati svoje vrijeme nekom drugom programu ili procesu. Zbog ovoga, programer može odgoditi izvrÅ¡enje jednog dijela kôda da bi se izvrÅ¡io kritičniji dio kôda. Ovo se radi pomoću funkcije sched_yield(). Koliko je nama kao korisniku preemtivni multitasking odličan, on isto toliko stvara probleme programeru. Naime, multitasking može programeru stvoriti tri vrste problema:
slijepe ulice (eng. deadlock) koje nastaju kada dva ili viÅ¡e procesa ne mogu nastaviti svoj rad jer oba ili svi čekaju da ovaj drugi neÅ¡to uradi. Ovo se može dogoditi zbog viÅ¡e razloga, na primjer kad server Å¡alje programu zahtjev da ovaj neÅ¡to uradi prije nego Å¡to je obavio zadatak koji mu je program prethodno proslijedio ili kada nisko prioritetni programi nikada ne dođu na red za CPU jer ih stalno preplavljuju programi većeg prioriteta ili kada dva programa pokuÅ¡avaju u isto vrijeme jedan drugom slati podatke, ali to ne mogu jer niti jedan ne može primiti poruku drugoga poÅ¡to mu se napunio bafer odlazećim podacima.
Prometne ulice (eng. livelock) nastaju kada program serveru konstantno Å¡alje nove zadatke pa ovaj nikako ne može zavrÅ¡iti sa radom tj. ne može očistiti svoj queue. Razlika od slijepih ulica je Å¡to je u gornjem slučaju queue procesa prazan, dok ovdje procesi imaju previÅ¡e posla.
Trke; one nastaju kada jedan proces koji zavisi od drugoga počne obavljati taj posao prije nego Å¡to je drugi proces zavrÅ¡io. Na primjer, proces za pisanje i čitanje podataka pristupaju fajlu i ovaj problem nastaje kada proces čitanja počne čitati fajl prije nego je proces pisanja zavrÅ¡io sav upis u fajl.

---