目錄

一、XTerminal下的Linux系統調用編程

1.1理解進程和線程的概念并在Linux系統下完成相應操作

(1) 進程

(2)線程

(3) 進程 vs 線程

(4)Linux 下的實踐操作

1.2Linux的“虛擬內存管理”和stm32正式物理內存（內存映射）的區別

(1)Linux虛擬內存管理

(2)STM32物理內存映射

(3)主要區別

1.3理解 Linux系統調用函數 fork()、wait()、exec() 等并通過vi 編輯一個c程序

(1)系統調用函數介紹

fork()

wait()

exec()

(2)創建syscall_demo.c

(3)編寫示例程序

(4)編譯運行

二、在樹莓派中創建多個賬號并完成Linux系統調用函數聯系

1.1組員賬號創建

1.2在樹莓派環境中學習并調用fork()、wait()和exec()函數

(1)創建文件 syscall_demo.c

(2)編寫示例程序

(3)編譯運行

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一、XTerminal下的Linux系統調用編程

1.1理解進程和線程的概念并在Linux系統下完成相應操作

(1) 進程

定義：進程是程序的一次執行實例，擁有獨立的內存空間、文件描述符和系統資源。

特點：

• 每個進程有唯一的 PID（進程ID）。

• 進程間相互隔離，通信需通過 IPC（進程間通信） 機制（如管道、共享內存等）。

• 創建進程通過 fork() 或 exec() 系統調用。

(2)線程

定義：線程是進程內的執行單元，共享同一進程的內存和資源。

特點：

• 線程有獨立的 棧，但共享堆、全局變量和文件描述符。

• 創建線程通過 pthread_create()（POSIX 線程庫）。

• 輕量級，切換開銷比進程小。

(3) 進程 vs 線程

特性	進程	線程
獨立性	完全隔離	共享同一進程資源
創建開銷	大（需復制內存）	小（共享內存）
通信方式	IPC（管道、信號等）	直接讀寫共享變量
崩潰影響	不影響其他進程	導致整個進程終止

(4)Linux 下的實踐操作

ps -a

通過kill命令嘗試終止該進程

kill -9 PID

我們發現提示沒有那個進程。這是因為該進程為臨時進程，執行完畢后已自動退出，因此報錯 。

我們可以通過下面命令查找系統中所有的進程及其對應的PID

ps -aux

我們可以對應選擇一個進程進行結束

1.2Linux的“虛擬內存管理”和stm32正式物理內存（內存映射）的區別

(1)Linux虛擬內存管理

核心機制： Linux通過虛擬內存抽象物理內存，為每個進程提供獨立的、連續的虛擬地址空間（通常為4GB，32位系統），由MMU（內存管理單元）動態映射到物理內存或磁盤交換空間。

其工作流程為：

進程訪問虛擬地址 → MMU查頁表 → 若頁在物理內存則訪問，否則觸發缺頁異常 → 內核加載缺失頁或終止進程

(2)STM32物理內存映射

核心機制： STM32等嵌入式MCU通常直接操作物理內存，通過內存映射（將外設寄存器、Flash、RAM等硬件資源分配到固定的物理地址。

其典型內存布局為：

0x00000000 - 0x1FFFFFFF: Flash（代碼存儲） 0x20000000 - 0x2001FFFF: SRAM（數據） 0x40000000 - 0x5FFFFFFF: 外設寄存器

(3)主要區別

特性	Linux虛擬內存	STM32物理內存映射
地址空間	虛擬地址（進程獨立）	物理地址（全局唯一）
硬件支持	依賴MMU實現地址轉換	無MMU，直接訪問物理地址
內存擴展	支持Swap擴展虛擬內存	僅限芯片內置的物理內存
內存保護	通過頁表實現權限控制	無保護，需開發者謹慎操作
外設訪問	通過/dev/mem或驅動間接訪問	直接讀寫內存映射的外設寄存器
使用場景	通用計算（多任務、復雜應用）	實時嵌入式系統（確定性、低延遲）

存在差異的原因：

Linux需要支持多進程、大內存應用，虛擬內存提供靈活性和安全性。

STM32：追求實時性和確定性，省去MMU降低開銷，適合裸機或RTOS（如FreeRTOS）。

1.3理解 Linux系統調用函數 fork()、wait()、exec() 等并通過vi 編輯一個c程序

(1)系統調用函數介紹

fork()

功能：創建一個新的進程（子進程），子進程是父進程的副本。

返回值：

• 父進程中返回子進程的PID（>0）。

• 子進程中返回0。

• 失敗時返回-1。

頭文件：<unistd.h>

wait()

功能：父進程等待子進程結束，并回收子進程的資源（防止僵尸進程）。

參數：int *status（存儲子進程的退出狀態）。

返回值：成功時返回子進程PID，失敗時返回-1。

頭文件：<sys/wait.h>

exec()

功能：替換當前進程的映像為新的程序（如運行另一個可執行文件）。

常用變體：

• execl()：參數列表形式。

• execv()：參數數組形式。

• execvp()：自動搜索PATH環境變量。

返回值：成功時不返回，失敗時返回-1。

頭文件：<unistd.h>

(2)創建syscall_demo.c

vi syscall_demo.c

(3)編寫示例程序

進入vi編譯器后，按"i"進入插入模式

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid;int status;pid = fork();if (pid < 0) {fprintf(stderr, "Fork failed!\n");return 1;} else if (pid == 0) {printf("Child Process (PID=%d): Hello from fork()!\n", getpid());execlp("ls", "ls", "-l", NULL);perror("exec failed");return 1;} else {printf("Parent Process (PID=%d): Waiting for child...\n", getpid());wait(&status);printf("Parent: Child exited with status %d\n", WEXITSTATUS(status));}return 0;
}

編寫完成后按Esc退出插入模式，輸入“：wq”保存并退出

注：

保存文件	Esc → :w → 回車	保存但不退出
保存并退出	Esc → :wq → 回車	保存并退出
強制退出不保存	Esc → :q! → 回車	丟棄所有修改

(4)編譯運行

輸入下面代碼進行編譯運行：

#編譯
gcc syscall_demo.c -o syscall_demo
#添加權限
chmod +x syscall_demo
# 運行
./syscall_demo

結果解釋：

Parent Process (PID=960685): Waiting for child
#父進程（PID=960685）打印信息，表示已通過 fork() 創建子進程，并調用 wait() 進入阻塞狀態，等待子進程結束。Child Process (PID=960686): Hello from fork()!
#子進程（PID=960686）被創建后，打印自己的 PID 和消息，隨后調用execlp("ls", "ls", "-l", NULL)。
子進程的代碼映像被替換為 ls -l 命令，原程序的后續代碼（如 perror）不再執行。-rwxr-xr-x 1 zhangzy group2 17056 Apr  3 23:23 a.out
-rwxr-xr-x 1 zhangzy group2 17056 Apr  3 23:25 syscall_demo
-rw-r--r-- 1 zhangzy group2   610 Apr  3 23:23 syscall_demo.c
-rwxr-xr-x 1 zhangzy group2    65 Apr  3 22:12 test.sh
#ls -l 命令的輸出，顯示當前目錄下的文件詳情：
總用量 48Parent: Child exited with status 
#子進程（ls -l）執行完畢后，父進程的 wait(&status) 返回。
WEXITSTATUS(status) 提取子進程的退出狀態碼 0，表示 ls 命令成功執行。

二、在樹莓派中創建多個賬號并完成Linux系統調用函數聯系

1.1組員賬號創建

首先要進行樹莓派的VNC遠程登錄，具體步驟可以看我前面的博客：樹莓派3b:環境配置，VNC遠程控制并進行簡單代碼運行_樹莓派vnc-CSDN博客

先進入VNC命令行

（1）創建用戶

為每個組員創建一個獨立的系統賬號，并生成各自的目錄

sudo adduser user1
sudo adduser user2

（2）配置用戶權限

確保用戶有基本的開發權限，（如sudo權限）

# 將用戶添加到sudo組（允許執行管理員命令）
sudo usermod -aG sudo username1# 驗證用戶組
groups username1

我們通過命令行測試，發現新用戶可以進行登錄（后續代碼也可以通過電腦命令行實現）

1.2在樹莓派環境中學習并調用fork()、wait()和exec()函數

(1)創建文件 syscall_demo.c

nano syscall_demo.c

(2)編寫示例程序

該程序展示了Linux系統調用fork()、exec()、和wait()函數的工作過程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid;int status;// 1. fork() 示例pid = fork();if (pid < 0) {fprintf(stderr, "Fork failed!\n");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進程printf("Child Process (PID=%d): Hello from fork()!\n", getpid());// 2. exec() 示例：替換為執行 'ls' 命令execlp("ls", "ls", "-l", NULL);// 如果exec失敗，才會執行到這里perror("exec failed");return 1;} else {// 父進程printf("Parent Process (PID=%d): Waiting for child...\n", getpid());// 3. wait() 示例wait(&status);printf("Parent: Child exited with status %d\n", WEXITSTATUS(status));}return 0;
}

(3)編譯運行

編譯：

gcc syscall_demo.c -o syscall_demo

運行：

./syscall_demo