Linux profesionálně

www.zonerpress.cz

Jon Masters, Richard Blum

LinuxProfesionálně

E N C Y K L O P E D I E Z O N E R P R E S S Programmer to Programmer TM

programování aplikací

®

Linux

Jon Masters a Richard Blum

PROFESIONÁLNĚprogramování aplikací

Professional Linux ProgrammingJon Masters, Richard Blum

Published by Wiley Publishing, Inc., 10475 Crosspoint Boulevard, Indianapolis, IN 46256, www.wiley.com.

Copyright © 2007 by Wiley Publishing, Inc., Indianapolis, Indiana.

© Translation: ZONER software, s.r.o., 2008.

All Rights Reserved. This translation published under license with the original publisher John Wiley & Sons, Inc. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photoco-pying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Wiley Publishing, Inc.

Všechna práva vyhrazena. Tento překlad je vydán na základě licenční smlouvy s John Wiley & Sons, Inc. Žádná část této publikace nesmí být reprodukována nebo předávána žádnou formou nebo způsobem, elektronicky ani mechanicky, včetně fotokopií, natáčení ani žádnými jinými systémy pro ukládání bez výslovného svolení Wiley Publishing, Inc.

Linux PROFESIONÁLNĚ – programování aplikacíAutoři: Jon Masters a Richard Blum

Copyright © ZONER software, s.r.o. Vydání první v roce 2008. Všechna práva vyhrazena.

Zoner PressKatalogové číslo: ZR713

ZONER software, s.r.o.Nové sady 18, 602 00 Brno

Překlad: Vilém Gutfreund, Pavel Macík, Jana Staurovská, Jan KuklínekOdpovědný redaktor: Miroslav KučeraŠéfredaktor: Ing. Pavel KristiánDTP: Miroslav Kučera

Trademarks: Wiley, the Wiley logo, Wrox, the Wrox logo, Programmer to Programmer, and related trade dress are trade-marks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries, and may not be used without written permission. All other trademarks are the property of their respective owners. Wiley Publis-hing, Inc., is not associated with any product or vendor mentioned in this book. The Wrox Brand trade dress is a trademark of John Wiley & Sons, Inc. in the United States and/or other countries. Used by permission.

Ochranné známky: Wiley, logo Wiley, Wrox, logu Wroxu a souvisejicí obchodní známky jsou ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami vydavatelství John Wiley & Sons, Inc, nebo jejich poboček, ve Spojených státech a/nebo ostatních zemích a nemohou být používány bez písemného oprávnění. Všechny ostatní ochranné známky jsou majet-kem jejich vlastníků. Wiley Publishing, Inc. není propojen s jakýmkoliv produktem nebo výrobcem zmíněným v této knize. Obchodní značka Wrox je ochrannou známkou John Wiley & Sons, Inc. ve Spojených státech a/nebo ostatních zemích.

Veškeré dotazy týkající se distribuce směřujte na:

Zoner Press ZONER software, s.r.o. Nové sady 18, 602 00 Brno

tel.: 532 190 883, fax: 543 257 245 e-mail: [email protected] http://www.zonerpress.cz

ISBN 978-80-86815-71-8

Pro Karin, kterou tolik miluji – Jon MastersMé ženě Barbaře – Richard Blum

4

O autorechJon Masters je pětadvacetiletý autor a expert na linuxové jádro a zabudované systémy. Narodil se ve Velké Británii, ale v současné době žije v USA, kde pracuje pro firmu Red Hat. Do historie Vel-ké Britániie se zapsal jako jeden z nejmladších univerzitních studentů, které tato země pamatuje – bylo mu pouhých 13 let. V době, kdy se jeho vrstevníci blížili k závěru svého prvního vysokoškol-ského studia, měl už za sebou dvě vysoké školy a přes stovku publikací v širokém spektru technic-kých časopisů, sborníků a knih. Pracoval pro několik nadnárodních technologických společností. Intenzivně se věnoval oblastem zabudovaných systémů, podnikového nasazení Linuxu a vědecké přístrojové techniky a pomáhal s návrhem všeho možného – od set-top boxů až po novou generace zařízení pro nukleární magnetickou rezonanci.

Když náhodou nepracuje pro firmu Red Hat na produktu Enterprise Linux, rád si dá čaj na Boston Common nebo si přečte sebrané spisy Thomase Paina a dalších velkých amerických revolucionářů minulosti. Sní o době, když svět neovládaly elektrony, ale dřevěné plachetnice. Hraje na housle a příležitostně zpívá v pěveckých sborech, za což již obdržel několik cen. Rád si odpočine při ho-rolezectví. Žije v Cambridge v Massachusetts, od historického centra Bostonu jej dělí pouze řeka Charles a moc se mu tam líbí.

Jon má bohaté zkušenosti s přednášením o mnoha různých linuxových technologiích a s jejich vý-ukou a rád se aktivně zapojuje do dění linuxových uživatelských skupin s po celém světě.

Richard Blum déle než 18 let pracoval jako správce sítě pro velkou americkou vládní organizaci. Během této doby měl mnoho příležitostí pracovat nejenom se servery od společností Microsoft a Novell, ale také s unixovými a linuxovými servery. Aplikace vytvářel v jazycích C, C++, Java, C# a Visual Basic.

Rich je bakalářem elektrotechniky a magistrem managementu se specializací na řídící informační systémy; oba tituly získal na Purdue University. Napsal několik knih, jmenujme například "send-mail for Linux" (2000, Sams Publishing), "Running qmail" (2000, Sams Publishing), "Postfix" (2001, Sams Publishing), "Open Source E-mail Security" (2001, Sams Publishing), "C# Network Program-ming" (2002, Sybex), "Network Performance Open Source Toolkit" (2003, John Wiley & Sons) a "Professional Assembly Language Programming" (2005, Wrox).

Když zrovna nesedí za počítačem, hraje na elektrickou baskytaru v církevní kapele nebo tráví svůj čas se svou ženou Barbarou a dcerami Katie, Jane a Jessicou.

5

PoděkováníToto poděkování píši v den svých 25. narozenin, po mnoha dlouhých večerech, které jsem minulý rok strávil doháněním termínů, plánováním a dokonce občas i nějakým psaním. Když jsem se poprvé rozhodl napsat tuto knihu, vůbec jsem si nedovedl představit to množství práce, která je potřebná pro dokončení takového projektu a ani obtíže, se kterými jsem se přitom musel vypořá-dat. Knihu jsem začal psát na okraji Londýna a dokončil ji za necelý rok ve svém novém domově v massachusettském Cambridge, protože jsem se rozhodl svou rodnou zemi opustit. V průběhu minulého roku se v mém osobním i profesním životě změnilo mnoho věcí, ale mám skvělé přátele a příbuzné, kteří mi s těmito změnami pomohli.

Především bych chtěl poděkovat týmu, se kterým jsem pracoval v nakladatelství Wiley – Deb-ře, Adaobimu, Kitovi, Howardovi a Carol stejně jako mnoha dalším, kteří dohlížejí na to, aby se z rukopisu stala hotová kniha. Zvláštní poděkování si zaslouží Kit Kemper, který akceptoval můj časový harmonogram psaní (a kterému se nějak podařilo zařídit, že vyšel) a Debra Williams-Cau-ley, která uvěřila tomu, že tento projekt je dobrý nápad. Výborná redaktorská práce, kterou odvedl Howard Jones, mi pomohla, abych psal poctivě. Tato kniha by nevznikla bez inspirace, kterou mi poskytli mí dobří přátelé (a někdejší šéfové) Malcolm Buckingham a Jamie McKendry z Resonance Instruments (později Oxford Instruments), kteří si neustále stěžovali na nedostatek knih věnova-ných programování v Linuxu. Kniha za svůj vznik také vděčí milým příspěvkům od mých několika dobrých přátel – děkuji vám Kat a Davide Goodwinovi, Matthewe Waltone a Chrisi Aillone. Děkuji také Richardu Blumovi, který se ke mně a k celému týmu přidal, když mi začalo být jasné, že bych svou práci nestihl dokončit včas. Všichni jste odvedli skvělou práci!

Při psaní mi pomáhala moje skvělá rodina – mí rodiče Paula a Charles, sestry Hannah a Holly, můj švagr Joe. Občas přišla i nějaká inspirace od mých babiček. Mohl jsem si také užívat s těmi nejlep-šími přáteli, jaké si člověk může přát – je jich tolik, že každého zde uvést nemohu, nicméně bych chtěl zmínit alespoň Husseina Jodiyawalla, Johannese Klinga, Bena Swana, Paula Sladena, Markuse Koblera, Toma Hawleyho, Sidarshana Guru Ratnavellu, Chrise Balla a Mada (a jejich kočku Zoe), Emmu Maule, Johna a Jana Buckmanovy, Tobyho Jaffeyho a jeho Sáru, Svena Thorstena-Dietricha, Billa Weinberga, Daniela Jamese, Joea Casadu a Andrewa Huttona společně Emílií. Obzvláště dě-kuji svým přátelům ze společnosti Red Hat, svému šéfovi a všem ostatním, tvrdě pracujícím lidem, díky kterým je naše společnost tím nejlepším pracovním místem na světě. Red Hat skutečně ví, co to znamená pracovat s Linuxem a já jsem z celého srdce vděčný, že mohu pracovat v prostředí, které přesně v duchu linuxové komunity podporuje mé zapojení do různých projektů – díky chlapi, jste opravdu profesionálové.

A nakonec bych chtěl poděkovat Karin Worleyové za její přátelství, které v závěrečných fázích to-hoto projektu mělo nepochybně hodně příležitostí k otálení. Karin, nejsem si jistý, zdali bych scho-pen dokončit tuto knihu bez toho nově objeveného pocitu štěstí, který vstoupil do mého života.

Jon Masters

Cambridge, Massachusetts

6

Děkuji výtečnému týmu z Wiley, kteří v tomto projektu odvedli vynikající práci. Děkuji Kitu Kem-perovi, náborovému redaktorovi, který mi umožnil na této knize pracovat. Děkuji také Howardu Jonesovi, odpovědnému redaktorovi, který držel všechny věci na uzdě a významně se zasloužil o to, že tato kniha vznikla. Chtěl bych také poděkovat Carol McClendonové z Waterside Productions, Inc., která mi tuto příležitost zprostředkovala a pomohla mi v mé spisovatelské dráze.

A nakonec bych chtěl poděkovat svým rodičům, Mikovi a Joyce Blumovým, za jejich oddanost a podporu, se kterou mě vychovali, a své ženě Barbaře a dcerám Katie Jane a Jessice za jejich lásku, trpělivost a porozumění, zejména v dobách, kdy píšu nějakou knihu.

Richard Blum

6

7

Obsah O autorech 4

Poděkování 5

Úvod 14

Pro koho je tato kniha určena 15

Co obsahuje tato kniha? 15

Jak je tato kniha uspořádána? 16

Konvence 16

Zdrojový kód 17

Sdělte nám svůj názor 17

Kapitola 1 Pracujeme s Linuxem 19

Stručná historie Linuxu 20

Projekt GNU 20

Jádro Linuxu 21

Linuxové distribuce 22

Svobodný software a open source 23

Začátek vývoje 24

Výběr linuxové distribuce 25

Instalace linuxové distribuce 28

Komunita kolem Linuxu 35

Linuxové uživatelské skupiny 35

E-mailové konference 36

IRC 36

Soukromé komunity 36

Klíčové rozdíly mezi systémy 37

Linux je modulární 37

Linux je přenositelný 37

Linux je obecný 38

Shrnutí 38

Kapitola 2 Toolchain 39

Vývojářský proces v Linuxu 39

Práce se zdrojovými kódy 40

Konfigurace lokálního prostředí 41

Kompilace zdrojových kódů 42

Komponenty GNU Toolchain 43

8

Kolekce kompilačních nástrojů 44

GNU binutils 56

GNU Make 61

GNU debugger 62

Jádro Linuxu a GNU Toolchain 66

Inline assembler 66

Atributy značek 67

Uživatelské skripty linkeru 68

Křížová kompilace 69

Kompilace GNU Toolchain 70

Shrnutí 71

Kapitola 3 Přenositelnost 73

Povídání o přenositelnosti 74

Přenositelnost Linuxu 75

Vrstvy abstrakce 76

Distribuce Linuxu 77

Kompilace balíčků 83

Přenositelný zdrojový kód 98

Mezinárodní podpora 111

Přenositelnost hardwaru 119

64bitová čistota 120

Neutralita endianity 121

Svaté války endianity 123

Shrnutí 124

Kapitola 4 Správa zdrojových kódů 125

Proč potřebujeme SCM 126

Centralizovaný vs decentralizovaný vývoj 127

Centralizované systémy 128

CVS – systém pro sledování verzí 128

Subversion 138

Decentralizované nástroje 142

Bazaar-NG 143

SCM pro jádro Linuxu (git) 147

Integrované nástroje SCM 151

Eclipse 151

Shrnutí 153

9

Kapitola 5 Síťové programování 155

Programování linuxových socketů 155

Sockety 156

Síťové adresy 158

Použití spojově orientovaných socketů 159

Použití nespojovaných socketů 167

Přesuny dat 170

Datagramy versus datové proudy 170

Označování hranic zprávy 174

Knihovny pro síťové programování 177

Knihovna libCurl 178

Použití knihovny libCurl 179

Shrnutí 186

Kapitola 6 Databáze 187

Trvalé uložení dat 187

Použití standardního souboru 188

Použití databáze 188

Balíček Berkeley DB 190

Stažení a instalace 191

Kompilace programů 192

Základní práce s daty 193

Databázový server PostgreSQL 203


Kompilace programů 205

Tvorba databáze pro aplikaci 206

Připojení k serveru 208

Spouštění příkazů SQL 212

Používání parametrů 220

Shrnutí 224

Kapitola 7 Vývoj jádra 225

Začátek 225

Základní předpoklady 226

Zdrojové soubory jádra 227

Konfigurace jádra 231

Kompilace jádra 235

Zkompilované jádro 239

10

Testování jádra 240

Zabalení a instalace jádra 243

Koncepty jádra 243

Varování 244

Abstrakce úlohy 244

Virtuální paměť 250

Nepanikařte 254

Hackování jádra 254

Natažitelné moduly 255

Proces vývoje jádra 258

Git – "hloupý sledovač obsahu" 258

LKML, e-mailová konference o jádru Linuxu 260

Vývojový strom "mm" 262

Stabilní tým jádra 263

LWN, Linux Weekly News 263

Shrnutí 263

Kapitola 8 Rozhraní jádra 265

Co je rozhraní? 265

Nedefinovaná rozhraní 266

Externí rozhraní jádra 267

Systémová volání 268

Abstrakce souboru 274

Události jádra 290

Ignorování ochrany jádra 291

Vnitřní rozhraní jádra 295

API jádra 296

ABI jádra 296

Shrnutí 298

Kapitola 9 Moduly jádra Linuxu 299

Jak moduly pracují 299

Rozšíření jmenného prostoru jádra 302

Nalezení kvalitní dokumentace 304

Manuálové stránky jádra Linuxu 304

Psaní modulů jádra Linuxu 306

Než začnete 306

Základní požadavky modulů 307

Logování 310

11

Exportované symboly 311

Alokace paměti 313

Několik úvah o uzamykání 321

Odložení práce 330

Další čtení 338

Distribuce modulů jádra Linuxu 338

Přechod k upstreamu 338

Dodání zdrojových souborů 339

Dodání již zkompilovaných modulů 339

Shrnutí 340

Kapitola 10 Ladění 341

Přehled ladění 341

Pár slov o správě paměti 342

Základní nástroje pro ladění 343

GNU debugger 343

Valgrind 353

Grafické ladicí nástroje 354

DDD 355

Eclipse 357

Ladění jádra 360

Nepanikařte! 361

Chápeme oops 362

Použití UML pro ladění 364

Zábavná anekdota 369

Poznámka o debuggerech jádra 369

Shrnutí 370

Kapitola 11 Vývojová platforma GNOME 371

Knihovny v GNOME 371

Glib 372

GObject 372

Cairo 372

GDK 373

Pango 373

GTK+ 373

libglade 374

GConf 374

GStreamer 374

12

Vybudování přehrávače hudby 375

Požadavky 375

Začínáme: hlavní okno 376

Sestavení GUI 378

Shrnutí 398

Kapitola 12 Projekt FreeDesktop 399

D-BUS: Desktop Bus 399

Co je D-Bus 400

Pozadí D-Busu 400

Metody D-Busu 404

Vrstva abstrakce hardwaru 409

Přimějte hardware k fungování 409

Objekty zařízení HAL 412

FreeDesktop NetworkManager 418

Další projekty FreeDesktopu 420

Shrnutí 421

Kapitola 13 Grafika a zvuk 423

Linux a grafika 423

X Windows 424

OpenGL 426

OpenGL Utilities Toolkit 427

Simple Directmedia Layer 427

Vytváření aplikací OpenGL 427


Programovací prostředí 429

Použití knihovny GLUT 430

Vytváření SDL aplikací 445


Programovací prostředí 446

Použití knihovny SDL 446

Shrnutí 458

Kapitola 14 LAMP 459

Co je LAMP? 459

Apache 460

MySQL 460

13

PHP 461

"Pirátská platforma" 461

Zvažování platformy LAMP 462

Apache 464

Virtuální hostitelé 464

Instalace a konfigurace PHP 5 466

Základní autentizace Apache 467

Apache a SSL 468

Integrace SSL s HTTP autentizací 468

MySQL 469

Instalace MySQL 469

Konfigurace a spuštění databáze 470

Změna výchozího hesla 470

Rozhraní klienta MySQL 471

Relační databáze 471

SQL 472

Relační model 475

PHP 478

Jazyk PHP 478

Základy jazyka 479

Funkce 483

Viditelnost 484

Obsluha chyb 488

Obsluha chyb s výjimkami 489

Optimalizační techniky 491

Instalace dalšího software pro PHP 496

Protokolování 496

Ošetření zadaných parametrů 497

Správa relací 499

Testování jednotek 499

Databáze a PHP 501

Pracovní rámce pro PHP 502

Knihovna DVD 502

Verze 1 – noční můra vývojáře 503

Verze 2 – základní aplikace s konkrétní datovou vrstvou 504

Verze 3 – přepsání datové vrstvy, doplnění protokolování a výjimek 508

Verze 4 – použití šablonového systému 512

Shrnutí 513

Rejstřík 515

14

ÚvodLinux v několika posledních letech urazil velký kus cesty. Po relativně skromných začátcích se do-stal do pozice, kdy je na něm závislá celá řada společností z žebříčku Fortune 500. Vše – počínaje vaším mobilním telefonem a největšími superpočítačovými clustery konče – je nyní založeno na linuxovém jádře a distribucích postavených kolem něj. Ale co je to vlastně Linux? V čem se liší od jiných operačních systémů rodiny UNIX, které jsou dnes na trhu k dispozici? A co víc – jak můžete ve vašich projektech využít plnou sílu Linuxu a s tím související revoluci svobodného software?

Tato kniha si klade za cíl zodpovědět tyto a další otázky. Jejím skutečným smyslem je sdělit vám, čtenářům, proč je Linux jedinečný, a přitom jít do větší hloubky, než je obvyklé u základních pří-ruček pro začátečníky. Autor se během své dosavadní kariéry profesionálního programátora dostal do situací, kdy spolupracoval s velmi znalými softwarovými inženýry, kterým ovšem chyběly hlub-ší zkušenosti s Linuxem. Někteří z nich se snažili najít knihu, jako je tato, nicméně neúspěšně. Tato kniha, která je zrozena z jejich zklamání, by vám měla pomoci pochopit mocné působení linuxové komunity, model používaný pro vývoj software a způsob, jakým se provádějí věci ve světě Linuxu.

Existuje mnoho jiných knih, které o sobě tvrdí, že se věnují programování v Linuxu. Většina z nich je opravdu výborná, ale příliš často se zaměřují na věci, ve kterých Linux pouze následuje své před-chůdce. Tohle v této knize nenajdete, protože jejím zaměřením není to, co má Linux společného se starými unixovými systémy. Naopak. Tato kniha je o moderním operačním systému Linux a ne-patří mezi ostatní knihy o programování v Unixu. Snaží se vám nejenom detailně vysvětlit, v čem vlastně tkví ten neuvěřitelný úspěch Linuxu, ale také se snaží předvést některé části systému, které ostatní knihy o Linuxu zmiňují ve stručnosti, nebo je zcela opomíjejí.

V této knize se dozvíte, co představuje základ vývoje v Linuxu. Seznámíte se širokou paletou ná-strojů, které linuxoví vývojáři běžně využívají při své práci – kompilátory, debuggery či nástroje pro správu verzí – a jak s nimi vytvářejí aplikace, nástroje, pomůcky a dokonce i samotné jádro Linuxu. Dozvíte se zajímavé informace o jedinečných komponentách linuxového systému, díky kterým se odlišuje od ostatních unixových systémů. Společně se také dostaneme i k popisu různých vnitřních mechanismů Linuxu.

Dále pak poznáte různé vývojářské metody, včetně virtualizačních technologií a křížové kompila-ce, která představuje vhodný způsob, jak zkompilovat software pro různé kompatibilní platformy. Dále se naučíte používat Linux společně s Internetem a zkusíte si vytvořit software pomocí vyhlá-šené platformy LAMP (Linux, Apache, MySQL, Perl/Python). Linux znamená mnohem více, než samotné jádro – a jako linuxový vývojář byste si tuto skutečnost měli uvědomit.

Tato kniha je hlavně o učení. Má vám přednést rozbor klíčových témat, která hýbou linuxovým vývojem, abyste mohli snáze objevovat svět svobodných softwarových projektů. Až si ji kompletně přečtete, měli byste získat přehled o všem, co potřebujete vědět. Tato kniha vám neposkytne odpo-věď na každou otázku, ale budete schopni se dále sami vzdělávat. Věřím, že tato kniha pro vás bude přínosná, ať už vytváříte svobodný software, nebo pracujete na velkých komerčních softwarových projektech.

15

Pro koho je tato kniha určenaTato kniha je napsána pro dvě různé skupiny čtenářů. Tou první a významnější jsou stávající pro-gramátoři, kteří přemýšlejí o přechodu na Linux. Tito čtenáři již mají nějaké znalosti programova-cího jazyka C a chápou základní myšlenky – kompilátory, linkery, debuggery atd. Pravděpodobně již četli nějakou knihu, která se úvodu do této oblasti věnovala – např. knihu Beginning Linux Programming (Wiley 2004), ale zatím jim chybějí praktické zkušenosti.

Jestliže jste v oblasti profesionálního vývoje software pro Linux nováčkem, mělo by vám použité uspořádání knihy vyhovovat. Měli byste být schopni ji přečíst v kuse – od začátku do konce. Ma-teriál věnovaný jádru (kapitoly 7 až 9) můžete přeskočit a zaměřit se více na aplikace vyšší úrovně a na nástroje, které se používají v běžných projektech mimo linuxové jádro. Budou se vám zejména hodit kapitoly věnované různým nástrojům, přenositelnosti a systémům pro správu verzí.

Tato kniha také obsahuje materiál zaměřený na linuxové nadšence, manažery a ostatní lidi, kteří projevují zájem o Linux, používají jej ve svém každodenním životě a chtějí opravdu porozumět chodu běžného linuxového systému – aniž by přitom museli vyvíjet software. Jak moderní linuxový systém provádí detekci hardware? Proč linuxové jádro neposkytuje jednotný model pro ovladače zařízení? Jak Linux podporuje národní prostředí? Najdete zde odpovědi na mnoho otázek.

Ti, kteří již s Linuxem nějaké zkušenosti mají, nebudou muset knihu číst celou, ale přesto i pro ně se v každé kapitole najde něco zajímavého. Poznámky a různé komentáře obsahují příklady a rady, se kterými jste se možná ještě nesetkali. Najdete mezi nimi i historky a různá poučení, ke kterým dospěli ostatní. Pravděpodobně se ale více zaměříte na pozdější kapitoly, které jsou věnované linu-xovému jádru, desktopovému prostřední a LAMP.

Tato kniha vám tedy pomůže, ať již programujete pro platformu Microsoft Windows a máte pouze základní znalosti Linuxu a UNIXu, které si chcete rozšířit, nebo už hodně dlouho patříte mezi ne-zdolné unixové programátory, které zajímá, jakým způsobem Linux vlastně funguje.

Co obsahuje tato kniha?Tato kniha popisuje širokou paletu technologií, které se používají při vývoji linuxového softwaru. Naleznete zde nejenom přehled historie moderních unixových a linuxových systémů, ale také in-formace o přenositelnosti mezi jednotlivými platformami a nástrojích, které k tomuto účelu v mo-derních linuxových distribucích slouží. Dozvíte se více informací o interakci linuxových systémů prostřednictvím síťových rozhraní, o grafických uživatelských rozhraních, o složitých webových systémech založených na platformě LAMP a dokonce neopomeneme problematiku rozšiřování sa-motného jádra Linuxu. Zkrátka vše, co vývoj v Linuxu v současné době zahrnuje.

Tato kniha reflektuje situaci, která byla aktuální v době, kdy byla napsána, nicméně verze software se v průběhu času pochopitelně mění. Z tohoto důvodu většina témat nevyžaduje nějakou konkrét-ní verzi nástroje, zdrojového kódu nebo balíčku. Na místech, kde se mluví o konkrétním vydání, jste na tuto skutečnost upozorněni. V opačném případě předpokládejte, že uvedené příklady bu-dou pracovat s jakoukoliv novější linuxovou distribucí, kterou budete mít k dispozici.

16

Jak je tato kniha uspořádána?Tuto knihu lze volně rozdělit do čtyř částí. V prvních několika kapitolách naleznete informace o základních nástrojích a technologiích, které vám mají usnadnit život profesionálního linuxové-ho programátora. Poznáte GNU Toolchain, význam přenositelnosti software, nutnost respektovat národní prostředí a mnoho dalších témat, jejichž cílem je, abyste zvládli sami pracovat na svých projektech. Tento materiál byste si měli přečíst jako první. Je možné, že později se k němu budete docela často vracet.

Druhá část knihy se zabývá nízkoúrovňovými komponentami linuxového systému. Jedná se o té-mata tradičního systémového programování – včetně sítí, databázových pojmů a linuxového jádra. Tento materiál můžete použít k tomu, abyste lépe pochopili ty oblasti, které vás zajímají, nicméně nepočítejte s tím, že bude zcela vyčerpávající. Toto se hlavně týká hlavně pasáží věnovaných jádru, které mají za úkol povzbudit vaši zvědavost.

Ve třetí části této knihy se společně podíváme na komponenty vyšší úrovně, včetně prostředí GNO-ME a jeho knihovny. Dozvíte se o projektu FreeDesktop a budete mít příležitost vytvořit vlastní CD přehrávač pomocí výkonné knihovny GStreamer, kterou využívají současné multimediální aplikace pro GNOME. Dále zjistíte, co všechno můžete dokázat díky opětovnému využití softwa-ru, a získáte základní představu o tom, jak psát vlastní aplikace pro GNOME.

Poslední kapitola této knihy je pak věnována platformě LAMP. Jejím základem je svobodný soft-ware – Linux, Apache, MySQL a Perl (nebo Python), který vám umožňuje vytvářet velmi výkon-né webové aplikace. Tato kapitola vás seznámí s jednotlivými komponentami platformy LAMP a předvede několik příkladů jejich použití.

KonvenceAbyste si mohli z textu této knihy odnést co nejvíce a mohli jej snadno sledovat, používáme v knize několik následujících konvencí.

Rámečky, jako je tento, obsahují důležité informace, které přímo související s okolním textem, a které byste si měli zapamatovat.

Co se týče použitého formátování v textu:

� Klávesové zkratky píšeme takto: Ctrl+A

� Názvy souborů, URL a kód v textu píšeme takto: persistence.properties

� Zdrojový kód uvádíme dvěma způsoby:

V ukázkách kódu zdůrazňujeme nové a důležité úseky tučným řezem.V ukázkách kódu zdůrazňujeme nové a důležité úseky tučným řezem.

Šedé zvýraznění není použito u kódu, který není v dané souvislosti

tolik podstatný, nebo se neobjevuje poprvé.

17

Zdrojový kódKdyž si budete procházet příklady v této knize, můžete zdrojový kód opisovat ručně, nebo můžete použít doprovodné soubory ke knize. Veškeré zdrojové kódy, které jsou použité v této knize, jsou dostupné ke stažení na následující adrese (velikost 545 KB):

http://zonerpress.cz/download/zdrojove-kody-linux-profesionalne.zip

Až si zdrojové kódy stáhnete, jednoduše je rozbalte vaším komprimačním nástrojem.

Sdělte nám svůj názorJako čtenáři této knihy se stáváte těmi nejdůležitějšími kritiky a komentátory. Vážíme si vašeho názoru a chtěli bychom vědět, co děláme správně, co bychom mohli dělat lépe, ve kterých oblas-tech bychom měli publikovat a uvítáme také vaše další podnětné myšlenky, o které jste ochotni se s námi podělit.

Jako odborný redaktor Zoner Press vítám vaše názory. Můžete mi psát – poslat e-mail nebo dopis – a sdělit mi, co se vám v této knize lí bilo, nebo nelíbilo, stejně tak, co bychom měli udělat, aby naše další knihy byly lepší. Pokud mi napíšete, nezapomeňte prosím připojit název knihy, ISBN, jméno autora, vaše jméno, telefon, fax nebo e-mail. Pozorně zhodnotím vaše názory a poskytnu je autorovi a redaktorům, kteří pracovali na této knize.

Prosím, vězte, že nemohu pomoci s technickými problémy, které se týkají obsahu knihy, a že díky velkému množství e-mailů, které dostávám, nemohu zaručit odpověď na každou zprávu.

E-mail: [email protected] nebo [email protected].

Adresa: Zoner Press, ZONER software, s.r.o., Miroslav Kučera, Nové sady 18, 602 00 Brno.

KAPITOLA 1Pracujeme s Linuxem

Jeden z největších kamenů úrazu při vytváření softwaru pro Linux je pochopení toho, co Linux je, a co není. Linux pro různé lidi znamená různé věci. Z technického pohledu je Linux jako tako-vý jádro operačního systému, které bylo vytvořeno Linusem Torvaldsem, nicméně většina lidí si pod termínem Linux vybaví robustní operační systém. Za několik málo let Linux povstal z temnot a stal se široce akceptovaným u všech skupin uživatelů.

Linux se v dnešní době vyrovná ostatním operačním systémům dostupným na trhu. Často se pou-žívá nejenom v největších superpočítačích, ale současně ve spoustě nejmenších přístrojů, u kterých byste nikdy nepředpokládali, že mohou být založeny na Linuxu. Teď ve svém rozmachu – díky velkému jménu v moderních technologiích – Linux není vlastněn žádnou velkou společností, která by tahala za provázky. Linux je úspěšný díky mnoha tisícům vývojářů po celém světě, kteří se ne-ustále snaží udělat Linux lepším. Tito lidé se (stejně jako vy) zajímají o vytváření velmi kvalitního softwaru, který zvyšuje zkušenosti ostatních v linuxové komunitě.

Ať už pro vás osobně Linux znamená cokoliv, tuto knihu čtete pravděpodobně z toho důvodu, že se chcete naučit více o tom, jak se stát profesionálním linuxovým programátorem. Protože jste si zvo-lili tuto dráhu, brzy nepochybně zjistíte, že bude velmi užitečné, když pochopíte různé věci kolem Linuxu, například to, jakým stylem se Linux vyvíjí nebo v čem je odlišná práce v Linuxu od práce s jinými platformami, které jsou dnes dostupné na trhu. Pokud sebe považujete za experta v Linu-xu, bude stačit, když tuto kapitolu pouze proletíte očima. Pokud teprve pracujete na tom, abyste se jím stali, tato kapitola vám rozhodně poskytne několik užitečných informací do začátku.

V této kapitole se dozvíte více informací o tom, co Linux vlastně je a jakým způsobem spolupracují jednotlivé části linuxové distribuce z hlediska profesionálního programátora. Naučíte se více o vý-vojovém procesu, který se skrývá za Free, Libre a Open Source Software (FLOSS), který se používá v linuxových systémech. Dále objevíte přínos online komunit, které posilují revoluci v oblasti ote-vřeného kódu. A na závěr kapitoly si popíšeme několik rozdílů mezi Linuxem a jinými operačními systémy, se kterými jste se pravděpodobně v minulosti setkali.

Takže – jdeme na to!

20 Kapitola 1 – Pracujeme s Linuxem

Stručná historie LinuxuLinux má velice rozmanitou a zajímavou historii, která se začala psát mnohem dřív, než si pravdě-podobně myslíte. Historie Linuxu zahrnuje více než 30 let a začíná u prvních unixových systémů ze 70. let. Tento fakt není podstatný jenom pro nezdolné nadšence. Pro vás je důležité znát alespoň všeobecné informace z unikátní historie, která vedla k vytvoření moderních linuxových systémů, se kterými dnes pracujete. Pochopení historie Linuxu vás nejenom lépe připraví na zvládnutí růz-ných výstředností, které odlišují Linux od jiných alternativ na trhu, ale také pomůže udělat vývoj Linuxu mnohem zajímavějším.

První práce na Linuxu jako takovém začaly v létě 1991, ale dlouho předtím, než se objevil Linux, existoval projekt GNU. Tento projekt byl zaměřen na svobodný software a byl inspirován operač-ními systémy unixového typu. Původním cílem projektu bylo vyvinout operační systém se svo-bodnou licencí, který by neobsahoval žádný kód z původního UNIXu. Musíme říci, že bez tohoto projektu by Linux asi nikdy nevznikl, a kdyby neexistoval Linux, v této knize byste nenalezli žádné informace o projektu GNU. Oba projekty totiž těží jeden z druhého, jak sami zjistíte v této knize.

Projekt GNUV roce 1983 Richard Stallman (aka RMS) pracoval v laboratoři MIT zabývající se umělou inteli-gencí. V této době bylo velké množství aplikací k dispozici ve formě zdrojového kódu, aby uživatelé mohli v případě potřeby upravit kód aplikace pro svůj systém. V této době se ovšem současně za-čínal prosazovat velmi zajímavý trend – stále větší a větší množství výrobců softwaru totiž začínalo distribuovat pouze binární verze svých aplikací. A toto nakonec vedlo k tomu, že zdrojový kód aplikací se velmi rychle stal "obchodním tajemstvím" společností, které tímto způsobem chtěly ochránit svou práci před konkurencí.

Počátečním cílem projektu GNU bylo vytvořit svobodný operační systém podobný UNIXu, který by obsahoval všechny nástroje a programy ve formě zdrojového kódu. Vytvoření většiny těchto nástrojů, programů (včetně kompilátoru GCC a textového editoru GNU Emacs) a dokumentace k nim trvalo více než deset let. Mnoho z těchto nástrojů získalo vynikající pověst díky své vysoké kvalitě a bohatým možnostem – jmenujme například kompilátor GCC nebo GNU debugger.

Ačkoliv projekt GNU zaznamenal velký úspěch, v průběhu 80. let mu stále chyběl jeden velmi důležitý prvek. Tímto prvkem bylo vlastní jádro operačního systému, což znamenalo, že uživatelé museli instalovat nástroje a programy z projektu GNU na různé komerční operační systémy jako byl proprietární UNIX. Ačkoliv uživatele, kteří používali GNU nástroje a programy na svých pro-prietárních systémech, tato skutečnost pravděpodobně moc netrápila, projekt GNU jako celek ne-mohl být kompletní bez vlastního jádra. Intenzivní diskuse o různých alternativách (jako je GNU HURD) trvaly celé roky, než konečně přišel na svět Linux.

Linux ovšem nikdy nevytvořil tu část operačního systému GNU, kterou si Richard Stallman před-stavoval. Ve skutečnosti to bylo tak, že projekt GNU ještě po mnoho let pokračoval v prosazování mikrojádra GNU HURD přes linuxové jádro v konceptuálním systému GNU, a to i přes skuteč-

21Linux PROFESIONÁLNĚ – programování aplikací

nost, že Linux se stal ukázkovým "dítětem" pro novou generaci uživatelů a vývojářů (a to se ani nezmiňujeme o jeho mnohem větší popularitě). I přes tyto skutečnosti můžete i dnes často vidět termín GNU/Linux, který je použit pro označení kompletního linuxového systému, který používá velké množství nástrojů a aplikací pocházejících právě z projektu GNU.

Jádro LinuxuJádro Linuxu vzniklo podstatně později než samotný GNU projekt – o více než dekádu po tom, co Richard Stallman přišel se svým počátečním vyhlášením. V této době se ostatní alternativní systé-my stále nacházely ve vývoji, přičemž obsahovaly nejenom mikrojádro HURD, ale také výukové mikrojádro Minix, které bylo vytvořeno Andrewem Tanenbaumem. A z mnoha různých důvodů nebyl žádný z těchto alternativních systémů považován za natolik připravený, aby mohl být všeo-becně používán koncovými uživateli. Tedy až do doby, než přišel Linux.

Vše začalo tak, že mladý finský student, který pracoval na univerzitě v Helsinkách, začal být frustro-ván mnoha věcmi, jež považoval v Minixu1 za nesprávně fungující. Začal tedy pracovat na svém vlastním systému, který byl speciálně navržen pro jeho vlastní mikropočítač AT-386. V této době se jednalo o špičkový kus hardwaru. Tímto studentem byl Linus Torvalds a právě on vedl projekt, který později vedl ke vzniku velkého množství linuxových společností.

1 Některé z těchto problémů přetrvávaly po mnoho let, což dokazují různé diskuse v prvních minixo-vých a linuxových diskusních skupinách. Protože Linux o několik let později potvrdil svou dominanci na trhu, další vývoj Minixu (a jeho různých nástupců) byl založen pouze na akademickém zájmu ně-kolika lidí, kteří přemýšleli nad budoucími návrhy operačních systémů.

Linus pak v létě roku 1991, při příležitosti vypuštění první verze Linuxu, poslal následující ozná-mení do diskusní skupiny comp.os.minic:

Datum: 25Aug 91 20:57:07 GMT

Organizace: Univerzita Helsinky

Zdravím všechny, co používají Minix – vytvářím (zdarma) operační systém (pouze koníček, nic velkého a profesionálního jako GNU) pro AT klony 386 (486). Pracuji na tom od dubna a je to prakticky hotovo. Chtěl bych získal nějakou zpětnou vazbu ohledně toho, co máte a nemáte rádi na Minixu, protože můj OS je mu v některých věcech velmi podobný (z prak-tických důvodů například používám stejný návrh souborového systému).

Aktuálně jsem naportoval bash (1.08) a gcc (1.40) a vypadá to, že to funguje dobře. To naznačuje, že za několik měsíců práce jsem vytvořil něco použitelného a chtěl bych vědět, které schopnosti požaduje většina lidí. Jakékoliv návrhy jsou sice vítány, nicméně neslibuji, že je nakone implementuji.


I přes Linusovu prvotní skromnost se zájem o toto linuxové jádro velmi rychle zvyšoval – a to po celém světě. To samozřejmě vedlo nejenom k vypuštění několika nových verzí, ale také k nárůstu komunity uživatelů. Tito uživatelé, kteří všichni bez výjimky patřili mezi zkušené vývojáře (protože i samotná instalace Linuxu vyžadovala velké znalosti), se dobrovolně zapojili do vyřešení různých technických výzev a implementace mnoha nových nápadů. S prvotním vývojem Linuxu je tak spo-jeno velké množství vývojářů, jejichž jména si dnes už nikdo nepamatuje. Tito lidé si užívali sku-tečnost, že mohou pracovat na moderním a svobodném systému podobném UNIXu, který netrpí komplexností návrhu alternativních systémů.

Linuxoví vývojáři se při vývoji linuxového jádra a programování nových funkcí spoléhali na velké množství již existujících nástrojů GNU. Samozřejmě netrvalo dlouho a zájem o Linux vzrostl na-tolik, že uživatelé Minixu začali houfně přecházet na Linux, což vedlo k velmi bouřlivým diskusím mezi tvůrcem Minixu Andrewem Tanenbaumem a Linusem Torvaldsem. Tanenbaum tvrdil, že design Linuxu je podstatně nižší kvality než design Minixu. Z filozofického hlediska to sice může pravda, nicméně totéž může být řečeno také o ostatních moderních operačních systémech.

Pokud vás více zajímá historie Linuxu a ostatních operačních systémů založených na UNIXu, do-poručujeme k přečtění knihu A Quarter Century of UNIX, kterou napsal Peter H. Salus (Addison--Wesley, 1994).

Linuxové distribuceS rostoucí popularitou linuxového jádra přišel i zájem o vytvoření Linuxu, který by byl dostupný i lidem, kteří nemají potřebné znalosti v oblasti programování. Na vytvoření použitelného linuxo-vého systému potřebujete více než jenom jádro. Skutečnost je taková, že libovolný linuxový systém, který je určen pro koncové uživatele, je dnes použitelný pouze díky mnoha tisícům existujících programů, jež zajišťují různé věci – od startu systému až po funkčnost grafického pracovního pro-středí (jakým je například GNOME).

Když byl Linux poprvé představen, neexistovalo pro něj velké množství softwaru. Abych byl přesný – Linus v té době pro něj nabízel pouze jednu jedinou aplikaci: GNU Bourne Again Shell (zkráceně bash, což v doslovném překladu znamená "znovunarozený příkazový řádek"). Lidé, kteří někdy nabootovali Linux nebo UNIX do omezeného jednouživatelského módu, kde běží jenom bash, ví moc dobře, o co se jedná. Linus pomocí příkazové řádky provedl mnoho počátečních testů Linuxu, jenže ta samozřejmě na Linuxu nefungovala hned od začátku. Aplikace bash musela být prvně na-portována z nějakého již existujícího systému (jako je Minix) a poté případně upravena, aby mohla bez problémů fungovat na novém operačním systému.

Když stále více a více lidí začalo používat a vyvíjet software pro Linux, pochopitelně se zvyšovalo množství dostupného softwaru pro ty, kteří měli trpělivost jej nainstalovat. Jak ovšem postupoval čas dopředu, bylo čím dál tím více zjevnější, že kompilace každé nové instalace Linuxu z ničeho je neuvěřitelně komplikovaná (a také nepodporovatelná a neaktualizovatelná) noční můra, která bránila nadšenému objevování toho, co Linux může nabídnout. Řešení této velmi problematické situace přišlo v podobě linuxových distribucí, což jsou v podstatě předem vytvořené kolekce růz-


ných nástrojů, aplikací a linuxového jádra, které mohou být rozšiřovány prostřednictvím diskety (později prostřednictvím CD a internetu) širokému okruhu zájemců.

Prvotní distribuce Linuxu tak byly jednoduše vymoženostmi pro lidi, kteří se chtěli vyhnout zkom-pilování celého operačního systému z ničeho, a kteří se nechtěli zabývat hledáním a instalací no-vého softwaru. Než byly vynalezeny první správci balíčků (package managers) RPM v Red Hatu a dpkg v Debianu, obyčejní uživatelé v podstatě nebyli schopni Linux nainstalovat, pokud nemě-li znalosti na úrovni experta. Více informací o správcích balíčků se dozvíte později v této knize – konkrétně v části, kde se budeme věnovat kompilaci vaší vlastní linuxové distribuce.

Moderní linuxové distribuce mají spoustu podob a velikostí, přičemž jsou určeny různým skupi-nám uživatelů. V současnosti tak existují nejenom distribuce pro koncové uživatele Linuxu, ale také robustní distribuce určené pro velké společnosti nebo distribuce pro různá kapesní zařízení, jako jsou PDA a chytré telefony (smartphone). I když tyto distribuce využívají odlišné balíčky, mají obvykle několik společných rysů, na které se můžete spolehnout. Například většina distribucí se snaží dosáhnout určité úrovně kompatibility s LBS (Linux Standard Base), což je v podstatě stan-dard sloužící pro zajištění kompatibility jednotlivých linuxových prostředí.

Svobodný software a open source Richard Stallman odstartoval projekt GNU a založil neziskovou organizaci Free Software Foun-dation pro jeho zastřešení. Pracoval také na první verzi General Public License ( GPL, všeobecná veřejná licence), pod kterou je licencováno velké procento softwaru běžícího na Linuxu. GPL je velmi zajímavý dokument, protože jeho cílem není omezovat použití licencovaného softwaru, ale chránit právo uživatelů a vývojářů na přístup ke zdrojovým kódům2.

2 V době, kdy byla psána tato kniha, podstupuje licence GPL velké změny. Nová verze licence bude pravděpodobně patřit mezi nejvíce kontroverzní licence pro svobodný software. Obsahuje totiž ne-jenom poznámky k licencování patentů a dalších technologií, ale také se snaží postavit mimo zákon DRM (digital right management, správa digitálních práv), což je souhrnný název pro technické postu-py, jejichž účelem je kontrolovat nebo omezovat využívání obsahu digitálních médií.

GPL dovoluje dělat změny v jádru Linuxu a v ostatním svobodném softwaru vytvořeném pod GPL, a to za předpokladu, že provedené změny zpřístupníte ostatním, aby je mohli použít (nebo je začlenit do příští verze software). Např. licence GPL vám dovoluje opravit chybu ve velké aplikaci typu Open Office, nebo přidat podporu nějakého nového audio formátu do multimediálního pře-hrávače v desktopovém systému GNOME. GPL vám jako vývojářům nabízí obrovskou flexibilitu ohledně modifikace Linuxu pro libovolný účel, přičemž zveřejníte všechny změny, aby i ostatní mohli těžit z vašich úprav. Tohle je smysl GPL, která se snaží udržet vývojářský proces otevřený.

Naneštěstí pro Richarda Stallmana angličtina není vybavena přesným ekvivalentem francouzského slova libre ("svobodný"), protože anglické slovo "free" je chápáno nejenom jako "svobodný", ale také jako "zdarma". To vede k tomu, že mnoho lidí si plete koncept svobodného softwaru (free soft-


ware) se softwarem, který je zdarma. V praxi je to sice tak, že drtivá většina svobodného softwaru je k dispozici zdarma, nicméně existují i organizace, které vydělávají peníze na poskytování technické podpory a dalších služeb k softwaru licencovanému pod GPL, který rovněž poskytují.

Na snížení chaosu spojeného s termínem "free software" byl vytvořen pojem "open source" (doslo-va "otevřený zdroj"), který se stal velmi populárním v devadesátých letech. Na rozdíl od svobod-ného softwaru se termín "open source" výslovně nezaměřuje pouze na software licencovaný pod GPL. Místo toho se odkazuje na všeobecnou touhu po softwaru, který poskytuje své zdrojové kódy (takže může být vylepšován a opravován ostatními), i když samotný zdrojový kód se nachází pod mnohem přísnější licencí než je GPL. Z tohoto důvodu existuje velké množství softwaru, který splňuje definici termínu "open source", a jenž současně nepatří mezi svobodný software.

Je velmi důležité, abyste pochopili požadavky, které GPL klade na práci, kterou můžete vykonat změnou existujícího softwaru licencovaného pod GPL. I když po vás není vyžadováno, abyste GPL licenci použili pro své programy, musíte respektovat práva ostatních, kteří tak učinili. Existuje velké množství situací, kdy je GPL licence porušena – obvykle firmami, které ani netuší, že své změny jádra Linuxu by měly zveřejnit, aby se na ně mohli podívat i ostatní. Protože určitě nechcete patřit do této skupiny, ujistěte se, že vy i vaši kolegové znáte licenci GPL a jsou vám zřejmá práva a po-vinnosti z ní vyplývající.

Začátek vývojePrvní krok, který jako vývojář Linuxu uděláte, je ten, že se vybavíte vším, co je potřeba na zvlád-nutí úloh, jež leží před vámi. To znamená, že budete potřebovat vhodný vývojářský systém, na kterém budete provádět kompilace a testování vašich vlastních linuxových programů. Ze začátku vám k této činnosti dobře poslouží jakákoliv pracovní stanice. Pokud ale plánujete pracovat na vět-ším množství softwaru, pravděpodobně se neobejdete bez pořádně výkonné mašiny, která dokáže znatelně snížit dobu kompilace, takže je dobré naplánovat její pořízení.

Chtěli bychom zdůraznit, že autoři této knihy vám nechtějí nařizovat, kterou distribuci Linuxu si máte stáhnout, nainstalovat a používat. Existuje velké množství dobrých linuxových distribucí, takže je vlastně jenom na vás, kterou si nakonec zvolíte. Rozhodně ale dává smysl se podívat na nej-známější distribuce (alespoň ze začátku), abyste měli přístup do velmi aktivních komunit vývojářů, kteří vám mohou ochotně poradit s řešením vašich prvních chyb, jež nepochybně přijdou.

Na webu www.distrowatch.com můžete najít informace o nejnovějších trendech v moderních linuxových distribucích. Tento web také poskytuje ke každé distribuci odkazy na užitečné infor-mační zdroje. Pokud nevíte, jaká distribuce Linuxu je pro vás nejvhodnější, podívejte se na webové stránky http://www.zegeniestudios.net/ldc, kde naleznete docela hezký test.


Výběr linuxové distribuceV době, kdy je psána tato kniha, existuje na světě kolem 300 linuxových distribucí, přičemž tohle číslo se zvyšuje každým dnem, takže v okamžiku, kdy čtete tuto knihu, můžete považovat tento údaj za zastaralý. Počet dostupných distribucí je velký hlavně díky domu, že skoro všechen software v průměrné distribuci Linuxu se nachází pod licencí GNU GPL, takže v podstatě kdokoliv může vzít existující nástroje a programy a udělat z nich balíček pro svou vlastní distribuci. Tím se sice podporuje iniciativa a experimentování, nicméně to může současně vést k nezvládnutelné noční můře pro ty, co se rozhodli vytvořit softwarové balíčky pro všech 300 distribucí.

Naštěstí pro vás, jako softwarového vývojáře, většina uživatelů Linuxu, které budete chtít podpo-rovat, používá pouze několik distribucí, obvykle těch nejznámějších. A ti uživatelé, kteří tyto dis-tribuce nepoužívají, s velkou pravděpodobností používají distribuce, jež vychází z těchto populár-ních distribucí. Je potřeba si uvědomit, že nové distribuce obvykle vznikají na základě speciálních požadavků určité skupiny uživatelů, přičemž těmto uživatelům je zcela jasné, že podpora jejich speciální distribuce nikdy nebude na takové úrovni, jakou mají k dispozici uživatelé distribuce, kterou používají statisíce lidí.

A zde je seznam deseti nejpopulárnějších distribucí v době psaní této knihy:

� Debian GNU/Linux.

� Fedora (předtím známá jako Fedora Core).

� Gentoo Linux.

� Mandriva Linux.

� Red Hat Enterprise Linux (RHEL).

� Slackware Linux.

� OpenSuSE.

� SuSE Linux Enterprise Server (SLES).

� Ubuntu.

Linuxové distribuce od Red Hatu Společnost Red Hat kdysi vytvořila linuxovou distribuci známou pod jménem Red Hat Linux (RHL). Tento název distribuce byl používán až do verze 0.9, kdy došlo k přejmenování této distri-buce na Red Hat Enterprise Linux (RHEL). Přibližně ve stejném čase se distribuce Fedora od stej-ného výrobce stala komunitní distribucí pro všechny, kdo preferují kompletní open source verzi bez komerční podpory. Tato distribuce je velice populární mezi desktopovými uživateli a nadšenci, přičemž je široce používána nejenom vývojáři svobodného softwaru, ale také komerčními dodava-teli, kteří potřebují ověřit funkčnost svého softwaru před tím, než ho přidají do verze Enterprise.

Pro více informací o společnosti Red Hat se podívejte na web www.redhat.com. Projekt Fedora má svůj vlastní web na adrese www.fedoraproject.org.

KAPITOLA 4 Správa zdrojových kódů

Tvorba moderního softwaru je složitý a zdlouhavý proces, který zahrnuje neustále se opakující kompilační cykly, starosti s chybami či nekonečné testování funkčnosti softwaru. Vývojáři jsou nu-ceni udržovat celý softwarový projekt v takovém stavu, aby bylo možné zajistit reprodukovatelnost výsledků, které byly získány během procesu kompilace a testování (a kromě toho jsou dále nuceni udržovat celkovou produktivitu). Ve světle těchto informací vás tudíž asi nepřekvapí skutečnost, že správa zdrojových kódů (SCM, Source Code Management) tvoří velkou část procesu vývoje soft-waru. Toto mimo jiné znamená, že výběr toho správného řešení SCM je nejenom velmi důležitým, ale potenciálně i velmi nákladným procesem.

Linuxoví vývojáři obvykle používají dvě diametrálně odlišné formy SCM. První z nich je založena na tradičním centralizovaném vývojovém modelu, v němž vývojáři upravují jednotlivé zdrojové soubory, přičemž své úpravy poskytují skrze nějaký centrální systém, který uchovává historii jed-notlivých změn (takže není problém zjistit, kdo, kde a kdy provedl nějakou úpravu), a jenž kromě dalších věcí umožňuje spravovat přístupy konkrétních vývojářů ke konkrétním částem projektu v konkrétních časech (což usnadňuje spolupráci více vývojářů, kteří mohou na projektu pracovat současně). Druhá forma SCM je distribuovaná, nezávislá na centralizaci a je více vhodná pro velké geograficky distribuované projekty.

V této kapitole se dozvíte více informací o různých SCM, které jsou dostupné pro linuxové systé-my a budete moci experimentovat s různými implementacemi. Tato kapitola se sice nevěnuje prá-ci s příslušnými nástroji, nicméně získáte dostatek znalostí, abyste byli schopni nalézt informace o všem, co ještě neznáte. Dále se naučíte, jak mohou být různé integrované nástroje, jako je Eclipse, rozšířeny o schopnosti SCM. Jakmile si přečtete celou tuto kapitolu, měli byste porozumět různým systémům pro správu zdrojových kódů, se kterými se můžete setkat při používání Linuxu. Získáte také znalosti, které jsou nutné pro pochopení práce s různými komerčními SCM systémy.

126 Kapitola 4 – Správa zdrojových kódů

Proč potřebujeme SCMSpráva zdrojových kódů (SCM) může být pojmem, se kterým jste se pravděpodobně ještě nesetkali (nebo se s tímto pojmem setkáváte velmi zřídka). V reálném světě se velmi často stává, že v pro-cesech, které probíhají celou řadu let, se postupně začínají používat různé modernější pojmy. To znamená, že SCM může pro různé lidi znamenat různé věci, nicméně v kontextu této knihy tento pojem chápeme jako systém, který je určen pro sledování a řízení procesu vývoje softwaru a dal-ších činností s tím spojených. Nejčastější činnosti, které souvisí s SCM, jsou následující:

� Kontrola zdrojových kódů v rámci repozitáře (repository).

� Synchronizace práce s ostatními vývojáři.

� Správa verzí projektu (a jeho větví).

� Správa kompilace.

� Integrace procesů vývoje softwaru.

Většina řešení SCM poskytuje určitou formu repozitáře zdrojů. Repozitář v tradičním slova smyslu představuje centrální prostor celého projektu, v jehož rámci mohou ostatní vývojáři, kteří se podí-lejí na projektu, vkládat své vlastní úpravy a sledovat úpravy jiných. Vývojáři svou práci na projektu vždy zahajují tím, že ve svém lokálním prostředí si vyhradí nějaký pracovní prostor, ze kterého mohou přímo pracovat se sdílenými soubory. Jakmile jsou změny, které provedli, považovány za vyhovující, jsou testovány a prověřovány v rámci samotného repozitáře.

Vývojář, který pracuje v rámci SCM, často spolupracuje s několika dalšími vývojáři, kteří pracují na jiných částech stejného projektu (nebo dokonce se stejným zdrojovým souborem). Jednou z pri-márních funkcí SCM je spravovat tyto samostatně provedené změny a po celou dobu vývoje po-skytovat vývojářům souvislý přehled repozitáře. Provedené změny (někdy označované jako chan-geset) mají za následek aktualizaci repozitáře, což v podstatě znamená, že tyto změny se promítnou do repozitáře, takže ostatní vývojáři se dozví, zdali mají aktualizovat svůj lokální obraz projektu. A pokud ano, do jejich obrazu projektu se zahrnou poslední provedené změny.

Typický SCM dovoluje po ukončení vývojového cyklu označit aktuální stav repozitáře jako "vhodný k uvolnění". Toto řešení představuje nadstavbu k běžnému označování verzí, které se provádí vždy, když je zdrojový soubor v rámci repozitáře upraven a zaregistrován. Mnoho SCM rovněž podpo-ruje koncepci větvení, která umožňuje vývoj několika souběžných variant stejného projektu. Tohle je potřeba v případech, kdy projekt musí podporovat několik odlišných platforem, přičemž práce na podporu těchto různých hardwarových / softwarových platforem je prováděna různými týmy.

Jak můžete sami vidět, SCM zajišťuje všechno, co je nezbytné pro správu softwarového projektu. Pro samotné vývojáře a pro správce projektu (případně pro další, kteří se na daném projektu po-dílejí) je velmi důležité mít k dispozici možnost vizualizovat celý proces vývoje v jeho průběhu. Dobré SCM řešení by mělo být nenápadné, přičemž jeho nástroje musí být snadno použitelné samotnými vývojáři. Není nic více frustrující, než používání pomalých a těžkopádných nástrojů, které se navíc musí používat každý den opakovaně. Nástroj git, což je SCM systém používaný li-


nuxovou komunitou pro vývoj samotného linuxového jádra, je jedním z takových dobrých a lehce použitelných nástrojů. Více informací o něm naleznete později v této kapitole.

Centralizovaný vs decentralizovaný vývojJedno z prvních rozhodnutí, které je potřeba vykonat při práci s SCM na linuxových systémech, není to, jaký konkrétní systém vlastně použít, ale spíše jaký typ. V tradiční centralizované situaci budeme pracovat s centrálním repozitářem a používat nástroj jako je CVS (Concurrent Versio-ning System, systém pro sledování verzí) pro sledování změn v rámci tohoto repozitáře, které byly zrealizovány během práce s konkrétními zdrojovými soubory projektu. V této situaci si typicky přivlastníte nějakou konkrétní část projektu, abyste se vyhnuli konfliktům se změnami, které by mohly být pro tuto část projektu provedeny ve stejné době jiný vývojářem.

V posledních letech se ovšem pozornost upírá na decentralizované SCM systémy. To vedlo k vy-tvoření mnoha mocných nástrojů, jako je například git, což je nízkoúrovňový nástroj používaný Linusem Torvaldsem pro vývoj samotného jádra Linuxu. V decentralizovaném prostředí SCM neexistuje žádný centrální repozitář, se kterým musejí všichni vývojáři pracovat. Místo toho má každý vývojář k dispozici svou část stromu projektu, ve které může provádět libovolné požadované změny. Po dokončení práce jsou tyto změny získány od jednotlivých vývojářů a následně sloučeny dohromady. Případné konflikty mezi různými verzemi kódu jsou samozřejmě řešeny.

Oba přístupy mají své výhody i nevýhody. Centralizovaný přístup funguje dobře v silně struktu-rovaném prostředí, ve kterém jsou servery vždy dostupné, a kdy se od vývojářů očekává, že budou přesně postupovat podle konkrétních procedur, jež umožní korektní zavedení změn do projektu. Decentralizovaná řešení SCM jsou v zásadě méně organizovaná, nicméně poskytují tu výhodu, že jsou více bezpečnější (v porovnání s jedním jediným centrálním úložištěm centralizovaných SCM systémů). Dále mají schopnost fungovat kdekoliv a kdykoliv, a to ani nemluvíme o schopnostech inteligentního slučování mnoha souběžných změn od různých vývojářů.

To, jakému SCM systému dát přednost, je závislé na stylu vývoje. Pokud pracujete jako samostatný vývojář (nebo v malém týmu v nějaké malé společnosti), má rozhodně smysl instalovat a používat centralizované řešení SCM. V takovém prostředí existuje velmi malé množství základních omezení a je docela nepravděpodobné, že by dva vývojáři pracovali ve stejnou dobu na stejném problému (a nevěděli o sobě), takže konkrétní vývojář si může v takové situaci (a bez jakýchkoliv skrupulí) rovnou přivlastnit daný zdrojový soubor a po nějakou dobu s ním pracovat.

Pokud se ovšem stanete součástí mnohem většího projektu (ať už komerčního nebo komunitního), rozhodně zvažte použití nějakého decentralizovaného SCM řešení, které jednotlivým vývojářům umožní, aby byli tak výkonní a nezávislí, jak je to jenom možné. Mezi takové velké projekty napří-klad patří vývoj samotného linuxového jádra, přičemž stále více a více projektů se přiklání k pou-žívání decentralizovaných SCM řešení.


Centralizované systémyExistuje celá řada centralizovaných SCM systémů, které se běžně používají na linuxových systé-mech. Ve skutečnosti jich existuje tolik, že jednoduše není vůbec možné, abychom se zaměřili na každý z nich. Většina těchto centralizovaných systémů se ovšem chová velmi podobně, při-čemž mají i podobné schopnosti (a samozřejmě jsou v některých detailech odlišné). Tyto systémy si pochopitelně můžete sami vyzkoušet na vlastní kůži a následně se rozhodnout, který z nich je pro vaše centralizované prostředí nejlepší.

Ničeho se nebojte – ať už si vyberete tak či onak, žádné vaše rozhodnutí v této věci nebude možné označit za "dobré" nebo "špatné" (ačkoliv na toto téma existuje velké množství rozdílných nástrojů). Na jisté úrovni je totiž volba konkrétního SCM systému pouze věcí vkusu a politiky vaší společ-nosti. Následující část této kapitoly popisuje SCM systémy CVS a Subversion, které jsou typickými představiteli centralizovaných SCM systémů, které jsou široce používány mnoha linuxovými vývo-jáři. Pomocí těchto dvou systémů jsou spravovány extrémně rozsáhlé projekty po celém světě.

CVS – systém pro sledování verzíWebové stránky projektu: http://www.nongnu.org/cvs.

CVS (Concurrent Version System, systém pro sledování verzí) je v současné době jedním z nejvíce populárních nástrojů SCM, které jsou používány linuxovými vývojáři. Jedná se také o jeden z nej-starších dostupných nástrojů vůbec. Jeho kořeny sahají až do osmdesátých let 20. století, kdy byl vyvinut systém RCS (Revision Control System), který sloužil pro kontrolu revizí. Současný CVS je založen na centrálním repozitáři, který obsahuje jednotlivé zdrojové projekty, a jež jsou pod kontrolou systému CVS. Pro interakci s repozitářem a pro správu zdrojů v rámci daného projektu lze použít příkaz cvs.

Téměř všechny distribuce Linuxu obsahují předinstalovaný nástroj CVS jako součást vývojářských ba-líčků. Pokud ovšem zjistíte, že systém CVS není na vašem počítači dostupný, zkuste ověřit, zdali jste během instalace Linuxu nezapomněli nainstalovat nástroje pro vývoj (nebo pro vaše experimenty po-užijte jiný počítač, pokud jej máte k dispozici).

Na rozdíl od mnoha jiných nástrojů, které existovaly před CVS, CVS podporuje souběžný (concur-rent) vývoj (písmeno "C" ve zkratce CVS). To znamená, že vývojáři, kteří si vyzvednou konkrétní zdrojový soubor a začnou s ním pracovat, nebudou nijak blokovat ostatní vývojáře, kteří provedou stejnou činnost. Předchozí nástroje před CVS obvykle vyžadovaly, aby vývojáři striktně oznámili svůj záměr pracovat s daným souborem, čímž byl tento soubor zablokován pro ostatní vývojáře. Díky tomu samozřejmě vznikaly různé nepříjemné situace, kdy nějaký vývojář, který chvatně od-cestoval na dovolenou, zapomněl v repozitáři odemknout soubory, se kterými před svým odjez-dem pracoval. Ostatní vývojáři tak museli čekat na odblokování příslušných souborů. Nelze se tedy divit, že když se na scéně poprvé objevil systém CVS, byla to docela revoluční událost.


Systém CVS samozřejmě není samospasitelný. Aby mohl podporovat souběžný vývoj, muselo se přistoupit k některým kompromisům. Je možné, aby dva vývojáři mohli ve stejnou dobu upravovat jeden jediný soubor (a rovněž současně registrovat všechny změny, které byly v souboru provede-ny). CVS tyto konfliktní situace zpracovává tak, že poskytne vývojáři možnost porovnat své změny se změnami ostatních vývojářů a rozhodnout, jakým způsobem tyto změny zkombinovat.

Abyste rychle pronikli do způsobu práce s CVS, následující části obsahují užitečné informace o tom, jak vytvářet a spravovat repozitáře systému CVS. Kvůli svým experimentům sice nemusíte vytvá-řet svůj vlastní repozitář systému CVS, nicméně pokud to uděláte, získáte pro sebe vyšší stupeň svobody, nehledě na to, že budete schopni si libovolně vyzkoušet všechny vaše možné (i nemožné) experimenty bez toho, že byste někomu způsobili nějaké problémy. Pokud nepotřebujete vlastní repozitář, vězte, že mnoho velkých open source projektů může být spravováno prostřednictvím CVS, takže klidně použijte CVS server nějakého takového projektu.

Populární webový server Source Forge (www.sourceforge.net), který je využíván velkým množ-stvím různých open source projektů, poskytuje zdarma zdroje CVS serveru každému projektu, který chce u nich hostovat. Budou vám zde také poskytnuty informace, pomocí kterých se dozvíte, jak využívat tyto prostředky serveru jako vzdálený anonymní uživatel. To sice znamená, že jako anonymní uživatel nebudete schopni zapisovat vámi provedené změny zpět do CVS repozitáře, nicméně pro naše následující experimenty není tato skutečnost nijak omezující.

Vytvoření CVS repozitáře Vlastní repozitář systému CVS můžete vytvořit prostřednictvím následujícího příkazu:

$ cvs -d /usr/local/cvsroot init$ cvs -d /usr/local/cvsroot init

Tento příkaz říká systému CVS, aby v adresáři /usr/local/cvsroot vytvořil nový repozitář. Ad-resář /usr/local je obvykle chráněn, takže do něj může zapisovat pouze uživatel root. Protože obvykle nejste ke svému systému přihlášeni jako uživatel root, můžete vytvořit nový repozitář buď jako uživatel root (s využitím příkazu sudo), a pak nastavit přístupová práva k souborům v ad-resáři cvsroot (prostřednictvím příkazu chown, nebo nastavením sdílené skupiny uživatelů pro přístup systému CVS do centrálního repozitáře), nebo zvolit jiné umístění pro váš nový repozitář.

Pokud chcete pro vaše experimenty používat vlastní repozitář CVS, vůbec nezáleží na tom, kde bude umístěn. Pokud se vám to hodí, klidně použijte nějaký podadresář vašeho domovského adresáře.

Adresář cvsroot je velmi důležitý. Jedná se o kořen repozitáře, který bude obsahovat všechny pro-jekty, jež jsou pod kontrolou systému CVS. Protože veškeré operace se budou vztahovat k tomuto adresáři, bude velmi užitečné nastavit proměnnou prostředí CVSROOT takovým způsobem, abyste nemuseli tuto informaci sdělovat systému pokaždé, když budete volat nějaký příkaz. Nastavení proměnné prostředí CVSROOT vykonáte prostřednictvím následujícího příkazu:

$ export CVSROOT=/usr/local/cvsroot$ export CVSROOT=/usr/local/cvsroot


Vytvoření nového CVS projektu Jakmile máte vytvořený repozitář a nastavenou proměnnou prostředí CVSROOT, můžete buď vytvá-řet nové projekty, které budou spravovány systémem CVS, nebo vkládat do repozitáře vaše nějaké již existující projekty. Ve většině situací budete mít k dispozici nějaký projekt, takže předpoklá-dejme, že jej budete chtít vložit do existujícího repozitáře. K tomu můžete samozřejmě použít li-bovolný projekt, takže pro účely tohoto příkladu použijeme například ukázkový kód z kapitoly 2. S využitím následujícího příkazu importujte adresář toolchains do vašeho nového repozitáře.

$ cd toolchains$ cd toolchains

$ cvs import -m "toolchains example" plp/toolchains plp start$ cvs import -m "toolchains example" plp/toolchains plp start

Měli byste uvidět výstup podobný tomu následujícímu (je zkrácen kvůli stručnosti):

cvs import: Importing /usr/local/cvsroot/plp/toolchains/srccvs import: Importing /usr/local/cvsroot/plp/toolchains/src

N plp/toolchains/src/MakefileN plp/toolchains/src/Makefile

N plp/toolchains/src/hello.cN plp/toolchains/src/hello.c

N plp/toolchains/src/helloN plp/toolchains/src/hello

I plp/toolchains/src/main.oI plp/toolchains/src/main.o

N plp/toolchains/src/message.cN plp/toolchains/src/message.c

N plp/toolchains/src/hello.sN plp/toolchains/src/hello.s

N plp/toolchains/src/main.cN plp/toolchains/src/main.c

I plp/toolchains/src/message.oI plp/toolchains/src/message.o

N plp/toolchains/src/trigN plp/toolchains/src/trig

I plp/toolchains/src/libmessage.soI plp/toolchains/src/libmessage.so

N plp/toolchains/src/trig.cN plp/toolchains/src/trig.c

N plp/toolchains/src/goodbye_sharedN plp/toolchains/src/goodbye_shared

No conflicts created by this importNo conflicts created by this import

Povšimněte si, že systém CVS na začátku každého řádku zobrazí znak N, nebo I pro každý importovaný soubor. Tímto způsobem je indikován stav příslušného souboru v rámci repozitáře. Znak N znamená, že daný soubor byl nově vytvořen během tohoto importu, zatímco znak I, který se objevil u objekto-vých souborů s příponou .o a .so, vás informuje o tom, že systém CVS bere tyto soubory na vědomí, a že je bude ignorovat. Prostřednictvím speciálního souboru .cvsignore, který lze později vytvořit v rámci adresářové struktury konkrétního projektu, máte možnost specifikovat, jaké soubory budou ignorovány. Více informací naleznete v dokumentaci systému CVS.

Předchozí příkaz importuje projekt toolchains do repozitáře, který je uveden v proměnné pro-středí $CVSROOT. Samotný kód projektu je uložen uvnitř repozitáře v adresáři $CVSROOT/plp/tool-chains, což umožňuje seskupovat vzájemně související projekty pod stejný adresář plp. Parametr plp ve výše uvedeném příkazu je použit jako označení projektu dodavatele, zatímco start ozna-čuje první vydání. Tyto dva dodatečné parametry sice není nutné bezprostředně používat, nicméně systém CVS je při vytváření nového repozitáře vyžaduje.


Když importujete do repozitáře nějaké zdrojové soubory, systém CVS standardně spustí nějaký textový editor (většinou podle hodnoty proměnné prostředí $EDITOR), což vám umožní specifi-kovat text, který bude sloužit jako popis samotného importu. Tím, že v předchozím příkazu jsme použili parametr -m, jsme systém CVS informovali, aby pro tento konkrétní import použil popisný text "toolchains example", a aby nespouštěl žádný externí textový editor. Grafické nástroje CVS (včetně různých rozšíření k vývojovému open source prostředí Eclipse) obvykle použijí nějaký li-bovolný vestavěný editor, který je v době importu k dispozici.

Vyzvednutí zdrojů z CVSJakmile se vám podařilo importovat projekt do repozitáře, před samotným zahájením prací musíte z repozitáře vyzvednout soubory, se kterými chcete pracovat. To se provádí tak, že vytvoříte nový pracovní adresář, ověříte, zdali je správně nastavena hodnota proměnné prostředí CVSROOT (což je cesta k repozitáři, který jste vytvořili), a pak vykonáte následující příkaz v rámci pracovního adre-sáře, do něhož se mají uložit vyzvednuté soubory:

$ cvs co plp/toolchains$ cvs co plp/toolchains

V příkazu cvs je možné použít parametr-d, čímž potlačíte proměnnou prostředí CVSROOT. Nahléd-něte do dokumentace systému CVS, kde naleznete další informace o potlačení metod použitých pro přístup k repozitáři. Je například možné systém CVS informovat o tom, že prostřednictvím tzv. bez-pečnostního lístku Kerberos musí být uživatel autentizován, aby bylo možné lépe zabezpečit server systému CVS. Pro bezpečnější komunikaci se vzdáleným serverem je také možné použít protokol SSH.

Jakmile požádáte systém CVS o vyzvednutí zdrojů z centrálního repozitáře, objeví se výpis o vy-zvednutí příslušných adresářů a souborů, který je podobný následujícímu:

cvs checkout: Updating plp/toolchains/srccvs checkout: Updating plp/toolchains/src

U plp/toolchains/src/MakefileU plp/toolchains/src/Makefile

U plp/toolchains/src/goodbye_sharedU plp/toolchains/src/goodbye_shared

U plp/toolchains/src/helloU plp/toolchains/src/hello

U plp/toolchains/src/hello.cU plp/toolchains/src/hello.c

U plp/toolchains/src/hello.sU plp/toolchains/src/hello.s

U plp/toolchains/src/main.cU plp/toolchains/src/main.c

U plp/toolchains/src/message.cU plp/toolchains/src/message.c

U plp/toolchains/src/trigU plp/toolchains/src/trig

U plp/toolchains/src/trig.cU plp/toolchains/src/trig.c

Proces vyzvedávání vytvoří adresář plp, ve kterém bude umístěn podadresář toolchains se zdro-jovými soubory našeho ukázkového projektu. Znak U na začátku každého řádku se jménem sou-boru ve výše uvedeném výpisu vás informuje o tom, že z repozitáře byla vyzvednuta aktuální verze příslušného souboru.


Vyzvednutí budoucích verzí projektu – například těch, které obsahují změny, jež byly provedeny jinými vývojáři – lze provést následujícím jednoduchým příkazem:

$ cvs update$ cvs update

Tímto budou z repozitáře staženy všechny zdrojové soubory, které byly změněny. Vámi provede-né změny v souborech budou samozřejmě označeny, aby nemohlo dojít k nějakým konfliktům. Je dobrou programátorskou technikou se CVS dotázat na aktualizované soubory projektu ještě před-tím, než se pokusíte zaregistrovat vámi provedené úpravy. Registraci vašich změn do systému CVS se detailněji věnuje následující část kapitoly.

Registrace provedených změnÚprava jednotlivých zdrojových souborů a jejich následná registrace do centrálního repozitáře je díky systému CVS velice snadná. Ukážeme si to pomocí následujícího příkladu. Zdrojový kód pro-gramu hello.c upravte podle tohoto výpisu (nově přidaný řádek je zvýrazněn tučným řezem):

/*

* Professional Linux Programming - Hello World

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv)

{

printf("CVS is a Software Configuration Management tool!\n"); printf("CVS is a Software Configuration Management tool!\n");

return 0;

}

Pomocí příkazu make tento program vybudujte a jako obvykle otestujte jeho funkčnost. Pak pro-střednictvím následujícího příkazu zaregistrujte upravený soubor do vašeho repozitáře.

$ cvs commit

Tím, že jsme nepoužili parametr -m, bude spuštěn nějaký textový editor, pomocí kterého lze vy-tvořit krátké shrnutí ohledně provedených úprav (například: "Na žádost hlavního programátora byla do kódu příkladu Hello world přidána nová zpráva"). Jakmile toto shrnutí vložíte a pomocí textového editoru uložíte, změny provedené ve vaší aplikaci budou zaregistrovány.

Systém CVS po vykonání akce commit vypíše tuto zprávu:

cvs commit: Examining .

/usr/local/cvsroot/plp/toolchains/src/hello,v <-- hello

new revision: 1.2; previous revision: 1.1

/usr/local/cvsroot/plp/toolchains/src/hello.c,v <-- hello.c

new revision: 1.2; previous revision: 1.1

KAPITOLA 6 Databáze

Když běží nějaká linuxová aplikace, všechna data, která jsou použita v této aplikaci, se nacháze-jí v systémové paměti. Jakmile běh aplikace skončí, data z paměti budou ztracena. Když aplikaci spustíte příště, libovolná data z předcházející relace již nebudou dostupná. Většina aplikací pracu-jících s daty ovšem vyžaduje, aby data byla dostupná v různých relacích. Možnost ukládat data je tudíž zásadním požadavkem pro každou aplikaci, která pracuje s historickými daty, což mohou být například záznamy o zaměstnancích, evidence majetku, vedení účetnictví atd.

Tato kapitola popisuje dvě metody, které implementují ukládání dat v linuxových aplikacích. Nej-prve vám předvedeme metodu, která využívá zabudovaný databázový engine. Zabudování data-bázového enginu do aplikace vám poskytne jednoduchou funkcionalitu pro uložení dat bez toho, abyste museli řešit režii a správu samostatného databázového serveru. Následně vám předvedeme metodu, která využívá plnohodnotný databázový server s otevřeným zdrojovým kódem. Když je použit databázový server, zákazníci mohou k vašim datům přistupovat z kteréhokoliv místa v míst-ní síti (nebo také prostřednictvím sítě internet!).

Trvalé uložení datKlíčem k trvalému ukládání dat je schopnost rychle získávat uložená data. Moderní databáze vy-užívají pro rychlý přístup k uloženým datům poměrně velké množství různých technik a metod, přičemž existuje spousta názorů na to, jak má vypadat ideální návrh, konfigurace a řízení databáze. Linux naštěstí nabízí produkty, které pokrývají široké spektrum řešení. Ukládání dat bývá v linuxo-vých aplikacích obvykle implementováno jedním ze tří následujících způsobů:

� Prostřednictvím čtení a zápisu do standardních souborů.

� Prostřednictvím zabudovaného databázového enginu.

� Prostřednictvím externího databázového serveru.

Každá z metod má svá pro i proti, která je nutné při tvorbě aplikace ukládající data brát v úvahu.

188 Kapitola 6 – Databáze

Použití standardního souboruNejzákladnější formou používanou pro ukládání dat je uložení dat do nějakého standardního sou-boru na vašem pevném disku. V Linuxu je možné zapsat data do nějakého souboru na disku a ná-sledně k těmto datům přistupovat. Systém Linux může kontrolovat přístup uživatelů k těmto sou-borům, což znamená, že můžete zajistit, aby k uloženým datům nemohli neoprávněně přistupovat cizí uživatelé nebo aplikace. Ve většině linuxových aplikací probíhá práce se soubory v několika krocích. Tyto kroky názorně ukazuje obrázek 6.1.

Obrázek 6.1.

Většina programovacích jazyků v Linuxu poskytuje funkce, které jsou nezbytné pro otevření sou-borů, zápis dat, čtení dat a uzavření souborů. Velkou nevýhodou použití standardních souborů pro ukládání dat je výkon. Ačkoliv vytvoření souborů a následný zápis dat je velmi jednoduchý úkol, vyhledávání dat uložených v souboru už tak jednoduché není. Vyhledání konkrétního záznamu v souboru, který například obsahuje tisíce různých záznamů, obvykle znamená, že pro jeho získání musíte přečíst všechny záznamy, jež jsou v daném souboru k dispozici. A to může být hodně po-malá činnost. Pro ukládání dat je tak mnohem vhodnější použít databázi.

Použití databázeSoučasná databázová teorie nabízí mnoho metod vedoucích ke zvýšení výkonu vyhledávání dat v databázi. Místo ukládání datových záznamů do souboru v pořadí, v jakém byly přidány, databá-zový systém umožňuje uspořádat záznamy podle hodnot, které jsou nazývány jako klíče, přičemž pro tyto klíče může vytvořit samostatné soubory, jež obsahují ukazatele na příslušné záznamy. Tímto vám chceme sdělit, že uspořádání dat podle nějakého jedinečného klíče slouží k tomu, aby databáze mohla opravdu rychle získat požadované informace. Rychlost této metody pro přístup k datům se vůbec nedá srovnat s rychlostí metody, ve které je nezbytné prohledat všechny zázna-my.


Samozřejmě se pak nabízí otázka, jak takový databázový systém vůbec naprogramovat. Vytvoření řádné logiky pro implementaci databáze vyžaduje velké množství kódu, přičemž existují dva pří-stupy, jak implementovat databázovou logiku pro vaši aplikaci.

První přístup spočívá v tom, že do vaší aplikace se zahrnou jednoduché databázové funkce, jejichž funkcionalita je zajišťována prostřednictvím jednoduchých knihoven. Toto ukazuje obrázek 6.2.

Obrázek 6.2.

Knihovna databázového enginu poskytuje funkce pro vytváření databázových souborů, pro vklá-dání, změny a odstraňování záznamů a v neposlední řadě i funkce používané pro dotazy na obsah databáze. Protože tyto databázové funkce jsou implementovány do kódu samotné aplikace, ne-potřebujete nějaký externí databázový server, který by bylo nutné spravovat. Řečeno jinými slovy – všechny databázové funkce tvoří nedílnou součást aplikace. To znamená, že aplikace jako taková si sama spravuje příslušné datové soubory (včetně přístupu k nim).

Nedostatky zabudovaného databázového enginu se projeví ve víceuživatelském prostředí. Když po-užíváte pouze jedinou aplikaci, nevznikají žádné problémy s přístupem k databázovému souboru a s jeho případnou aktualizací. Pokud se ale více uživatelů začne současně snažit o přístup k sou-boru databáze (a o uložení svých změn), může snadno dojít k porušení integrity dat. V takovém případě je potřeba, aby přístup k databázovým datům řídil jeden jediný subjekt, který bude rovněž rozhodovat o tom, kdy budou aktualizovaná data k dispozici pro ostatní uživatele.

A toto je okamžik, kdy přichází na scénu databázový server, který má na starosti kompletní správu dat v databázi. Aplikace, které chtějí přistupovat k datům v databázi, tak musí činit prostřednic-tvím tohoto databázového serveru. Databázový server může nejenom určovat, k jakým datům mo-hou mít jednotliví uživatelé přístup, ale také to, jak budou data od jednotlivých uživatelů uložena do databáze. Typické prostředí s databázovým serverem je ukázáno na obrázku 6.3.


Obrázek 6.3.

Aby mohly aplikace komunikovat s databázovým serverem, opět musejí používat nějakou knihov-nu funkcí. Taková knihovna poskytuje funkce, které například zajišťují připojení k serveru, vklá-dání, změnu a odstraňování dat v databázi či vykonávání dotazů pro databázi. Aby s databázovými servery mohla pracovat velká skupina různých klientů, bylo pro zjednodušení celého procesu vy-myšleno několik standardů. Sem například patří standard SQL (Standard Query Language, doslo-va standardní dotazovací jazyk), který je používán jako standardní protokol pro zasílání příkazů databázovému serveru a pro získávání výsledků.

Následující části této kapitoly představují dva oblíbené databázové servery pro Linux. Berkeley DB je ukázkou databázového enginu zabudovaného do aplikace, zatímco PostgreSQL demonstruje možnosti centrálního databázového serveru.

Balíček Berkeley DB Open source balíček Berkeley DB patří mezi nejvíce oblíbený a nejvíce používaný databázový en-gine, který vám nabízí velké množství pokročilých databázových funkcí prostřednictvím snadno použitelné knihovny, kterou můžete připojit k vašim aplikacím napsaným v jazyce C nebo C++.

Životní dráha Berkeley DB je docela pestrá. Jak již napovídá samotný název balíčku, jeho vývoj od-startoval na kalifornské univerzitě v Berkeley jako jednoduchý databázový projekt, který byl určen pro operační systém BSD verze 4.4. Po nějaké době se ovšem stal natolik oblíbeným, že společnost Netscape Corporation v roce 1996 požádala jeho autory o uvolnění Berkeley DB k obecnému po-užití. Díky tomu byla založena společnost Sleepycat Software Incorporated, která měla pokračovat v dalším vývoji Berkeley DB – ovšem již nezávisle na unixové distribuci BSD. Společnost Sleepycat


Software následně tento produkt vydala nejenom pod komerční licencí (pro podporu komerč-ních instalací), ale také ve formě otevřeného kódu (tzv. licence Sleepycat). Před nějakou dobou byla společnost SleepyCat Software (a tudíž i produkt Berkeley DB) odkoupena společností Ora-cle. Přestože je Oracle jedním z předních komerčních dodavatelů databázových systémů, produkt Berkeley DB je stále k dispozici ve formě otevřeného kódu. Následující části této kapitoly popisují, jak se dá balíček Berkeley DB stáhnout, zkompilovat, nainstalovat a používat ve vašich linuxových aplikacích.

Stažení a instalaceProtože Berkeley DB patří mezi oblíbené balíčky, je součástí mnoha linuxových distribucí (a v ně-kterých je dokonce k dispozici i ve standardních instalacích). Pokud Berkeley DB není nainstalo-ván ve vašem systému, můžete jej nainstalovat dodatečně v podobě balíčku předkompilovaného pro vaši konkrétní distribuci, nebo si z webu Oracle stáhnout nejnovější verzi zdrojových souborů, které si sami zkompilujete a následně nainstalujete.

Když se rozhodnete použít předkompilovaný balíček, postupujte podle obvyklého postupu pro instalaci softwaru ve vaší distribuci. Nezapomeňte nainstalovat jak samotné soubory knihoven, tak i soubory pro vývoj. Obvykle jsou rozděleny do dvou balíčků, které je potřeba nainstalovat samostatně.

Nejnovější verze Berkeley DB je k dispozici na webu Oracle. V současné době ji můžete najít na adrese www.oracle.com/technology/products/berkeley-db/index.html. V pravém horním rohu stránky klikněte na červené tlačítko Download.

V době psaní této knihy byla nejnovější verze označena 4.5.20 (v době překladu této knihy je ak-tuální verze 4.6.21, poznámka redaktora). Berkeley DB je pochopitelně k dispozici v několika růz-ných konfiguracích a formátech balíčků. Pro instalaci balíčku v Linuxu si stáhněte balíček s přípo-nou .tar.gz (je jedno, zdali se šifrováním AES nebo bez něj).

Stažený soubor si ve vašem linuxovém systému uložte do pracovního adresáře. Protože je balíček distribuován ve formě zdrojového kódu, musíte jej prvně rozbalit a následně zkompilovat. Pro roz-balení zdrojového balíčku použijte následující příkaz:

$ tar -zxvf db-4.5.20.tar.gz$ tar -zxvf db-4.5.20.tar.gz

Tento příkaz vytvoří ve vašem pracovním adresáři nový podadresář db-4.5.20 a rozbalí do něj všechny soubory se zdrojovým kódem.

Balíček Berkeley DB se kompiluje poněkud odlišným způsobem, než jak je tomu v případě jiných balíčků, které jsou k dispozici ve formě otevřeného kódu. Jako první krok musíte přejít do přísluš-ného podadresáře build_xxx, který se nachází v hlavním adresáři. V případě linuxových systémů se jedná o adresář build_unix. Z tohoto místa pak spusťte konfigurační program, který se nachází v adresáři dist. Kód pro vykonání těchto činností vypadá takto:

[db-4.5.20]$ cd build_unix[db-4.5.20]$ cd build_unix


[build_unix]$ ../dist/configure[build_unix]$ ../dist/configure

Konfigurační utilita ověří vlastnosti systému a následně vytvoří soubory, které jsou potřebné pro zkompilování aplikace. Jakmile je tato činnost ukončena, v adresáři build_unix spusťte příkaz make:

[build_unix]$ make[build_unix]$ make

Po skončení kompilace nainstalujte do vašeho systému knihovnu a soubory pro vývoj prostřednic-tvím příkazu make s parametrem install:

[build_unix]$ make install[build_unix]$ make install

Nezapomeňte, že tento krok byste měli provést jako uživatel root. Jakmile máte knihovnu a soubo-ry pro vývoj úspěšně nainstalovány, můžete se pustit do programování.

Kompilace programů Knihovna Berkeley DB a soubory pro vývoj se standardně nainstalují do čtyř podadresářů, které jsou umístěny v adresáři /usr/local/BerkeleyDB.4.5. Jedná se o tyto čtyři podadresáře:

� Bin. Obsahuje utility pro zkoumání a opravování databázových souborů Berkeley DB.

� Docs. Obsahuje HTML dokumentaci pro API C a další utility.

� Include. Obsahuje hlavičkové soubory C a C++ pro komplikaci aplikací využívajících knihovnu Berkeley DB.

� Lib. Obsahuje soubory sdílených knihoven pro kompilaci a běh aplikací využívajících knihovnu Berkeley DB.

Abyste mohli spouštět aplikace, které využívají knihovnu Berkeley DB, musíte do seznamu kniho-ven dostupných v systému přidat adresář lib. Seznam adresářů, které Linux prochází při hledání souborů knihoven, máte k dispozici v souboru /etc/ld.so.conf. Jako uživatel root přidejte do tohoto seznamu nový adresář /usr/local/BerkeleyDB.4.5/lib (a pochopitelně neodstraňujte žádnou položku z tohoto seznamu). Jakmile máte obsah souboru /etc/ld.so.conf aktualizova-ný, spusťte utilitu ldconfig (opět jako uživatel root), aby se změna projevila v systému.

Nyní je váš systém připraven na běh aplikací využívajících knihovnu Berkeley DB. Když budete kompilovat nějakou takovou aplikaci, musíte kompilátoru sdělit, kde jsou k dispozici hlavičkové soubory a soubory knihovny. U linkeru musíte dále specifikovat knihovnu db. Zde je ukázka kom-pilace aplikace, která využívá knihovnu Berkeley DB:

$ cc -I/usr/local/BerkeleyDB.4.5/include -o test $ cc -I/usr/local/BerkeleyDB.4.5/include -o test

test.c -L/usr/local/BerkeleyDB.4.5 -ldbtest.c -L/usr/local/BerkeleyDB.4.5 -ldb

Parametrem -I specifikujete umístění hlavičkových souborů, potřebných ke kompilaci. Paramet-rem -L pak umístění souborů knihoven, které jsou nutné pro zkompilování spustitelné aplikace.


Základní práce s datyKdyž nyní máte knihovny Berkeley DB nahrány a nakonfigurovány ve vašem systému, můžete je začít používat ve vašich vlastních aplikacích. Následující část popisuje kroky, které jsou nezbytné k tomu, abyste mohli začít využívat Berkeley DB pro databázovou podporu ve vašich aplikacích.

Otevření a zavření databázeNež můžete přistoupit k databázovému souboru Berkeley DB, musíte jej prvně otevřít. Jakmile s ním přestanete pracovat, musíte jej zavřít, jinak riskujete poškození dat. Pro přístup k databázo-vému souboru se používá ovladač DB. Ten získáte prostřednictvím funkce db_create():

int db_create(DB **dbp, DB_ENV *env, u_int32_t flags)

Parametr dbp specifikuje ovladač DB, který bude použit pro přístup k souboru. Parametr env spe-cifikuje prostředí, pod kterým bude databázový soubor otevřen. Pokud je tento parametr roven NULL, databáze je považována za samostatnou, takže veškerá provedená nastavení se budou týkat pouze tohoto souboru. Alternativně můžete specifikovat hodnotu DB_ENV pro seskupení této data-báze společně s jinými databázemi do nějakého prostředí. Všechna nastavení, která budou prove-dena pro dané prostředí (např. zamykání souborů), se pak projeví ve všech databázích, jež do něj patří. Parametr flags by měl být nastaven na 0 pro databáze, které běží v linuxovém prostředí.

Když funkce db_create() uspěje, vrátí hodnotu 0. Když dojde k chybě, vrácená hodnota je nenu-lová. Jakmile máte vytvořen ovladač DB, prostřednictvím funkce open() otevřete nový nebo nějaký stávající soubor databáze:

int DB->open(DB *db, DB_TXN *txnid, const char *file, const char *database,

DBTYPE type, u_int32_t flags, int mode)

Funkce open() používá ovladač db, který byl vytvořen funkcí db_create(). Parametr txnid spe-cifikuje otevřený objekt transakce, pokud příkaz je součástí transakce. Parametr file specifikuje název souboru, který je používán pro databázi; parametr database pak specifikuje název databáze, jež je uložena v tomto souboru. Berkeley DB umožňuje, aby v jednom fyzickém souboru mohlo být uloženo více databází. Pokud nějaký databázový soubor obsahuje větší množství databází, musíte každou z nich otevírat samostatným voláním open().

Pokud vytváříte novou databázi, musíte v parametru type uvést typ databáze. V době psaní této knihy byly podporovány následující čtyři typy:

� DB_BTREE. Databáze má strukturu uspořádaného stromu. To znamená, že data jsou uspořá-dána podle hodnot klíče.

� DB_HASH. Rozšířená lineární hashovací tabulka (extented linear hash table) – data jsou uspo-řádána podle hashované hodnoty klíče.

� DB_QUEUE. Fronta záznamů s pevnou délkou. Jako klíč slouží pořadové číslo záznamu.


� DB_RECNO. Fronta záznamů s pevnou nebo proměnlivou délkou. Jako klíč slouží pořadové číslo záznamu.

Typy DB_BTREE a DB_HASH poskytují rychlý přístup k datům, neboť data jsou uspořádána již během svého vkládání do databázového souboru. To samozřejmě znamená, že vkládání nových záznamů probíhá o něco pomaleji, protože data musejí být v databázovém souboru umístěna na konkrétní místo. Různými experimenty bylo zjištěno, že v případě velmi velkých databází poskytuje metoda DB_HASH o něco lepší výkon než metoda DB_BTREE.

Typy DB_QUEUE a DB_RECNO se často používají pro data, která jsou uspořádána podle pořadového čísla záznamu. A právě toto pořadové číslo je použito jako klíč, což znamená, že záznamy je možné získávat pouze pomocí těchto čísel. To se vám může zdát jako omezení, ovšem pouze do té doby, než zjistíte, že vkládání a získávání záznamů v těchto typech databází probíhá extrémně rychle. Pokud tedy potřebujete rychle ukládat a získávat data z databáze, tyto typy budou pro vás ideální.

Když otevíráte nějakou existující databázi, pro parametr type můžete použít hodnotu DB_UN KNOWN. V takovém případě se Berkeley DB automaticky pokusí určit typ databáze. Pokud se určení typu databáze nepovede, funkce open() skončí neúspěchem.

Parametr flags určuje, jakým způsobem může být soubor databáze otevřen. Hodnoty, které je možné použít, názorně shrnuje následující tabulka.

Hodnoty pro flags Popis

DB_AUTO_COMMIT Použije transakci pro otevření souboru s databází. Když volání uspěje, opera-ci bude možné obnovit (recoverable). Když volání neuspěje, soubor s databá-zí nebude vytvořen.

DB_CREATE Vytvoří databázi (pokud neexistuje).

DB_DIRTY_READ Operace čtení v databázi může vyžadovat vrácení změněných, ale zatím ne-uložených dat.

DB_EXCL Vrátí chybu, pokud soubor databáze již existuje.

DB_NOMMAP Soubor databáze nebude mapován do paměti.

DB_RDONLY Databáze bude otevřena v režimu pouze pro čtení.

DB_THREAD Vrácený ovladač databáze bude možné použít ve více vláknech.

DB_TRUNCATE Vyprázdní libovolnou databázi, která existuje v databázovém souboru.

Hodnoty uvedené v této tabulce je možné kombinovat prostřednictvím symbolu | (logický operá-tor OR). To znamená, že můžete například použít hodnoty DB_CREATE | DB_EXCL pro vytvoření nové databáze a vrácení chyby v případě, kdy soubor databáze již bude existovat. Parametr mode specifikuje unixová přístupová práva k souboru. Když zadáte nulovou hodnotu, vlastník souboru i skupina budou mít právo pro čtení a zápis, zatímco zbytek světa k danému souboru mít přístup nebude. A zde je příklad, který ukazuje vytvoření ovladače databáze a otevření nové databáze:


DB *dbp;

int ret;

ret = db_create(&dbp, NULL, 0);

if (ret != 0)

{

perror("create");

return 1;

}

ret = dbp->open(dbp, NULL, "test.db", NULL, DB_BTREE, DB_CREATE, 0);

if (ret != 0)

{

perror("open");

return 1;

}

Pomocí tohoto krátkého kódu zavoláme funkci db_create(), která vytvoří ovladač databáze dbp. Prostřednictvím něj pak vytvoříme nový databázový soubor test.db se strukturou uspořádaného stromu (DB_BTREE, viz dříve uvedený seznam typů databáze) a s výchozími přístupovými právy.

Vkládání nových datKdyž teď máte otevřen nový databázový soubor, je ten správný čas do něj vložit nějaká data. K to-mu slouží funkce put(). Její syntaxe je následující:

int DB->put(DB *db, DB_TXN *txnid, DBT *key, DBT *data, u_int32_t flags)

Parametry db a txnid mají stejný význam jako u funkce open(). Specifikují ovladač databáze a transakci, která má být použita pro funkci. Parametry key a data pak určují dvojici klíč-hodnota, která bude uložena do databáze.

Struktura DBT je použita pro každý definovaný prvek data a size. To znamená, že prvek key.data obsahuje hodnotu pro klíč záznamu, zatímco prvek data.data obsahuje datovou hod-notu záznamu.

Parametr flags určuje, jakým způsobem budou nová data vložena do souboru databáze. U data-bází DB_QUEUE a DB_RECNO můžete použít hodnotu DB_APPEND, která vloží data na konec souboru. U databází DB_BTREE a DB_HASH můžete použít hodnotu DB_NOUPDATA, která zajistí, že záznam bude do databáze přidán pouze tehdy, když databáze nebudou obsahovat stejnou kombinaci klíče a hodnoty. Hodnota DB_NOOVERWRITE pak zabraňuje, aby nová data přepsala stávající klíč.

Kombinace klíče a hodnoty může být občas matoucí. Spousta lidí se totiž domnívá, že jsou díky tomu omezeni na jednu datovou hodnotu na záznam. Ale tato datová hodnota může být libovol-ného typu (včetně struktury). To znamená, že si můžete vytvořit vlastní strukturu s mnoha prvky dat (v závislosti na požadavcích vaší aplikace). Každá instance struktury C pak bude v souboru databáze uložena jako jediná datová hodnota.


Tuto situaci demonstruje program newemployee.c, který je uveden v následujícím výpisu:/*

* Professional Linux Programming - Adding new employee record.

*/

#include <stdio.h>

#include <db.h>

#define DATABASE "employees.db"

int main()

{

DBT key, data;

DB *dbp;

int ret;

struct data_struct {

int empid;

char lastname[50];

char firstname[50];

float salary;

} emp;

ret = db_create(&dbp, NULL, 0);

if (ret != 0)

{

perror("create");

return 1;

}

ret = dbp->open(dbp, NULL, DATABASE, NULL, DB_BTREE, DB_CREATE, 0);

if (ret != 0)

{

perror("open: ");

return 1;

}

while(1)

{

printf("Enter Employee ID: ");

scanf("%d", &emp.empid);

if (emp.empid == 0)

break;

printf("Enter Last name: ");

scanf("%s", &emp.lastname);

printf("Enter First name: ");

scanf("%s", &emp.firstname);

printf("Enter Salary: ");

scanf("%f", &emp.salary);


memset(&key, 0, sizeof(DBT));

memset(&data, 0, sizeof(DBT));

key.data = &(emp.empid);

key.size = sizeof(emp.empid);

data.data = &emp;

data.size = sizeof(emp);

ret = dbp->put(dbp, NULL, &key, &data, DB_NOOVERWRITE);

if (ret != 0)

{

printf("Employee ID exists\n");

}

}

dbp->close(dbp, 0);

return 0;

}

Program newemployee.c vytvoří ovladač databáze a otevře soubor employees.db jako jedinou samostatnou databázi. Přípona .db sice není povinná, nicméně v případě databázových souborů Berkeley DB se používá docela často. Následně je cyklus while() použit pro získání informací o novém zaměstnanci od uživatele. Pro prvek dat (data element) je v databázi použita strukturu emp. Ta obsahuje celočíselné ID zaměstnance, řetězce lastname a firstname a hodnotu platu. Jakmile jsou od uživatele získány tyto hodnoty, jsou ihned umístěny do struktury emp.

Před použitím objektů DBT key a data je vždy dobré vynulovat prostřednictvím funkce memset oblast paměti, která je pro ně vyhrazena. Tím zabráníte tomu, aby se do prvků dat zatoulaly nějaké nechtěné bity. Následně je hodnota klíče nastavena na ID zaměstnance a hodnota dat na celou strukturu emp. Jakmile je vše na svém místě, je zavolána funkce put() s parametrem DB_NOOVER-WRITE, aby pokus o přidání zaměstnance, jehož ID v databázi již existuje, vyhodil chybu. Pokud chcete aktualizovat záznamy existujících zaměstnanců, stačí tento parametr odebrat.

Cyklus while() skončí tehdy, jakmile uživatel zadá nulové ID zaměstnance. Následně bude soubor databáze zavoláním funkce close() korektně uzavřen.

Při kompilaci této aplikace nezapomeňte použít správné hlavičkové soubory a knihovny. Poté apli-kaci spusťte. Pokud je všechno v pořádku, měli byste být schopni přidávat do databáze nové zázna-my o zaměstnancích. Když ukončíte běh programu, měli byste v adresáři vidět soubor databáze pojmenovaný jako employees.db.

Získávání datKdyž do souboru databáze ukládáte nějaká data, je velmi pravděpodobné, že je budete chtít taky někdy později získat zpět. K tomu slouží funkce get():

int DB->get(DB *db, DB_TXN *txnid, DBT *key, DBT *data, u_int32_t flags)

KAPITOLA 9 Moduly jádra Linuxu

V předchozích dvou kapitolách jste zjistili, jak probíhá vývojový proces pro linuxové jádro. Sezná-mili jste se s vývojovou komunitou upstreamu jádra a zjistili jste, že projekt jádra se nachází v ne-ustálém vývoji. Tato devátá kapitola má za úkol položit základy, které jsou nezbytné pro skutečné vytváření vašich vlastních modulů jádra. Tyto moduly jsou často označovány jako ovladače jádra, protože většina modulů je určena pro podporu specifických zařízení.

Už jste napsali jednoduchý modul jádra nazvaný plp v kapitole sedm. Tento jednoduchý natažitel-ný modul prostě vytiskl pozdrav do kernel buffer ringu (zobrazený pomocí příkazu dmesg) a de-monstroval základní koncepty psaní modulů, bez hlubšího záběru. Tato kapitola vychází z příkladu předchozí kapitoly a uvádí daleko víc konceptů, které budete potřebovat při psaní skutečných mo-dulů jádra pro reálné uživatele.

Ne všechen vývoj jádra ovšem probíhá ve formě modulů třetí strany. Existuje mnoho částí jádra, které nelze modifikovat pomocí samotných natažitelných modulů, protože vyžadují změny v kódu jádra namísto jednoduchého načtení příslušného modulu. Protože v této kapitole poprvé okusíte příchuť vývoje jádra ve formě natažitelných modulů, nemusíte mít strach, že bychom na konci této kapitoly rovnou přešli k úpravám základních algoritmů jádra. Abyste něco takového mohli prová-dět, budete muset získat ještě velké množství vědomostí, protože se jedná o opravdu složitou látku, která se nedá naučit za týden.

Jak moduly pracujíJádro Linuxu je schopno rozšíření za běhu pomocí natažitelných modulů. Dynamicky načítané moduly linuxového jádra (neboli LKM, Linux Kernel Modules) jsou velmi podobné ovladačům, které můžete získat pro Microsoft Windows, některé proprietární systémy UNIX (jako například Sun Solaris) nebo Mac OS X. LKM jsou zkompilovány pro konkrétní sadu zdrojů jádra a částečně linkovány do souboru objektu modulu, který má příponu .ko. Tyto soubory jsou načteny do běží-cího jádra Linuxu prostřednictvím speciálních systémových volání.

300 Kapitola 9 – Moduly jádra Linuxu

Když je modul načten do jádra, jádro pro něj alokuje dostatek paměti a extrahuje informace ze sek-ce "modinfo" ELF1, která byla přidána k modulu během kompilace, aby mohly být splněny poža-davky daného modulu. V době načtení je modul konečně linkován k exportovaným verzím funkcí běžícího jádra, k nimž se vztahují jeho závislosti a veřejně exportované symboly modulu se stanou součástí běžícího jádra. Tohle znamená, že modul se stane částí jádra.

1 Jak už bylo vysvětleno v kapitole 2, Linux široce využívá binární formát ELF jako de facto standard pro všechny uživatelské programy (a nahrazuje zastaralý formát a.out). Formát ELF specifikuje standardní kontejner pro binární data (včetně programů), která jsou rozdělena do mnoho různých sekcí.

V tuto chvíli nepochybně ve vašem systému využíváte některé natažitelné moduly jádra, protože já-dro vašeho Linuxu bylo určitě zkompilováno tak, aby tyto natažitelné moduly podporovalo (pokud používáte nějakou standardní distribuci Linuxu). Vás systém má tudíž načteno několik modulů, aby bylo možné podporovat hardware detekovaný při startu počítače. Tyto moduly byly načteny automatickým správcem zařízení jako je například udev (který spravuje nejenom souborový sys-tém v /dev, ale také načtené moduly pro nově detekovaná zařízení).

Seznam aktuálně načtených modulů si můžete prohlédnout pomocí příkazu lsmod:

$ /sbin/lsmod$ /sbin/lsmod

Module Size Used byModule Size Used by

procfs 1732 0procfs 1732 0

char 2572 0char 2572 0

raw 7328 0raw 7328 0

tun 9600 0tun 9600 0

snd_rtctimer 2636 0snd_rtctimer 2636 0

vmnet 35172 13vmnet 35172 13

vmmon 111244 0vmmon 111244 0

capability 3336 0capability 3336 0

commoncap 5504 1 capabilitycommoncap 5504 1 capability

thermal 11272 0thermal 11272 0

fan 3588 0fan 3588 0

button 5200 0button 5200 0

processor 19712 1 thermalprocessor 19712 1 thermal

ac 3652 0ac 3652 0

battery 7876 0battery 7876 0

8250_pnp 8640 08250_pnp 8640 0

8250 25492 3 8250_pnp8250 25492 3 8250_pnp

serial_core 18944 1 8250serial_core 18944 1 8250

floppy 59972 0floppy 59972 0

pcspkr 1860 0pcspkr 1860 0

rtc 10868 1 snd_rtctimerrtc 10868 1 snd_rtctimer

usbnet 14024 0usbnet 14024 0


sd_mod 16704 2sd_mod 16704 2

eth1394 18376 0eth1394 18376 0

ohci1394 33268 0ohci1394 33268 0

ieee1394 292568 2 eth1394,ohci1394ieee1394 292568 2 eth1394,ohci1394

emu10k1_gp 3072 0emu10k1_gp 3072 0

ehci_hcd 32008 0ehci_hcd 32008 0

usb_storage 64128 1usb_storage 64128 1

scsi_mod 94760 2 sd_mod,usb_storagescsi_mod 94760 2 sd_mod,usb_storage

ohci_hcd 19652 0ohci_hcd 19652 0

via686a 16712 0via686a 16712 0

i2c_isa 3968 1 via686ai2c_isa 3968 1 via686a

uhci_hcd 31504 0uhci_hcd 31504 0

usbcore 120452 6 usbnet,ehci_hcd,usb_storage,ohci_hcd,uhci_hcdusbcore 120452 6 usbnet,ehci_hcd,usb_storage,ohci_hcd,uhci_hcd

parport_pc 38276 0parport_pc 38276 0

parport 33608 1 parport_pcparport 33608 1 parport_pc

shpchp 44512 0shpchp 44512 0

pci_hotplug 11780 1 shpchppci_hotplug 11780 1 shpchp

tsdev 6336 0tsdev 6336 0

md_mod 64916 0md_mod 64916 0

dm_mod 54552 0dm_mod 54552 0

psmouse 36420 0psmouse 36420 0

ide_cd 38212 0ide_cd 38212 0

cdrom 37152 1 ide_cdcdrom 37152 1 ide_cd

snd_cmipci 32288 1snd_cmipci 32288 1

gameport 12808 3 emu10k1_gp,snd_cmipcigameport 12808 3 emu10k1_gp,snd_cmipci

snd_opl3_lib 9472 1 snd_cmipcisnd_opl3_lib 9472 1 snd_cmipci

snd_mpu401_uart 6720 1 snd_cmipcisnd_mpu401_uart 6720 1 snd_cmipci

snd_emu10k1_synth 7040 0snd_emu10k1_synth 7040 0

snd_emux_synth 36160 1 snd_emu10k1_synthsnd_emux_synth 36160 1 snd_emu10k1_synth

snd_seq_virmidi 6464 1 snd_emux_synthsnd_seq_virmidi 6464 1 snd_emux_synth

snd_seq_midi_emul 6784 1 snd_emux_synthsnd_seq_midi_emul 6784 1 snd_emux_synth

snd_seq_oss 32960 0snd_seq_oss 32960 0

snd_seq_midi 7328 0snd_seq_midi 7328 0

snd_seq_midi_event 6400 3 snd_seq_virmidi,snd_seq_oss,snd_seq_midisnd_seq_midi_event 6400 3 snd_seq_virmidi,snd_seq_oss,snd_seq_midi

snd_seq 50512 8 snd_emux_synth,snd_seq_virmidi,snd_seq 50512 8 snd_emux_synth,snd_seq_virmidi,

snd_seq_midi_emul,snd_seq_oss, snd_seq_midi_emul,snd_seq_oss,

snd_seq_midi,snd_seq_midi_event snd_seq_midi,snd_seq_midi_event

snd_emu10k1 119652 5 snd_emu10k1_synthsnd_emu10k1 119652 5 snd_emu10k1_synth

snd_rawmidi 21600 4 snd_mpu401_uart,snd_seq_virmidi,snd_rawmidi 21600 4 snd_mpu401_uart,snd_seq_virmidi,

snd_seq_midi,snd_emu10k1 snd_seq_midi,snd_emu10k1

snd_seq_device 7628 8 snd_opl3_lib,snd_emu10k1_synth,snd_seq_device 7628 8 snd_opl3_lib,snd_emu10k1_synth,

snd_emux_synth,snd_seq_oss,snd_seq_midi, snd_emux_synth,snd_seq_oss,snd_seq_midi,


snd_seq,snd_emu10k1,snd_rawmidi snd_seq,snd_emu10k1,snd_rawmidi

snd_ac97_codec 94304 1 snd_emu10k1snd_ac97_codec 94304 1 snd_emu10k1

snd_pcm_oss 50784 1snd_pcm_oss 50784 1

snd_mixer_oss 17728 3 snd_pcm_osssnd_mixer_oss 17728 3 snd_pcm_oss

snd_pcm 83460 4 snd_cmipci,snd_emu10k1,snd_ac97_codec,snd_pcm 83460 4 snd_cmipci,snd_emu10k1,snd_ac97_codec,

snd_pcm_oss snd_pcm_oss

snd_timer 22404 5 snd_rtctimer,snd_opl3_lib,snd_seq,snd_timer 22404 5 snd_rtctimer,snd_opl3_lib,snd_seq,

snd_emu10k1,snd_pcm snd_emu10k1,snd_pcm

snd_ac97_bus 2176 1 snd_ac97_codecsnd_ac97_bus 2176 1 snd_ac97_codec

snd_page_alloc 8904 2 snd_emu10k1,snd_pcmsnd_page_alloc 8904 2 snd_emu10k1,snd_pcm

snd_util_mem 3776 2 snd_emux_synth,snd_emu10k1snd_util_mem 3776 2 snd_emux_synth,snd_emu10k1

snd_hwdep 7840 3 snd_opl3_lib,snd_emux_synth,snd_emu10k1snd_hwdep 7840 3 snd_opl3_lib,snd_emux_synth,snd_emu10k1

snd 47844 20 snd_cmipci,snd_opl3_lib,snd_mpu401_uart,snd 47844 20 snd_cmipci,snd_opl3_lib,snd_mpu401_uart,

snd_emux_synth,snd_seq_virmidi,snd_seq_oss, snd_emux_synth,snd_seq_virmidi,snd_seq_oss,

snd_seq,snd_emu10k1,snd_rawmidi, snd_seq,snd_emu10k1,snd_rawmidi,

snd_seq_device,snd_ac97_codec, snd_seq_device,snd_ac97_codec,

snd_pcm_oss,snd_mixer_oss,snd_pcm, snd_pcm_oss,snd_mixer_oss,snd_pcm,

snd_timer,snd_hwdep snd_timer,snd_hwdep

soundcore 8224 4 sndsoundcore 8224 4 snd

r128 46912 1r128 46912 1

drm 68308 2 r128drm 68308 2 r128

agpgart 29592 1 drmagpgart 29592 1 drm

8139too 23424 08139too 23424 0

mii 5120 1 8139toomii 5120 1 8139too

Jak sami vidíte, výstup je docela rozsáhlý a to se jedná o docela obyčejnou pracovní stanici. Vý-stup příkazu lsmod ukazuje, že v tomto linuxovém systému je načteno celkem 77 modulů. Některé z těchto modulů nemají jiné moduly, které by používaly jejich symboly exportované do jmenného prostoru jádra (znak nula ve třetím sloupci), zatímco jiné vytvářejí komplexní hierarchie zásob-níků modulů – podívejte se například na ovladač zvuku ALSA, který poskytuje podporu pro dvě nainstalované zvukové karty (Creative Labs emu10k chipset a C-Media cmpci chipset) nebo na několik nainstalovaných USB modulů.

Rozšíření jmenného prostoru jádraNatažitelné moduly jádra Linuxu často exportují nové funkce pro použití jinými částmi jádra (dále v této kapitole se dozvíte, jak tato činnost probíhá). Tyto nové symboly budou zobrazeny uvnitř procfs prostřednictvím /proc/kallsyms (pokud vaše jádro obsahuje podporu pro toto sestave-ní) společně s adresami nových symbolů, které byly přidány do obrazu jádra. Zde je výpis z běžící-ho jádra pro /proc/kalsyms. Nejprve začátek tabulky symbolů:

$ cat /proc/kallsyms | head$ cat /proc/kallsyms | head

c0100220 T _stextc0100220 T _stext


c0100220 t rest_initc0100220 t rest_init

c0100220 T stextc0100220 T stext

c0100270 t do_pre_smp_initcallsc0100270 t do_pre_smp_initcalls

c0100280 t run_init_processc0100280 t run_init_process

c01002b0 t initc01002b0 t init

c0100430 t try_namec0100430 t try_name

c0100620 T name_to_dev_tc0100620 T name_to_dev_t

c01008e0 t calibrate_delay_directc01008e0 t calibrate_delay_direct

c0100a60 T calibrate_delayc0100a60 T calibrate_delay

A nyní následující spodní část tabulky symbolů jádra. Protože nové symboly jsou vždy přidávány na konec tabulky, můžete v tomto výstupu vidět několik symbolů modulů (jméno modulu je vy-psáno v hranatých závorkách – v tomto případě pro správu zařízení MII Ethernet):

$ cat /proc/kallsyms | tail$ cat /proc/kallsyms | tail

e0815670 T mii_check_media [mii]e0815670 T mii_check_media [mii]

e08154f0 T mii_check_gmii_support [mii]e08154f0 T mii_check_gmii_support [mii]

c023d900 U capable [mii]c023d900 U capable [mii]

e0815600 T mii_check_link [mii]e0815600 T mii_check_link [mii]

c011e480 U printk [mii]c011e480 U printk [mii]

e08155a0 T mii_nway_restart [mii]e08155a0 T mii_nway_restart [mii]

c032c9b0 U netif_carrier_off [mii]c032c9b0 U netif_carrier_off [mii]

e0815870 T generic_mii_ioctl [mii]e0815870 T generic_mii_ioctl [mii]

c032c970 U netif_carrier_on [mii]c032c970 U netif_carrier_on [mii]

e0815000 T mii_ethtool_gset [mii]e0815000 T mii_ethtool_gset [mii]

Jak už jsme si uvedli výše, natažitelné moduly jsou uvedeny na konci výpisu tabulky se symboly já-dra, přičemž jejich jméno je uvedeno v hranatých závorkách (viz [mii]). Také je snadno rozeznáte podle adresy v prvním sloupci výpisu. Protože jádro Linuxu je obvykle linkováno tak, aby běželo z 3 GB virtuální paměti, vestavěné symboly se objevují s malým offsetem nad 3 GB (0xc0000000). Načtené moduly ovšem existují v paměti, která je alokována pro jádro – v tomto případě nad 0xe0000000. To proto, že paměť pro moduly je alokována jádrem za běhu.

Tento příklad byl záměrně upraven tak, aby vám dával větší smysl. Jádro obsahuje moduly, které ne-jsou šířeny pod licencí GPL, a jež jsou načteny výhradně kvůli podpoře oblíbeného komerčního pro-duktu sloužícího k vytvoření virtuálního stroje. Stejná situace nastává v případě moderních grafických chipsetů. Vývojářská komunita ovšem nesnáší všechny moduly, které nejsou šířeny pod GPL, takže abyste mohli získat požadovanu podporu od vývojářské komunity, měli byste takové moduly odstra-nit z vašeho testovacího stroje.


Garance kompatibility modulů? Neexistuje!Na rozdíl od jiných operačních systémů Linux záměrně neposkytuje nějaký standardizovaný mo-del ovladače, který byste mohli použít jako vzor při kompilaci vašich vlastních modulů za účelem dosažení kompatibility mezi aktuální verzí linuxového systému a budoucími verzemi. To znamená, že Linux je optimalizován pro případy, ve kterých je vždy dostupný zdrojový kód modulu (což by normálně mělo platit, protože mnoho lidí považuje moduly ovladačů, jež nejsou šířeny pod GPL licencí, za omezování práv vývojářů jádra, takže při psaní vašich modulů vám příliš nedoporuču-jeme experimentovat s binárními ovladači).

Všeobecně byste neměli předpokládat, že moduly, které byly zkompilovány pro váš konkrétní linuxový systém, budou ve zkompilované binární formě běžet i na nějakých jiných linuxových strojích. Tyto mo-duly budou obvykle před svým spuštěním vyžadovat novou kompilaci ze zdrojů daného linuxového stroje. Existují ovšem významné výjimky – jádra dodavatelů Linuxu jsou často kompatibilní s jinými.

Nalezení kvalitní dokumentaceJedním z největších problémů, kterému musí čelit noví vývojáři pro Linux (a zvláště noví vývojáři pro jádro), je nalezení kvalitní API dokumentace pro každou z mnoha stovek a tisíců funkcí, s ni-miž musí pracovat, aby využili možnosti, jež jsou jim nabízeny linuxovým jádrem. Pokud každo-denně nepracujete s jádrem Linuxu, nedá se předpokládat, že byste pro tuto chvíli měli nějaké extra znalosti, takže práce s dobrou dokumentací bude nepostradatelnou součástí vaší práce.

Jak jistě tušíte, problém spočívá v tom, že neexistuje dostatek kvalitní dokumentace. Linux se neu-stále vyvíjí, takže i dobrá dokumentace může být zastaralá již v okamžiku, kdy ji čtete. Povšimněte si, že autoři této knihy se ani nepokoušejí napsat dokumentaci k jádru Linuxu, takže tato kniha se spíše snaží vysvětlit povahu jádra a nabídnout příklady, které názorně demonstrují koncepty, jež můžete sami použít. Hlavními zdroji dokumentace ohledně vytváření nových modulů jádra jsou tak již existující moduly jádra2.

2 To znamená linuxové jádro, které je dostupné na adrese http://www.kernel.org.

Manuálové stránky jádra LinuxuSituace ovšem není tak špatná, jak by se mohlo zdát z předchozích odstavců. Existuje totiž jeden dobrý zdroj dokumentace k API – manuálové stránky jádra Linuxu. Tato dokumentace se snaží být za všech okolnosti co nejvíce aktuální a je dostupná na webu kernel.org, společně s mnoha jinými zdroji: http://www.kernel.org/pub/linux/docs/manpages. Tyto manuálové stránky si může-te ze zdrojových souborů jádra klidně vybudovat i sami. Stačí použít cíl mandocs příkazu make:


$ make mandocs$ make mandocs

MAN Documentation/DocBook/usb.9MAN Documentation/DocBook/usb.9

Writing struct_usb_ctrlrequest.9 for refentryWriting struct_usb_ctrlrequest.9 for refentry

Writing struct_usb_host_endpoint.9 for refentryWriting struct_usb_host_endpoint.9 for refentry

Writing struct_usb_interface.9 for refentryWriting struct_usb_interface.9 for refentry

etc.etc.

Vytvořené manuálové stránky pro jádro následně nainstalujte prostřednictvím cíle installman-docs příkazu make, aby mohly být dostupné pro příkaz man.

Vaše linuxová distribuce může obsahovat balíčky s již vybudovanou verzí těchto manuálových stránek pro jádro Linuxu (společně s obvyklými manuálovými stránkami Linuxu), takže možná ani nebudete muset provádět jejich budování. Pokud máte distribuci Debian či Ubuntu (nebo distribuci odvozenou z nich), zkuste se po těchto balíčcích podívat.

A zde je jednoduchá ukázka, jak si můžete na vašem systému vyvolat manuálovou stránku pro funkci vmalloc(), která slouží pro alokaci paměti jádra.

$ man vmalloc$ man vmalloc

VMALLOC(9) LINUX VMALLOC(9)VMALLOC(9) LINUX VMALLOC(9)

NAMENAME

vmalloc - allocate virtually contiguous memory vmalloc - allocate virtually contiguous memory

SYNOPSISSYNOPSIS

void * vmalloc (unsigned long size); void * vmalloc (unsigned long size);

ARGUMENTSARGUMENTS

size allocation size size allocation size

DESCRIPTIONDESCRIPTION

Allocate enough pages to cover size from the page level allocator and Allocate enough pages to cover size from the page level allocator and

map them into contiguous kernel virtual space. map them into contiguous kernel virtual space.

For tight cotrol over page level allocator and protection flags use For tight cotrol over page level allocator and protection flags use

__vmalloc instead. __vmalloc instead.

DESCRIPTIONDESCRIPTION

Allocate enough pages to cover size from the page level allocator and Allocate enough pages to cover size from the page level allocator and

map them into contiguous kernel virtual space. map them into contiguous kernel virtual space.

For tight control over page level allocator and protection flags use For tight control over page level allocator and protection flags use

__vmalloc instead. __vmalloc instead.Kernel Hackers Manual July 2006 VMALLOC(9)Kernel Hackers Manual July 2006 VMALLOC(9)

Tyto manuálové stránky vám budou pravděpodobně velmi užitečné, až začnete pracovat s linuxo-vým jádrem. Pokud máte odpovídající znalosti, nezapomeňte pomoci ostatním zdokumentovat ty části jádra, kde nedostatek informací způsobuje bolení hlavy mnoha vývojářům. Pokud každý vývojář pomůže zdokumentovat alespoň nějaký kousek chybějící části, bude vývoj jádra pro ostatní vývojáře mnohem méně komplikovanější.


Psaní modulů jádra LinuxuV kapitole 7 jsme vám na velmi jednoduchém příkladu předvedli ukázku vývoje pro jádro. Tento příklad předvedl, jak jsou kompilovány moduly jádra a jak jsou načteny do (binárně kompatibil-ního) běžícího jádra. Pomocí funkce jádra printk() mohl modul provádět zápis do logu při svém načtení či uvolnění z paměti jádra. V tomto okamžiku byste měli znát základní proces kompilace jádra a kompilaci modulů pro jádro. Pokud jste kapitolu 7 z nějakého důvodu vynechali, podívejte se zpět a ujistěte se, že těmto popsaným postupům rozumíte.

Tato kapitola se bude věnovat základům psaní užitečných modulů jádra a bude se vás snažit vybavit schopností samostatně získat nové znalosti prostřednictvím dalších dostupných zdrojů. V rozsahu této jedné kapitoly bohužel není možné popsat všechny možné problémy, na které můžete narazit při vytváření kódu jádra (na něco takového by pravděpodobně nestačila ani celá kniha), nicméně informace, jež zde naleznete, byste měli být schopni vcelku bez problémů využít ve vaší progra-mátorské praxi (za předpokladu, že budete studovat existující zdrojové kódy a používat už dříve zmiňovanou dokumentaci pro vytváření kompletních modulů linuxového jádra).

Vaše programování by nemělo spočívat pouze ve vývoji natažitelných modulů, které budou drženy mimo hlavní linii vývoje Linuxu. Linux jako takový je mnohem více než jádro, pro které vytváří-te ovladače – je to celá komunita. Vaším cílem by vždy mělo být dostat nový kód co nejdříve do hlavní vývojové linie jádra. Je možné, že při vaší vývojářské práci zjistíte, že některé věci, které si přejete udělat, nelze implementovat pomocí modulů, protože vyžadují změny v základním kódu samotného jádra. To je ovšem problematika, které se tato kniha specificky nevěnuje, protože změny základního kódu s sebou nesou obrovské množství otázek, jejichž zodpovězení je lepší nechat na větších znalcích z této oblasti.

Než začneteS odpovídajícím vývojovým a testovacím prostředím jste se seznámili v kapitole 7. Pamatujte si, že i ti nejzkušenější linuxoví odborníci dělají chyby, dopouštějí se různých překlepů, či provádějí jiné činnosti, které mají za následek destabilizaci jejich testovacího prostředí. Jakmile ztratíte přehled o ukazatelích a jiných zdrojích uvnitř jádra, jsou pro vás ztraceny navždy. Při zápisu dat do paměti můžete také omylem odstranit celý obsah paměti RAM, takže už vám nic nebude stát v cestě.

Pokud budete testovat kód jádra na stejném počítači, na kterém provádíte jeho vývoj, s velkou pravděpodobností nakonec skončíte s ošklivými pády systému a neustálým rebootováním, takže něco takového prostě nedělejte. Pro testování vašeho kódu si pro začátek obstarejte nějaký star-ší, nicméně stále funkční stroj, který je určen na vyhození. Pokud budete později potřebovat pro váš vývoj nějaký specifický hardware, nezapomeňte ho přidat k vhodnému počítači. Důrazně vám radíme, abyste na vašem vývojovém stroji používali síťové sdílení pro rychlé zpřístupnění jádra a modulů vašemu testovacímu počítači – pro další podrobnosti se podívejte do online nápovědy.

A na závěr tohoto úvodního textu musíme zmínit jeden důležitý bod, který vyžaduje neustálé opa-kování – nikdy nepředpokládejte, že váš testovací stroj bude stabilní.


Základní požadavky modulůKaždý modul jádra Linuxu vyžaduje definovaný vstupní a výstupní bod. Tyto dva body popisují funkce, které budou volány při načtení a uvolnění modulu z paměti. Každý modul by navíc měl specifikovat svého autora, číslo verze a poskytnout stručný popis služeb, které zpřístupňuje, aby uživatelé, administrátoři a vývojáři mohli rychle získat představu o účelu zkompilovaných modulů prostřednictvím standardních utilit, jako například modinfo (viz kapitola 7 a 8).

A zde je příklad holého minima pro natažitelný modul, který může být zkompilován:

/*

* plp_min.c - Minimal example kernel module.

*/

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

/* function prototypes */

static int __init plp_min_init(void);

static void __exit plp_min_exit(void);

/*

* plp_min_init: Load the kernel module into memory

*/

static int __init plp_min_init(void)

{

printk("plp_min: loaded");

return 0;

}

/*

* plp_min_exit: Unload the kernel module from memory

*/

static void __exit plp_min_exit(void)

{

printk("plp_min: unloading");

}

/* declare init/exit functions here */

module_init(plp_min_init);

module_exit(plp_min_exit);

/* define module meta data */

MODULE_AUTHOR("Jon Masters <[email protected]>");

MODULE_DESCRIPTION("A minimal module stub");

MODULE_ALIAS("minimal_module");

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_VERSION("0:1.0");


Tento modul zkompilujte obvyklým způsobem:

$ make –C 'uname –r'/build modules M=$PWD$ make –C 'uname –r'/build modules M=$PWD

A následně se podívejte na výstup z běžícího příkazu modinfo použitého na tento modul:

$ /sbin/modinfo plp_min.ko$ /sbin/modinfo plp_min.ko

filename: plp_min.kofilename: plp_min.ko

author: Jon Masters <[email protected]>author: Jon Masters <[email protected]>

description: A minimal module stubdescription: A minimal module stub

alias: minimal_modulealias: minimal_module

license: GPLlicense: GPL

version: 0:1.0version: 0:1.0

vermagic: 2.6.15.6 preempt K7 gcc-4.0vermagic: 2.6.15.6 preempt K7 gcc-4.0

depends:depends:

srcversion: 295F0EFEC45D00AB631A26Csrcversion: 295F0EFEC45D00AB631A26C

Povšimněte si, že verze modulu je zobrazena společně s vygenerovaným kontrolním součtem. Zvykněte si vždy přidávat k vašim modulům verzi, aby vývojáři, kteří budou později balíčkovat vaše moduly, mohli používat nástroje jako modinfo pro automatické získání těchto informací.

module.hVšechna linuxová jádra musí obsahovat <linux/module.h> společně s dalšími hlavičkovými sou-bory, které používají. Module.h definuje řadu maker, která jsou používána kompilačním systémem jádra pro přidání nezbytných metadat ke zkompilovaným souborům modulů. Když si prohlédnete vygenerované zdrojové soubory v C, které končí na .mod.c, a jež vznikly během kompilace, může-te získat představu o tom, jakým způsobem jsou tato makra používána.

Následující tabulka popisuje některá speciální hlavičková makra a funkce, jež jsou dostupné. Mak-ra a funkce, které jsou uvedeny v této tabulce, by měly být použity v každém modulu vždy, když je to vhodné. Obvykle jsou vloženy na konec zdrojového kódu modulu.

makro/funkce Popis

MODULE_ALIAS (_alias) Poskytuje alias pro uživatelský prostor. Dovoluje nástrojům, které načítají a uvolňují moduly, rozpoznat alias. Modul intel-agp (stejně jako mnoho ovladačů pro PCI) specifikuje řadu identifikátorů PCI zařízení, které jsou podporovány ovladačem, a jež mohou nástroje uživatelského prostoru použít pro automatické nalezení ovladače:

MODULE_ALIAS ("pci:v00001106d00000314sv

*sd*bc06sc00i00*")

KAPITOLA 13 Grafika a zvuk

Mnoho aspektů profesionálního programování vyžaduje pokročilou podporu grafiky a zvuku. Vše od vytváření matematických modelů až po psaní nejnovějších akčních her vyžaduje schopnost kreslit (a také animovat) složité geometrické objekty. V případě současného šílení po multimédiích je zase vyžadováno zpracování zvukových souborů jak v digitální podobě, tak i přímo z audio CD. Bohužel, většina standardních programových nástrojů, které jsou obsaženy ve většině linuxových systémů, neposkytuje metody potřebné pro vývoj pokročilých grafických a zvukových programů. Tato kapitola popisuje dva nástroje, které lze přidat do vašeho programového vybavení, a jež vám pomohou ve vašem úsilí vytvářet pokročilou grafiku a zvuky pro vaše linuxové aplikace.

Linux a grafikaVětšina linuxových distribucí je dnes založena na grafice. Když startujete systém, jste přivítáni gra-fickou přihlašovací obrazovkou, která často obsahuje efektní obrázek na pozadí a grafický seznam uživatelů a příslušných voleb. Jakmile se přihlásíte do linuxového systému, ocitnete se v grafickém desktopovém prostředí, které obsahuje nejenom různé ikony pro programy a zařízení, ale také systémové menu s ikonami pro vybrané aplikace. Spuštění programu pak spočívá v jednoduchém kliknutí na příslušnou ikonu na ploše nebo výběrem odpovídající položky z menu.

Aby se tohle mohlo uskutečnit, Linux musí za scénou provádět velkou spoustu věcí. Existuje mno-ho programového kódu, který je použit pro zobrazení grafiky na Linuxu. Grafické programování je jedním z nejsložitějších programovacích prostředí v Linuxu. Manipulace grafickými objekty vyža-duje znalost, jak grafická karta komunikuje s monitorem při vytváření obrázků na obrazovce.

Naštěstí dnes už existuje několik nástrojů, které dokáží programátorům grafiky v Linuxu hodně usnadnit život. Tato sekce popisuje celkem čtyři nástroje, které jsou používány pro práci s grafikou v prostředí Linuxu: X Windows, OpenGL, GLUT a SDL.

424 Kapitola 13 – Grafika a zvuk

X WindowsNejrozšířenější formou grafiky, která je poskytována současnými operačními systémy, je systém oken. Kromě populárního systému od Microsoftu, který je podle nich nazván, existuje několik dal-ších operačních systémů, jež poskytují programátorům grafické okenní prostředí. Linux se k této grafické revoluci připojil tím, že rovněž nabídli několik prostředí založených na oknech.

Ve všech operačních systémech existují dva základní prvky, které ovládají grafické prostředí: grafic-ká karta instalovaná v počítači a monitor, jenž všechno zobrazuje. Oba tyto prvky musí být správ-ně detekovány a řízeny, aby nějaký program mohl zobrazovat grafiku. Celý vtip spočívá v získání snadného přístupu k těmto prvkům.

Linuxové distribuce pro ovládání grafiky používají grafický standard X Windows. Standard X Win-dows definuje protokoly, které slouží jako rozhraní mezi grafickými aplikacemi a systémovou gra-fickou kartou + monitorem.

Od té doby, co se X Windows stal standardem, poskytuje společné rozhraní pro mnoho různých grafických karet a monitorů. Aplikace, které jsou napsány pro X Windows, mohou běžet na jakém-koliv systému s libovolnou kombinací grafické karty a monitoru, pokud daná kombinace grafické karty a monitoru umí pracovat s rozhraním X Windows. To je znázorněno na obrázku 13.1.

Obrázek 13.1.

Standard X Windows sám o sobě představuje pouze specifikaci, nikoliv konkrétní produkt. Jednot-livé operační systémy používají odlišný software X Windows pro implementaci standardu X Win-dows. V linuxovém světě dnes existují dva softwarové balíčky, které X Windows implementují:

� XFree86.

� X.org.

Softwarový balíček XFree86 je nejstarší implementací standardu X Windows. Po dlouhou dobu se jednalo o jediný balíček X Windows, který byl dostupný pro Linux. Jak už plyne z jeho jména, jedná se o svobodnou (a open source) implementaci navrženou pro systémy Intel x86.


Nedávno ovšem na linuxovou scénu vstoupil nový balíček nazvaný jako X.org. Program X.org je považován za vývojového následníka programu XFree86 a rychle si získal oblibu v různých linu-xových distribucích – hlavně díky podpoře pokročilejších vlastností než měl XFree 86. Mnoho distribucí Linuxu tak v současnosti používá X.org místo staršího XFree86.

Oba balíčky pracují stejným způsobem – řídí komunikaci Linuxu s grafickou kartou a zobrazují grafický obsah na monitoru uživatele. Aby tohle bylo možné, X Windows vyžaduje specifickou konfiguraci vzhledem k systému, na kterém běží. V dávných dobách Linuxu jste se museli prodírat ohromným konfiguračním souborem a ručně upravovat volby programu XFree86 pro konkrétní typ grafické karty a monitoru. Použití špatné konfigurace mohlo znamenat zničení drahého mo-nitoru. V současnosti ovšem většina linuxových distribucí při své instalaci automaticky detekuje vlastnosti grafické karty a monitoru, takže bez jakéhokoliv zásahu uživatele dojde k vytvoření od-povídajících konfiguračních souborů.

V době své instalace Linux detekuje vlastnosti grafické karty a monitoru a následně vytvoří odpo-vídající konfigurační soubor pro X Windows, který obsahuje nalezené informace. Při instalaci Li-nuxu si můžete povšimnout okamžiku, kdy je zkoumán monitor kvůli zjištění podporovaných gra-fických režimů. Někdy to způsobí, že monitor po několik sekund nic nezobrazuje. Protože existuje mnoho rozdílných typů karet a monitorů, dokončení tohoto procesu může trvat nějakou dobu.

Pokud váš systém obsahuje nějakou novější a pokročilejší grafickou kartu, instalační proces nemu-sí zvládnout proces automatické detekce. A aby se věci ještě více zhoršily, některé distribuce Linuxu se nedokáží nainstalovat, pokud nebudou schopny zjistit nastavení grafické karty. Jiné distribuce vám v případě selhání autodetekce mohou položit několik otázek, aby bylo možné alespoň tímto způsobem získat nějaké informace. A ještě jiné distribuce mohou přejít v případě selhání autode-tekce na nejnižší společný jmenovatel, čímž se vytvoří obraz, který není přizpůsoben konkrétnímu grafickému prostředí.

Mnoho uživatelů PC má k dispozici fantastické grafické karty, aby mohli hrát moderní počítačo-vé hry ve vysokém rozlišení. Tyto grafické akcelerátory obsahují specializovaný hardware, který společně s dodávaným softwarem dokáže zvyšovat rychlost vykreslování trojrozměrných objektů na obrazovce. V minulosti ovšem tento speciální grafický hardware způsoboval spoustu problémů při pokusu o instalaci do linuxového systému. Výrobci těchto grafických karet ovšem pomalu začí-nají tyto problémy řešit, takže ke svým produktům konečně poskytují ovladače určené pro Linux. A mnoho dnešních linuxových distribucí, které jsou upraveny pro koncové uživatele, dokonce ob-sahuje i vlastní ovladače pro takové grafické karty.

Jakmile je dostupné prostředí X Windows, aplikace ho mohou použít pro interakci s grafickým prostředím na linuxovém systému. Oblíbené desktopy KDE a GNOME běží v prostředí X Win-dows a využívají volání API X Windows pro vykonání všech vykreslovacích funkcí.

Přestože X Windows je výborný pro tvorbu programů v okenním prostředí, existují určité meze toho, co všechno smí systém X Windows dělat. Protože se jedná o trochu starší standard, systém X Windows neobsahuje podporu pro spoustu moderních věcí. Tento nedostatek se projeví zejmé-na v případě, kdy chce programátor vytvářet pokročilé grafické aplikace, které mají pracovat s troj-rozměrnými objekty. K tomuto typu programování tak musíte použít jiné balíčky.


OpenGL Knihovna OpenGL (Open Graphic Library) byla vytvořena za účelem poskytnutí společného API pro přístup k pokročilým grafickým vlastnostem, které jsou obsaženy v grafických kartách s 3-D akcelerátorem. Zatímco standard X Windows se zaměřuje na poskytnutí okenního prostředí pro programátory, OpenGL projekt se zaměřuje na poskytnutí API, které jsou specifické pro vykreslo-vání pokročilých dvojrozměrných (2D) a trojrozměrných (3D) objektů.

Podobně jako X Windows, ani projekt OpenGL projekt není specifickou softwarovou knihovnou s funkcemi. Naopak – jedná se o obecné specifikace pro funkce, které jsou vyžadovány pro vykres-lování grafických objektů na výkonných grafických pracovních stanicích. Jednotliví výrobci grafic-kých karet si pořizují licence ke specifikacím OpenGL, aby mohli vytvořit příslušné API pro své konkrétní grafické karty. Programátoři pak mohou využívat tato stejná API pro interakci s různými grafickými kartami podporujícími OpenGL.

Místo použití specifické knihovny OpenGL pro konkrétní grafickou kartu je rovněž možné použít obecnou OpenGL knihovnu, která je implementována plně softwarově. Tato softwarová knihovna převede všechny 2D a 3D objekty do standardních volání funkcí X Windows, které mohou být obslouženy standardními grafickými kartami. Podívejte se na obrázek 13.2.

Obrázek 13.2.

Program Mesa je oblíbeným balíčkem, který poskytuje softwarovou implementaci funkcí knihovny OpenGL. Program Mesa je často standardně instalován na linuxovém systému, který sice nemá k dispozici moderní grafickou 3D kartu, nicméně potřebuje implementovat pokročilou 3D grafi-ku. Program Mesa totiž obsahuje několik knihoven pro vývojáře, takže ho lze použít k vytvoření vlastních 2D a 3D aplikací bez nutnosti kupovat moderní grafickou kartu s 3D akcelerátorem. Li-bovolný program, který je napsán tak, aby běžel v Mese, bude fungovat i případě použití pokročilé grafické kartě s podporou OpenGL.


OpenGL Utilities ToolkitKnihovna OpenGL sice poskytuje funkce pro pokročilou 2D a 3D grafiku, nicméně neposkytuje funkce pro standardní programování oken. Aby se mohl kompenzovat tento nedostatek OpenGL, Mark Kilard vyvinul GLUT ( OpenGL Utility Toolkit). GLUT je založen na specifikacích OpenGL, které jsou zkombinovány s obecnými funkcemi pro okna. Tím je vytvořena kompletní knihov-na funkcí, která se dá použít pro snadnější vytváření oken, interakci s uživatelem či vykreslování 2D/3D objektů.

Knihovna GLUT tak slouží jako zprostředkující vrstva mezi OpenGL a systémem X Windows. Stejně jako v případě OpenGL i v tomto případě mnoho výrobců grafických karet pro své výrobky poskytuje specifickou knihovnu GLUT. I program Mesa poskytuje plně softwarovou implementaci GLUT pro méně pokročilé grafické systémy. Pokud využíváte OpenGL pro vytváření grafických objektů, pravděpodobně budete chtít používat i knihovnu GLUT pro usnadnění vaší práce.

Simple Directmedia LayerOpenGL a GLUT jsou výborné, pokud potřebujete vykreslovat mnohoúhelníky a rotovat je kolem vlastní osy, ale v některých grafických prostředích si s tímto nemusíte vystačit. Mnoho programů (zejména hry) kromě vykreslování objektů rovněž potřebuje rychle zobrazovat na monitoru různé obrázky. Většina her také potřebuje přístup k zvukovému systému pro přehrávání zvukových efek-tů a hudby, stejně jako přístup ke klávesnici (či joysticku) kvůli interakci s uživatelem. Dělat tyto činnosti prostřednictvím GLUT rozhodně není snadný úkol.

V takových situacích se hodí herní knihovny vyšší úrovně. Nejoblíbenější grafickou a zvukovou knihovnou pro Linux je knihovna nazvaná Simple Directmedia Layer (SDL). Knihovna SDL po-skytuje mnoho pokročilých funkcí pro manipulaci se soubory obrázků na obrazovce, vytváření animací z obrázků, přístup ke zvuku či k obsluze událostí klávesnice a myši (a dokonce joysticku).

Knihovna SDL je určena pro více platforem, takže můžete snadno najít implementace SDL pro většinu operačních systémů. Aplikaci můžete vyvinout pomocí SDL na vašem Linuxu a snadno ji portovat do prostředí Microsoft Windows nebo Apple Macintosh. Tato vlastnost vlastně způsobila, že knihovna SDL je velmi oblíbena mezi profesionálními programátory her. Díky této skutečnosti rovněž spousta profesionálních vývojářů her přechází k SDL, aby si usnadnili portaci her z platfor-my Windows na Linux.

Vytváření aplikací OpenGL Pro vytvoření aplikace OpenGL potřebujete mít na vašem Linuxu nejenom runtime knihovnu OpenGL, ale také mnoho dalších vývojových knihoven. Splnit tyto požadavek může být obtížné, protože knihovna OpenGL není open source. Specifikace k OpenGL nejsou k dispozici zdarma. Jinak řečeno – od společnosti SGI (Silicon Graphics Incorporated) musíte mít k dispozici licenco-vanou kopii tohoto softwaru, abyste ho mohli provozovat na vašem linuxovém systému. Mnoho


výrobců grafických karet ovšem pro své konkrétní grafické karty poskytuje licencované knihov-ny OpenGL. Pokud takovou grafickou kartu se specifickými ovladači OpenGL nemáte k dispozi-ci – a přesto chcete programovat v OpenGL – můžete použít nějakou softwarovou implementaci OpenGL, např. již zmiňovaný program Mesa. Tento open source program, který byl vytvořen Bri-anem Paulem ve formě jednoduché implementace knihovny OpenGL, lze označit za daleko nejob-líbenější softwarovou implementaci OpenGL. Protože jeho autor netvrdí, že Mesa je kompatibilní náhradou za OpenGL, neposkytuje žádnou licenci OpenGL pro Mesu.

Mesa vám místo toho nabízí prostředí, které je podobné syntaxi příkazů OpenGL, a jež bylo spo-lečností SGI autorizováno pro distribuci v podobě otevřeného kódu. Použitím Mesy neporušíte žádná licenční omezení. Pomocí programového prostředí Mesa tak můžete vyvíjet OpenGL apli-kace, které budou fungovat na každé implementaci OpenGL. Na vašem linuxovém prostředí navíc můžete spouštět runtime knihovny Mesy bez nutnosti vlastnit licenci od SGI.

Jak už bylo zmíněno v sekci OpenGL Utilities Toolbox, knihovna OpenGL neposkytuje nezbytnou funkcionalitu pro vytváření oken. Naštěstí projekt Mesa zahrnuje i knihovny GLUT, což vám dovo-luje vytvářet plně funkční aplikace s grafickými okny v jediném vývojovém prostředí.

Tato kapitola předvádí vývoj OpenGL aplikací prostřednictvím knihoven Mesa. Následující sekce popisuje, jak stáhnout a nainstalovat knihovny Mesy a jak je použít pro vytvoření OpenGL aplika-cí, které mohou běžet na libovolné implementaci OpenGL.

Stažení a instalaceMnoho distribucí Linuxu již obsahuje instalační balíčky pro Mesu, nehledě na skutečnost, že vět-šina linuxových distribucí instaluje runtime knihovny zcela standardně. To umožňuje spouštět OpenGL aplikace i bez přítomnosti pokročilé 3D grafické karty.

Abyste mohli vyvíjet OpenGL aplikace, pravděpodobně budete muset nainstalovat hlavičkové sou-bory Mesy společně se soubory knihovny. Obojí je obsaženo v instalačních balíčcích se jmény jako mesa-devel. Pokud nemůžete najít vývojový balíček Mesy pro vaši konkrétní distribuci Linuxu, nebo pokud dáváte přednost práci s poslední verzí balíčku, nahlédněte na webovou stránku Mesy.

Webová stránka projektu Mesa se nachází na adrese www.mesa3d.org. Na hlavní stránce klikněte na odkaz Downloading/Unpacking (Stáhnout/Rozbalit) a stáhněte si nejnovější knihovny Mesy.

Existují tři softwarové balíčky, které lze stáhnout:

� MesaLib-x.y.z. Hlavní soubory knihovny Mesa OpenGL.

� Mesa-demos-x.y.z. Skupina ukázkových programů OpenGL pro demonstraci programování v OpenGL.

� MesaGLUT-x.y.z. Implementace GLUT (OpenGL Utility Toolkit) pro Mesu.

Označení x.y.z specifikuje verzi balíčku Mesy, kde x znamená hlavní číslo verze, y vedlejší číslo verze a z číslo záplaty. Mesa dodržuje systém číslování, kde všechna sudá vedlejší čísla verze (y)


znamenají stabilní verze. Lichá čísla pak označují vývojové verze. V době psaní této knihy byla nejnovější stabilní verzí 6.4.2 a vývojovou verzí 6.5.1.

Pro tvorbu OpenGL aplikací na vašem linuxovém systému byste si měli stáhnout minimálně balíč-ky MesaLib a MesaGLUT. Tohle vám poskytne kompletní vývojové prostředí OpenGL a GLUT pro vytváření vašich aplikací. Nicméně i balíček Mesa-demos je užitečný.

Soubory můžete stáhnout ve formátech .tar.gz nebo .zip (podle toho, který se více hodí pro vaši konkrétní distribuci Linuxu). Balíčky stáhněte do pracovního adresáře a pro jejich rozbalení použijte příkazy tar nebo unzip. Všechny balíčky rozbalte do stejného adresáře Mesa-x.y.z.

Po stažení a rozbalení balíčků můžete zkompilovat knihovny (a ukázkové programy, pokud jste si stáhli i balíček Mesa-demos). Mesa nepoužívá program configure pro zjištění kompilačního pro-středí. Místo toho se používají různé cíle programu make (jeden cíl pro každý typ podporovaného prostředí). Pro zobrazení všech dostupných cílů napište do příkazové řádky příkaz make. Následně bude zobrazen seznam všech dostupných cílů příkazů make. Pro linuxové systémy můžete použít obecný cíl Linux nebo cíl, který je specifický pro vaše prostředí (jako například Linux-x86). Od-povídající název cíle jednoduše vložte ihned za příkaz make.

$ make linux-x86$ make linux-x86

Po zkompilování souborů knihovny na vašem systému se můžete rozhodnout, že hlavičkové soubo-ry a soubory knihovny nainstalujete do jejich standardních umístění ve vašem systému. Implicitní cíl příkazu make install nainstaluje hlavičkové soubory do adresáře /usr/local/include/GL. Soubory knihovny pak do adresáře usr/local/lib.

Jednou z hezkých věcí na OpenGL je skutečnost, že do různých umístění můžete nainstalovat více verzí souborů knihovny OpenGL (například jednu verzi pro grafickou kartu + softwarové knihov-ny Mesa). Když spustíte vaši aplikaci, můžete si zvolit, kterou knihovnu použijete pro implementaci funkcí OpenGL. Můžete tak porovnat výkon různých verzí knihoven.

Programovací prostředíPo instalaci všech souborů potřebných pro Mesu OpenGL a GLUT můžete začít vytvářet vaše vlastní programy. Do vaší aplikace ovšem musíte zahrnout umístění hlavičkových souborů (pomo-cí standardního příkazu #include):

#include <GL/gl.h>

#include <GL/glut.h>

Když kompilujete vaše aplikace OpenGL, musíte prostřednictvím parametrů -l pro linker zahr-nout nejenom umístění hlavičkových souborů, ale také knihovny Mesa OpenGL a GLUT:

$ cc -I/usr/local/include -o test test.c -L/usr/local/lib -lGL -lglut

Povšimněte si, že knihovna pro Mesa OpenGL (GL) je specifikována velkými písmeny, zatímco knihovna GLUT písmeny malými. Do souboru /etc/ld/so.conf byste také měli zahrnout adre-


sář /usr/local/lib, aby Linux mohl vyhledat dynamické soubory knihovny OpenGL a GLUT. Po úpravě tohoto souboru nezapomeňte spustit program ldconfig. A tímto jsme si řekli všechno potřebné, takže se konečně můžeme pustit do vytváření vaší první aplikace OpenGL.

Použití knihovny GLUTJak lze očekávat, knihovna GLUT obsahuje mnoho funkcí pro vytváření oken, kreslení objektů či obsluhu vstupu od uživatele. Tato sekce ukazuje několik základních principů ohledně používání knihovny GLUT pro tvorbu následujících jednoduchých grafických aplikací.

� Vytvoření okna.

� Kreslení objektů v okně.

� Zpracování vstupu od uživatele.

� Animace kreseb.

Předtím, než budete moci kreslit, musíte mít pracovní prostor. Pracovním prostorem v GLUT je okno. Následující první téma ukazuje, jak pomocí knihovny GLUT vytvořit okno standardního prostředí X Windows. Po úspěšném vytvoření okna můžete použít základní příkazy knihovny GLUT pro kreslení různých objektů, jako například čar, trojúhelníků, mnohoúhelníků a dalších komplexních matematických modelů.

Při práci v prostředí okna je klíčové zachytit vstup od uživatele. Vaše aplikace musí být schopna de-tekovat nejenom události klávesnice, ale také pohyb kurzorem myši. A nakonec skoro každý herní program vyžaduje nějakou animaci. Knihovna GLUT naštěstí poskytuje příkazy pro jednoduchou animaci objektů, které mohou oživit vaše objekty.

Vytvoření oknaNejzákladnějším prvkem každého grafického programu je okno, do kterého jsou umístěny samot-né grafické objekty. Existuje celkem pět funkcí, které jsou běžně používány pro inicializaci prostře-dí GLUT a vytvoření okna:

void glutInit(int argc, char **argv);

void glutInitDisplayMode(unsigned int mode);

void glutInitWindowSize(int width, int height);

void glutInitWindowPosition(int x, int y);

int glutCreateWindow(char *name);

Tato uvedená volání funkcí jsou přítomna prakticky v každém OpenGL programu. Funkce glut-Init() inicializuje knihovnu GLUT a používá parametry příkazové řádky k definici toho, jak bude GLUT komunikovat se systémem X Windows. Parametry funkce glutInit() pro příkazový řádek jsou následující:

� display. Specifikuje X server, ke kterému se má připojit.


� geometry. Specifikuje umístění okna na X serveru.

� iconic. Vyžaduje, aby všechna okna nejvyšší úrovně byla vytvořena v ikonickém stavu.

� indirect. Vynucené použití nepřímého kontextu renderování OpenGL.

� direct. Vynucené použití přímého kontextu renderování OpenGL.

� gldebug. Zavolá glGetError po každém volání funkce OpenGL.

� sync. Povoluje synchronní transakce protokolu X Windows.

Další funkce glutInitDisplayNode() pak specifikuje režim zobrazení, který bude použit pro prostředí OpenGL. Režim zobrazení je možné definovat následující řadou hodnot přepínačů:

Přepínač Hodnota

GLUT_SINGLE Poskytuje jedno bufferované okno.

GLUT_DOUBLE Poskytuje dvě bufferovaná okna, mezi kterými se lze přepínat.

GLUT_RGBA Řídicí okno založené na hodnotách RGB.

GLUT_INDEX Řídicí okno založené na indexu barev.

GLUT_ACCUM Poskytuje akumulační buffer pro okno.

GLUT_ALPHA Poskytuje komponentu průhlednosti pro barvu okna.

GLUT_DEPTH Poskytuje okno s bufferem barevné hloubky.

GLUT_STENCIL Poskytuje okno s bufferem šablon.

GLUT_MULTISAMPLE Poskytuje okno s podporou multisamplingu.

GLUT_STEREO Poskytuje stereo buffer okna.

GLUT_LUMINANCE Poskytuje komponentu průhlednosti pro barvu okna.

Funkce glutInitWindowSize() a glutInitWindowPosition() dělají přesně to, co naznačuje je-jich název – dovolují vám stanovit počáteční velikost okna (v pixelech) a jeho pozici (založenou na souřadnicovém systému okna). Základní bod souřadnicového systému oken (0,0) je v levém dol-ním rohu okna displeje. Osa x probíhá podél dolní strany displeje, osa y podél levé strany displeje.

Funkce glutCreateWindow() vytváří skutečné okno. Použité parametry specifikují název okna, který je zobrazen v pruhu v horní části okna.

Po vytvoření okna může začít skutečná zábava. Protože se jedná o programování řízené událostmi, GLUT se v tomto ohledu podobá všem ostatním programovacím jazykům, které jsou založeny na oknech. Místo lineárního postupu kódem aplikace při provádění příkazů čeká GLUT na události, které se stanou uvnitř vytvořeného okna. Když dojde k takové události, bude vykonána funkce zpětného volání, která je s ní spojena. GLUT pak začne čekat na další událost.


Všechna činnost v programech, které jsou založeny na oknech, probíhá prostřednictvím funkcí zpětného volání. To znamená, že musíte poskytnout kód pro události, které se stanou ve vaší apli-kaci (což je například situace, kdy uživatel stiskne tlačítko myši nebo klávesu na klávesnici). GLUT poskytuje několik volání funkcí, která vám umožní registrovat vaše vlastní funkce zpětného volání, jež budou GLUT zavolány při výskytu specifických událostí:

Funkce Popis

GlutDisplayFunc (void (*func) void) Specifikuje funkci, která bude zavolána, když bude potřeba překreslit obsah okna.

GlutReshapeFunc (void (*func)

int width, int height)Specifikuje funkci, která bude zavolána, když bude potřeba změnit velikost nebo polohu okna.

GltKeyBoardFunc (void (*func )

(unsigned int key, int x, int y)Specifikuje funkci, která bude zavolána při stisknutí nějaké ASCII klávesy.

GlutSpecialFunc (void (*func)

(int key, int x, int y)Specifikuje funkci, která bude zavolána při stisknutí speciální klávesy, například šipka nebo F1-F12.

GlutMouseFunc (void )*func)

intButton, int state, int x, int y)Specifikuje funkci, která bude zavolána při stisknutí nebo uvolnění tlačítka myši.

GlutMotionFunc (void (*func)

(int x, int y)Specifikuje funkci, která bude zavolána při pohybu kurzoru myši v okně.

GlutTimerFunc (int msec, void

(*func) (int value), value)Specifikuje funkci, která bude zavolána po uplynutí času specifikovaného pomocí argumentu msec.

GlutPostRedisplay (void) Označuje aktuální okno k překreslení.

Pokud nebudete registrovat nějakou funkci s nějakou událostí, GLUT se nebude snažit předat vý-skyt této události vašemu programu. Jinak řečeno – taková událost bude ignorována. Po registraci vašich funkcí s událostmi musíte použít funkci glutMainLoop(), aby GLUT mohl začít čekat na výskyt daných událostí.

Program testwin.c, který je ukázán v následujícím výpisu, demonstruje vytvoření okna v pro-středí GLUT a nakreslení jednoduchého objektu v okně.

/*

* Professional Linux Progamming - OpenGL window test

*/

#include <GL/gl.h>

#include <GL/glut.h>

void display(void)

{

glClearColor(0, 0, 0, 0);

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);


glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);

glRotatef(30, 1.0, 0.0, 0.0);

glRotatef(30, 0.0, 1.0, 0.0);)

glutWireTetrahedron();

glFlush();

}

int main(int argc, char **argv)

{

glutInit(&argc, argv);

glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA);

glutInitWindowSize(250, 250);

glutInitWindowPosition(0, 0);

glutCreateWindow("Test Window");

glutDisplayFunc(display);

glutMainLoop();

return 0;

}

Sekce main() programu testwin.c používá standardní inicializační funkce GLUT pro vytvoření okna, které zobrazí OpenGL kreslení. Je registrována funkce zpětného volání pro obsluhu zobraze-ní okna. Následně je spuštěna hlavní smyčka událostí GLUT.

Funkce zpětného volání display je použita pro kontrolu toho, co je umístěno do okna. To je místo, kde se odehrává veškerá činnost. Předtím, než do okna cokoliv umístíte, bude vhodné okno vyčistit od čehokoliv, co se v něm může nacházet. Pro takové vyčistění okna je použita funkce glClear(). Barvu pozadí použitou pro vyčistění okna lze nastavit pomocí funkce glClearColor(), která po-užívá následující čtyři parametry:

glClearColor(float red, float green, float blue, float alpha)

Parametry red, green a blue určují množství červené, zelené a modré přidané do barvy pozadí. Hodnota 0.0 znamená vůbec nic, hodnota 1.0 pak maximální hodnotu dané barvy. Pokud stejně jako já nevíte, jak smícháním červené, zelené a modré barvy vytvořit požadovanou barvu, zde je tabulka, která ukazuje některé základní barevné kombinace:

Červená Zelená Modrá Barva

0.0 0.0 0.0 černá

1.0 0.0 0.0 červená

0.0 1.0 0.0 zelená

1.0 1.0 0.0 žlutá

0.0 0.0 1.0 modrá

1.0 0.0 1.0 fialová


Červená Zelená Modrá Barva

0.0 1.0 1.0 modrozelená

1.0 1.0 1.0 bílá

Pamatujte si, že se jedná o hodnoty s plovoucí desetinnou čárkou, takže mezi hodnotami 0.0 a 1.0 existuje velké množství odstínů. Nicméně věříme, že tato tabulka vám poskytla alespoň základní představu o tom, jak namíchat požadovanou barvu. Parametr alpha řídí průhlednost aplikovanou na barvu. Hodnota 0.0 indikuje, že žádná průhlednost není použita, hodnota 1.0 pak znamená, že je použita maximální průhlednost.

Po nastavení hodnoty barvy pozadí a vyčistění pozadí můžete začít kreslit. Barva kresleného objek-tu je stanovena pomocí funkce glColor3f(). Tato funkce definuje barvu pomocí tří RGB hodnot (červená, zelená, modrá). Hodnoty je opět možné zadávat v rozmezí od 0.0 do 1.0. Tabulku s kom-binacemi hodnot, které jsme použili u funkce glClearColor(), můžete využít i pro tuto funkci.

Po nastavení barev je čas začít kreslit objekt. Pro tento příklad jsme použili vestavěný geometric-ký objekt z knihovny GLUT. Existuje několik typů vestavěných tvarů, které můžete použít – od jednoduchých objektů, jako například krychle, válce a kužely, až po pokročilejší objekty jako jsou osmistěny, čtyřstěny či dvanáctistěny. Funkce glutWireTetrahedron() slouží k vytvoření obrysu čtyřstěnu. Objekt je standardně vycentrován na počátek osy. Abychom věci trochu pozměnili, pou-žili jsme funkci glRotate() pro rotaci objektu. Funkce glRotate() má čtyři parametry:

glRotate( float angle, float x, float y, float z)

První parametr, angle, určuje úhel rotace objektu ve stupních (zvolili jsme otočení o 30 stupňů). Další tři parametry určují směr od počátku, ke kterému rotace směřuje. Dvojí zavolání funkce gl-Rotate() otočí objekt o 30 stupňů na ose x a poté o 30 stupňů na ose y. To umožňuje dosáhnout výraznějšího trojrozměrného dojmu. Funkce glFlush() je použita k tomu, aby kresba mohla být poslána na monitor uživatele (na konci volání funkce zpětného volání).

Jakmile máte vytvořený kód programu testwin.c, zkompilujte ho na vašem systému:

$ cc –I/usr/local/include –o testwin testwin.c –L/usr/local/lib –lGL –lglut$ cc –I/usr/local/include –o testwin testwin.c –L/usr/local/lib –lGL –lglut

Aby bylo možné program spustit, musíte mít na vašem systému otevřenou relaci X Windows. Po-kud používáte nějakého správce desktopu (jako například KDE nebo GNOME), můžete pro odstar-tování programu testwin.c otevřít okno příkazové řádky. Okno programu by se následně mělo objevit na vašem desktopu společně s nakresleným objektem, jak je ukázáno na obrázku 13.3.

Linux profesionálně

Documents

Transcript of Linux profesionálně