Linux编程例子有哪些实用入门级代码案例？

Linux编程是计算机科学领域的重要技能,它不仅涉及操作系统底层原理，还涵盖系统调用、进程管理、文件操作等核心概念，通过具体的编程例子，开发者可以更直观地理解Linux的工作机制，并掌握高效开发的方法，本文将通过多个实例，从基础到进阶，展示Linux编程的关键技术和实践应用。

基础系统调用示例

系统调用是用户程序与内核交互的桥梁,Linux提供了丰富的系统调用接口，以文件操作为例，open()、read()、write()和close()是最常用的系统调用，以下是一个简单的C程序，演示如何读取文件内容并输出到终端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        exit(1);
    }
    char buffer[1024];
    ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    if (bytes_read == -1) {
        perror("read failed");
        close(fd);
        exit(1);
    }
    write(STDOUT_FILENO, buffer, bytes_read);
    close(fd);
    return 0;
}

编译并运行该程序（需确保当前目录存在example.txt），即可看到文件内容输出，此示例展示了系统调用的基本用法，包括错误处理和资源释放，是Linux编程的入门必修课。

多进程编程实践

Linux通过fork()系统调用实现进程创建，结合exec()系列函数可以执行新程序，以下代码演示了如何创建子进程并执行ls命令：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork failed");
        exit(1);
    }
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
        perror("execlp failed");
        exit(1);
    } else {
        // 父进程
        wait(NULL);
        printf("Child process finished\n");
    }
    return 0;
}

程序运行后,父进程会等待子进程执行完毕，通过fork()和exec()的配合，可以实现复杂的进程管理逻辑，如管道通信、并发任务处理等。

线程同步与互斥锁

多线程编程是提高程序性能的重要手段,但需要解决线程同步问题，以下示例使用POSIX线程库（pthread）演示互斥锁的使用：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
int counter = 0;
pthread_mutex_t lock;
void* increment(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_create(&thread1, NULL, increment, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, increment, NULL);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    printf("Counter value: %d\n", counter); // 预期输出2000
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    return 0;
}

若无互斥锁保护,counter的值可能因竞争条件而错误，此例展示了线程安全编程的核心原则，适用于需要共享资源的场景。

网络编程示例

Linux提供了Socket API，支持TCP/IP协议通信，以下是一个简单的TCP服务器，监听端口8080并返回客户端消息：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main() {
    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        perror("socket failed");
        exit(1);
    }
    struct sockaddr_in address;
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);
    bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
    listen(server_fd, 3);
    int addrlen = sizeof(address);
    int new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);
    char buffer[1024] = {0};
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Message from client: %s\n", buffer);
    send(new_socket, "Hello from server", 18, 0);
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

配合客户端程序,可实现完整的网络通信功能，Socket编程是开发网络服务的基础，适用于Web服务器、聊天工具等场景。

内存映射文件

内存映射（mmap）是一种高效的文件访问方式，可将文件直接映射到进程地址空间，以下示例演示如何通过mmap读取文件：

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        exit(1);
    }
    struct stat st;
    fstat(fd, &st);
    size_t file_size = st.st_size;
    char* mapped_data = mmap(NULL, file_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (mapped_data == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        close(fd);
        exit(1);
    }
    printf("File content:\n%s\n", mapped_data);
    munmap(mapped_data, file_size);
    close(fd);
    return 0;
}

mmap避免了频繁的I/O操作，适合处理大文件或需要随机访问的场景，如数据库索引、图像处理等。

信号处理机制

Linux信号用于进程间异步通信,以下示例捕获SIGINT信号（Ctrl+C），并执行自定义处理函数：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void handle_sigint(int sig) {
    printf("Caught SIGINT! Exiting gracefully...\n");
    exit(0);
}
int main() {
    signal(SIGINT, handle_sigint);
    while (1) {
        printf("Program running... Press Ctrl+C to exit\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

通过信号处理,程序可以响应系统事件，如中断、终止等，增强健壮性。

Linux编程涵盖系统调用、进程管理、多线程、网络通信、内存管理和信号处理等多个方面，通过上述实例，开发者可以逐步掌握Linux环境下的开发技巧，实际应用中，还需结合具体需求优化性能、处理边界条件，并善用调试工具（如gdb）排查问题，持续实践和深入学习，是成为Linux编程专家的必经之路。