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Linux驱动开发_视频广告机开发、Linux进程编程介绍

DS小龙哥发表于 2022/05/16 22:24:17 2022/05/16

【摘要】介绍Linux下进程编程、进程的创建、进程通信、完成广告机项目代码。

昨天完成的任务: Mplayer播放器安装成功，并且实现基本使用。

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----------

 今天学习的主要任务:

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;

}

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);

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。

#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;

}

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);

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。

 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;

}

 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;

}

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[]);

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

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_name

len=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;

}

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。

#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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