Все программы для компьютера представляют собой набор команд процессора, которые состоят из определенного набора бит. Этих команд несколько сотен и с помощью них выполняются все действия на вашем компьютере. Но писать программы непосредственно с помощью этих команд сложно. Поэтому были придуманы различные языки программирования, которые проще для восприятия человеку.
Для подготовки программы к выполнению, специальная программа собирает ее из исходного кода на языке программирования в машинный код - команды процессора. Этот процесс называется компиляция. Linux - это свободное программное обеспечение, а поэтому исходные коды программ доступны всем желающим. Если программы нет в репозитории или вы хотите сделать что-то нестандартное, то вы можете выполнить компиляцию программы.
В этой статье мы рассмотрим, как выполняется компиляция программ Linux, как происходит процесс компиляции, а также рассмотрим насколько гибко вы сможете все настроить.
Мы будем компилировать программы, написанные на Си или С++, так как это наиболее используемый язык для программ, которые требуют компиляции. Мы уже немного рассматривали эту тему в статье установка из tar.gz в Linux, но та статья ориентирована больше на новичков, которым нужно не столько разобраться, сколько получить готовую программу.
В этой же статье тема рассмотрена более детально. Как вы понимаете, для превращения исходного кода в команды процессора нужно специальное программное обеспечение. Мы будем использовать компилятор GCC. Для установки его и всех необходимых инструментов в Ubuntu выполните:
sudo apt install build-essential manpages-dev git automake autoconf
Затем вы можете проверить правильность установки и версию компилятора:
Но перед тем как переходить к самой компиляции программ рассмотрим более подробно составляющие этого процесса.
Как выполняется компиляция?
Компиляция программы Linux - это довольно сложный процесс. Все еще сложнее, потому что код программы содержится не в одном файле и даже не во всех файлах ее исходников. Каждая программа использует множество системных библиотек, которые содержат стандартные функции. К тому же один и тот же код должен работать в различных системах, содержащих различные версии библиотек.
На первом этапе, еще до того как начнется непосредственно компиляция, специальный инструмент должен проверить совместима ли ваша система с программой, а также есть ли все необходимые библиотеки. Если чего-либо нет, то будет выдана ошибка и вам придется устранить проблему.
Дальше идет синтаксический анализ и преобразование исходного кода в объектный код, без этого этапа можно было бы и обойтись, но это необходимо, чтобы компилятор мог выполнить различные оптимизации, сделать размер конечной программы меньше, а команды процессора эффективнее.
Затем все объектные файлы собираются в одну программу, связываются с системными библиотеками. После завершения этого этапа программу остается только установить в файловую систему и все. Вот такие основные фазы компиляции программы, а теперь перейдем ближе к практике.
Компиляция программ Linux
Первое что нам понадобиться - это исходники самой программы. В этом примере мы будем собирать самую последнюю версию vim. Это вполне нейтральная программа, достаточно простая и нужная всем, поэтому она отлично подойдет для примера.
Получение исходников
Первое что нам понадобиться, это исходные коды программы, которые можно взять на GitHub. Вы можете найти исходники для большинства программ Linux на GitHub. Кроме того, там же есть инструкции по сборке:
Давайте загрузим сами исходники нашей программы с помощью утилиты git:
git clone https://github.com/vim/vim
Также, можно было скачать архив на сайте, и затем распаковать его в нужную папку, но так будет удобнее. Утилита создаст папку с именем программы, нам нужно сделать ее рабочей:
Настройка configure
Дальше нам нужно запустить скрипт, который проверит нашу программу на совместимость с системой и настроит параметры компиляции. Он называется configure и поставляется разработчиками программы вместе с исходниками. Весь процесс компиляции описан в файле Makefile, его будет создавать эта утилита.
Если configure нет в папке с исходниками, вы можете попытаться выполнить такие скрипты чтобы его создать:
./bootstrap
$ ./autogen.sh
Также для создания этого скрипта можно воспользоваться утилитой automake:
aclocal
$ autoheader
$ automake --gnu --add-missing --copy --foreign
$ autoconf -f -Wall
Утилита automake и другие из ее набора генерируют необходимые файлы на основе файла Mackefile.am. Этот файл обязательно есть в большинстве проектов.
После того как вы получили configure мы можем переходить к настройке. Одним из огромных плюсов ручной сборки программ есть то, что вы можете сами выбрать с какими опциями собирать программу, где она будет размещена и какие дополнительные возможности стоит включить. Все это настраивается с помощью configure. Полный набор опций можно посмотреть, выполнив:
./configure --help
Рассмотрим наиболее часто используемые, стандартные для всех программ опции:
- --prefix=PREFIX - папка для установки программы, вместо /, например, может быть /usr/local/, тогда все файлы будут распространены не по основной файловой системе, а в /usr/local;
- --bindir=DIR - папка для размещения исполняемых файлов, должна находится в PREFIX;
- --libdir=DIR - папка для размещения и поиска библиотек по умолчанию, тоже в PREFIX;
- --includedir=DIR - папка для размещения man страниц;
- --disable-возможность - отключить указанную возможность;
- --enable-возможность - включить возможность;
- --with-библиотека - подобно enable активирует указанную библиотеку или заголовочный файл;
- --without-библиотека - подобное disable отключает использование библиотеки.
Вы можете выполнить configure без опций, чтобы использовать значения по умолчанию, но также можете вручную указать нужные пути. В нашем случае./configure есть, и мы можем его использовать:
Во время настройки утилита будет проверять, есть ли все необходимые библиотеки в системе, и если нет, вам придется их установить или отключить эту функцию, если это возможно. Например, может возникнуть такая ошибка: no terminal library found checking for tgetent()... configure: error: NOT FOUND!
В таком случае нам необходимо установить требуемую библиотеку. Например, программа предлагает ncurses, поэтому ставим:
sudo apt install libncurces-dev
Приставка lib всегда добавляется перед библиотеками, а -dev - означает, что нам нужна библиотека со всеми заголовочными файлами. После удовлетворения всех зависимостей настройка пройдет успешно.
Сборка программы
Когда настройка будет завершена и Makefile будет готов, вы сможете перейти непосредственно к сборке программы. На этом этапе выполняется непосредственно преобразование исходного кода в машинный. Утилита make на основе Makefile сделает все необходимые действия:
После этого программа будет установлена в указанную вами папку, и вы сможете ее использовать. Но более правильный путь - создавать пакет для установки программы, это делается с помощью утилиты checkinstall, она позволяет создавать как deb, так и rpm пакеты, поэтому может использоваться не только в Ubuntu. Вместо make install выполните:
Затем просто установите получившийся пакет с помощью dpkg:
sudo dpkg install vim.deb
После этого сборка программы полностью завершена и установлена, так что вы можете переходить к полноценному использованию.
Если вы устанавливали программу с помощью make install, то удалить ее можно выполнив в той же папке обратную команду:
sudo make uninstall
Команда удалит все файлы, которые были скопированы в файловую систему.
Выводы
В этой статье мы рассмотрели, как выполняется компиляция программы Linux. Этот процесс может быть сложным для новичков, но в целом, все возможно, если потратить на решение задачи несколько часов. Если у вас остались вопросы, спрашивайте в комментариях!
На завершение видео о том, что такое компилятор и интерпретатор:
О том, как установить полноценный компилятор СИ и С++ на Windows я уже писал в статье: .
Но эти языки кросплатформенные, к тому же многие используют линукс не только как домашнюю систему, но и как рабочий инструмент. Плюс в последнее время возрос процент пользователей Linux. И многие из них хотят учиться программировать. Поэтому сегодня я расскажу вам как же установить компилятор C и C++ на систему Linux.
Если вы пользуетесь windows, но хотите попробовать Linux, то ознакомьтесь с моими статьями по виртуальной рабочей машине: .
Итак, линукс установлен, интернет подключен. Открываем консоль и прописываем команду установки компиляторов.
$sudo apt-get install gcc g++
Вот и все, компиляторы установлены. Теперь осталось проверить.
Заходим в домашнюю папку и создаем файл hello.c, открываем его и пишем простую программку:
#include main() { printf("Hello\n"); }
Затем открываем консоль и компилируем скрипт в программу:
$gcc hello.c -o hello
Все, в папке должна появиться программа hello. Теперь запустим её.
$./hello
Но программировать в простом блокноте и компилировать в консоли — это особое извращение. Нам же нужна мало-мальски нормальная IDE для программирования на С и С++ со встроенным компилятором.
Если вы читали мою статью , то вы поняли о чем идет речь. Да, мы установим Geany. Это отличная среда разработки для многих языков. Писать консольные программы в ней само удовольствие.
Открываем консоль и пишем:
$sudo apt-get install geany
Соглашаемся с установкой и ждем ее окончания. После чего запускаем программу.
Открываем в ней тот самый файл hello.c и немного модифицируем его, затем жмем на кнопку похожую на кирпич «Собрать текущий файл» и запускаем красной кнопкой «Посмотреть или запустить текущий файл». И у нас появиться консольное окно с результатом.
Стало ясно, что тема очень актуальная. Были учтены некоторые ошибки и вопросы, в результате было принято решение проведения второго мастер-класса. Дополненного и исправленного!
Мастер-класс программирование на си под Linux. Изучаем основное API.
Данный мастер-класс предназначен для людей, которые хотят изучить API *nix подобных ОС, в частности под Linux. Здесь будут рассмотрены особенности разработки под ОС Linux, которые включают в себя:
- Ознакомление с процессом сборки ПО и специфики компилятора C из состава GCC
- Разработка и использование разделяемых библиотек
- Отладка программ
- Изучение механизмов низкоуровнего файлового ввода-вывода
- Изучение механизмов обеспечения многозадачности и межпроцессного взаимодействия
- Применение файловых и сетевых сокетов
- Изучение и применение механизма сигналов
- Изучение процессов, потоков их различие, использование многопоточности, изучение механизмов синхронизации потоков и их проблем
- Создание демонов, изучение различия между демонами и прикладным ПО
- Изучение особенностей консольного ввода-вывода
- Применение отображаемых в память файлов и их использование
Требования к участникам мастер-класса: Знание языка си, на уровне книги Б.В. Керниган,Д.М. Ричи "ЯЗЫК С".
Стоимость данного мастер-класса будет составлять 6 000 рублей.
Место проведения - город Москва, в помещении Хакспейса Нейрон.
Даты проведения: Ориентировочно 4 июля (понедельник), по 7 июля (четверг) с 10 до 17 с перерывом на обед и перерывами на чай/кофе.
Онлайн трансляции не планируется.
Количество человек в группе: 8-10.
Запись ведётся по электронной почте [email protected] либо в комментариях к этому посту. Для записи необходимо ваше Ф.И.О. (полностью) и контактные данные (номер телефона и почта). Желательно описать цели посещения этого мастер-класса, уровень подготовки и род занятий.
Подробная программа курса:
Модуль 1. Введение
- Ознакомление со спецификой сборки ПО в GNU/Linux
- Ознакомление с консольными текстовыми редакторами (vi,nano,mcedit)
- Работа с отладчиком gdb
- Ручная и автоматическая сборка ПО (Makefile)
- Модель Клиент-Интерфейс-Сервер (КИС)
- Статическая сборка библиотек
- Совместно используемые библиотеки
- Работа с переменными окружения
- Обзор механизмов ввода-вывода в Linux (Ubuntu)
- Файловые дескрипторы
- Системные вызовы: open, close, write, read и lseek
- Типы файлов
- Индексные дескрипторы и жесткие ссылки
- Права доступа к файлу
- Файловая система proc
- Два способа прочесть содержимое директории
- Разреженные файлы и специфика их применения
- Блокировка областей файла
- Механизмы межпроцессного взаимодействия Linux (Ubuntu)
- Неименованные каналы (pipes)
- Именованные каналы (named pipes)
- Сообщения (message queue)
- Разделяемая память (shared memory)
- Семафоры (semaphores)
- Сокеты в файловом пространстве имен (UNIX-сокеты)
- Парные сокеты (pair sockets)
- Сетевые сокеты (sockets)
- Знакомство с сигналами (signals)
- Отличие сигналов от других механизмов межпроцессного взаимодействия
- Специфика обработки сигналов (signal handling)
- Модуль 6. Процессы
- Клонирование процессов — fork()
- Замена исполняемого процесса — exec()
- Зомби (zombies) — причины возникновения и способы их устранения
- Потоки и процессы
- Специфика построения многопоточных приложений (multithreading)
- Досрочное завершение потока
- Создание обработчика завершения потока
- Средства синхронизации потоков (synchronize primitives)
- Атрибуты потоков
- Отличие демона от консольной утилиты
- Специфика разработки демонов (daemons)
- Создание демона использующего сетевые сокеты
- Специфика разработки консольных приложений
- Предотвращение перенаправления вывода
- Управление терминалом
- Сокрытие пароля пользователя при аутентификации
- Управление терминалом с помощью ESC-последовательностей
- Отображение обычного файла
- Совместный доступ к файлу
- Частные отображения
- Другие применения mmap
- Специфика разработки 64-битных приложений
- Использование библиотеки ncurses
Все действия в операционной системе выполняются с помощью программ, поэтому многим новичкам интересно не только использовать чужие программы, а писать свои. Многие хотят внести свой вклад в кодовую базу OpenSource.
Это обзорная статья про программирование под Linux. Мы рассмотрим какие языки используются чаще всего, рассмотрим основные понятия, а также возможности, разберем как написать простейшую программу на одном из самых популярных языков программирования, как ее вручную собрать и запустить.
Исторически сложилось так, что ядро Unix было написано на языке Си. Даже более того, этот язык был создан для написания ядра Unix. Поскольку ядро Linux было основано на ядре Minix (версии Unix), то оно тоже было написано на Си. Поэтому можно сказать, что основной язык программирования для Linux это Си и С++. Такая тенденция сохранялась на протяжении долгого времени.
А вообще, писать программы для Linux можно почти на любом языке начиная от Java и Python и заканчивая С# и даже Pascal. Для всех языков есть компиляторы и интерпретаторы. Писать программы на С++ сложно, а Си многими уже считается устаревшим, поэтому множество программистов используют другие языки для написания программ. Например, множество системных инструментов написаны на Python или Perl. Большинство программ от команды Linux Mint, установщик Ubuntu и некоторые скрипты apt написаны на Python. Множество скриптов, в том числе простые скрипты оптимизации написаны на Perl. Иногда для скриптов используется Ruby. Это скрипты OpenShift или, например, фреймворк Metasploit. Некоторые разработчики кроссплатформенных программ используют Java. Но основные компоненты системы написаны все же на Си.
Мы не будем рассматривать основы Си в этой статье. Си - сложный язык и вам понадобится прочитать как минимум одну книгу и много практиковаться чтобы его освоить. Мы рассмотрим как писать программы на Си в Linux, как их собирать и запускать.
Зачем учить Си:
2. Библиотеки
Естественно, что если вам необходимо вывести строку или изображение на экран, то вы не будете напрямую обращаться к видеокарте. Вы просто вызовете несколько функций, которые уже реализованы в системе и передадите им данные, которые нужно вывести на экран. Такие функции размещаются в библиотеках. Фактически, библиотеки - это наборы функций, которые используются другими программами. В них находится такой же код, как и в других программах, разница лишь в том, там необязательно присутствие функции инициализации.
Библиотеки делятся на два типа:
- Статические - они связываются с программой на этапе компиляции, они связываются и после этого все функции библиотеки доступны в программе как родные. Такие библиотеки имеют расширение.a;
- Динамические - такие библиотеки встречаются намного чаще, они загружены в оперативную память, и связываются с программной динамически. Когда программе нужна какая-либо библиотека, она просто вызывает ее по известному адресу в оперативной памяти. Это позволяет экономить память. Расширение этих библиотек - .so, которое походит от Shared Object.
Таким образом, для любой программы на Си нужно подключать библиотеки, и все программы используют какие-либо библиотеки. Также важно заметить, на каком языке бы вы не надумали писать, в конечном итоге все будет сведено к системным библиотекам Си. Например, вы пишите программу на Python, используете стандартные возможности этого языка, а сам интерпретатор уже является программой на Си/С++, которая использует системные библиотеки для доступа к основным возможностям. Поэтому важно понимать как работают программы на Си. Конечно, есть языки, вроде Go, которые сразу переводятся на ассемблер, но там используются принципы те же, что и здесь. К тому же системное программирование linux, в основном, это Си или С++.
3. Процесс сборки программы
Перед тем как мы перейдем к практике и создадим свою первую программу, нужно разобрать как происходит процесс сборки, из каких этапов он состоит.
Каждая серьезная программа состоит из множества файлов, это файлы исходников с расширением.c и заголовочные файлы с расширением.h. Такие заголовочные файлы содержат функции, которые импортируются в программу из библиотек или других файлов.с. Перед тем. как компилятор сможет собрать программу и подготовить ее к работе, ему нужно проверить действительно ли все функции реализованы, доступны ли все статические библиотеки и собрать ее в один файл. Поэтому, первым делом выполняется препроцессор, который собирает исходный файл, выполняются такие инструкции, как include для включения кода заголовочных файлов.
На следующем этапе к работе приступает компилятор, он выполняет все необходимые действия над кодом, разбирает синтаксические конструкции языка, переменные и преобразовывает все это в промежуточный код, а затем в код машинных команд, который мы можем потом посмотреть на языке ассемблера. Программа на этом этапе называется объектный модуль и она еще не готова к выполнению.
Далее к работе приступает компоновщик. Его задача связать объектный модуль со статическими библиотеками и другими объектными модулями. Для каждого исходного файла создается отдельный объектный модуль. Только теперь программа может быть запущена.
А теперь, давайте рассмотрим весь єтот процесс на практике с использованием компилятора GCC.
4. Как собрать программу
Для сборки программ в Linux используется два типа компиляторов, это . Пока что GCC более распространен, поэтому рассматривать мы будем именно его. Обычно, программа уже установлена в вашей системе, если же нет, вы можете выполнить для установки в Ubuntu:
sudo apt install gcc
Перед тем как мы перейдем к написанию и сборке программы, давайте рассмотрим синтаксис и опции компилятора:
$ gcc опции исходный_файл_1.с -o готовый_файл
С помощью опций мы говорим утилите что нужно сделать, какие библиотеки использовать, затем просто указываем исходные файлы программы. Давайте рассмотрим опции, которые будем сегодня использовать:
- -o - записать результат в файл для вывода;
- -c - создать объектный файл;
- -x - указать тип файла;
- -l - загрузить статическую библиотеку.
Собственно, это все самое основное, что нам понадобится. Теперь создадим нашу первую программу. Она будет выводить строку текста на экран и чтобы было интереснее, считать квадратный корень из числа 9. Вот исходный код:
include
#include
int main(){
printf("сайт\n");
printf("Корень: %f\n", sqrt(9));
return 0;
}
gcc -c program.c -o program.o
Это этап компиляции, если в программе нет ошибок, то он пройдет успешно. Если исходных файлов несколько, то такая команда выполняется для каждого из них. Далее выполняем линковку:
gcc -lm program.o -o program
Обратите внимание на опцию -l, с помощью нее мы указываем какие библиотеки нужно подключить, например, здесь мы подключаем библиотеку математических функций, иначе компоновщик просто не найдет где есть та или иная функция. Только после этого можно запустить программу на выполнение:
Конечно, все эти действия могут быть выполнены и с помощью различных графических сред, но выполняя все вручную, вы можете лучше понять как все работает. С помощью команды ldd вы можете посмотреть какие библиотеки использует наша программа:
Это две библиотеки загрузчика, стандартная libc и libm, которую мы подключили.
5. Автоматизация сборки
Когда мы рассматриваем программирование под Linux невозможно не отметить систему автоматизации сборки программ. Дело в том, что когда исходных файлов программы много, вы не будете вручную вводить команды для их компиляции. Можно записать их один раз, а затем использовать везде. Для этого существует утилита make и файлы Makefile. Этот файл состоит из целей и имеет такой синтаксис:
цель:
зависимости
В качестве зависимости цели может быть файл или другая цель, основная цель - all, а команда выполняет необходимые действия по сборке. Например, для нашей программы Makefile может выглядеть вот так:
program: program.o
gcc -lm program.o -o program
program.o: program.c
gcc -c program.c -o program.o
Затем вам достаточно выполнить команду make для запуска компиляции, только не забудьте удалить предыдущие временные файлы и собранную программу:
Программа снова готова и вы можете ее запустить.
Выводы
Создание программ Linux очень интересно и увлекательно. Вы сами убедитесь в этом, когда немного освоитесь в этом деле. Сложно охватить все в такой небольшой статье, но мы рассмотрели самые основы и они должны дать вам базу. В этой статье мы рассмотрели основы программирования в linux, если у вас остались вопросы, спрашивайте в комментариях!
Курс программирования на Си под Linux:
Помню, когда я только начинал программировать, у меня возник вопрос: «Как скомпилировать программу на C в Ubuntu?» Для новичков это не легкая задача, как может показаться на первый взгляд.
Мой путь изучения C начался с бестселлера «Брайан Керниган, Деннис Ритчи, Язык программирования C, 2-е издание» . Там рассказывается как скомпилировать программу в операционной системе Unix, но этот способ не работает в Linux. Авторы книги выкрутились, написав следующее:
В других системах это процедура будет отличаться. Обратитесь к справочнику или специалисту за подробностями.
Побуду специалистом:) и расскажу в данной статье, как скомпилировать первые программы на C и заодно на C++ в терминале Ubuntu.
Текстовый редактор gedit
Для написания первых программ подойдет обычный, используемый по умолчанию в Ubuntu, текстовый редактор с подсветкой синтаксиса — gedit. |
| Рис. 1. Запуск текстового редактора. |
Первой программой по традиции является «Hello, World!» , выводящее приветствие на экран:
#include
Печатаем или копируем текст программы в gedit и сохраняем в файл Hello.c , например, на рабочий стол. Не самое лучше место для сохранения, но это позволит рассмотреть случай, когда в имени директории содержится пробел.
 |
| Рис. 2. Программа hello, World. |
Компиляция программы на C
Теперь запускаем терминал, можно через Dash, а можно с помощью горячих клавишSudo apt install build-essential
Для установки требуется ввести пароль, при вводе которого может сложиться впечатление, что ничего не происходит, но на самом деле терминал просто в целях безопасности не отображает символы.
Далее в терминале нам необходимо перейти в директорию, куда сохранили файл с текстом программы. Перемещение выполняется командой cd (англ. change directory — изменить каталог). Чтобы воспользоваться командой в начале пишется cd , затем через пробел путь, куда нужно перейти.
Для перехода на рабочий стол, команда будет следующей:
Cd ~/Рабочий\ стол
Обратите внимание на символ обратной косой черты
\ в имени директории Рабочий стол. Обратная косая экранирует пробел, и сообщает команде cd , что пробел и следующие за ним символы являются частью имени. Символ ~ в начале пути обозначает путь до домашней папки
пользователя.
Для просмотра содержимого директории применяется команда ls (сокращение от англ. list).
Команда компиляции для программы на C выглядит следующим образом:
Gcc -Wall -o hello hello.c
где:
- gcc — компилятор для языка программирования C;
- -Wall — ключ вывода всех предупреждений компилятора;
- -o hello — с помощью ключа -o указывается имя выходного файла;
- hello.c — имя нашего исходного файла, который компилируем.
В завершение запустим hello , вводом имени программы с префиксом./ :
./hello
Префикс./ сообщает терминалу о необходимости выполнить программу с заданным именем в текущем каталоге. (Точка — это условное название текущего каталога.)
Компиляция программы на С++
Программы на C++ компилируются аналогично, как и программы на C. «Hello, World!» на C++ можно написать так: #include
Сохраняем текст программы в файл под именем hello2.cpp . Таким образом, команда компилирования будет иметь вид:
G++ -Wall -o hello2 hello2.cpp
Для запуска результата вводим в терминале:
Заключение
Данный способ позволяет скомпилировать программу лишь из одного файла с исходным кодом. Но этого вполне достаточно, чтобы начать изучение языков программирования C/C++ по книгам или по статьям в интернете.Более подробно об программировании в Ubuntu или в любом другом дистрибутиве Linux можно прочитать в книгах:
- Иванов Н. Н. — Программирование в Linux. Самоучитель. — 2-е издание;
- Нейл Метьэ, Ричард Стоунс — Основы программирования в Linux: Пер. с англ. — 4-е издание;
- Колисниченко Д. Н. — Разработка Linux-приложений.
