Linux. Системное программирование.
Данная книга рассказывает о системном программировании в Linux. Системное программирование — это практика написания системного ПО, низкоуровневый код которого взаимодействует непосредственно с ядром и основными системными библиотеками. Иными словами, речь далее пойдет в основном о системных вызовах Linux и низкоуровневых функциях, в частности тех, которые определены в библиотеке C. Есть немало пособий, посвященных системному программированию для UNIX-систем, но вы почти не найдете таких, которые рассматривают данную тему достаточно подробно и фокусируются именно на Linux. Еще меньше подобных книгучитывают новейшие релизы Linux и продвинутые интерфейсы, ориентированные исключительно на Linux. Эта книга не только лишена всех перечисленных недостатков, но и обладает важным достоинством: дело в том, что я написал массу кода для Linux, как для ядра, так и для системных программ, расположенных непосредственно «над ядром». На самом деле я реализовал на практике ряд системных вызовов и других функций, описанных далее. Соответственно книга содержит богатый материал, рассказывая не только о том, как должны работать системные интерфейсы, но и о том, как они действительно работают и как вы сможете использовать их с максимальной эффективностью. Таким образом, данная книга одновременно является и руководством по системному программированию для Linux, и справочным пособием, описывающим системные вызовы Linux, и подробным повествованием о том, как создавать более интеллектуальный и быстрый код. Текст написан простым, доступным языком. Независимо от того, является ли создание системного кода вашей основной работой, эта книга научит полезным приемам, которые помогут вам стать по-настоящему высокопрофессиональным программистом.
Популярные языки программирования Linux
Linux быстро развивается и становиться все популярнее, особенно в связи с тем, что сокращается использование Windows, а также множество программистов работают над продвижением Linux, создавая новые программы для настольных компьютеров, которые будут эквивалентны или даже лучше приложений в Windows и Mac OS X.
Для Linux есть множество языков программирования, и более того, каждый год появляются новые. Но не все их используют программисты, ведь для того, чтобы создать надежное, гибкое, эффективное и расширяемое, а главное, безопасное приложение, нужно подобрать правильный язык.
В этой статье мы рассмотрим самые популярные языки программирования для Linux. Рассмотрим те, на которых разработана эта операционная система и те, которые используются для создания приложений. На самом деле список не отсортирован по степени важности, все используемые здесь языки хороши. Все они кроссплатформенные, и вы можете написать на них программу для любой из доступных операционных систем.
1. Си
Я не преувеличу, если скажу, что этот язык был создан для этой операционной системы. Это уже старый язык. Он создавался в семидесятых годах инженером из Bell Labs Денисом Ритчи специально для написания ядра Unix. Дело в том, что в те времена программы и операционные системы писались на ассемблере и нужно было для каждой архитектуры писать программу отдельно, потому что наборы инструкций отличались. Разработчикам Unix нужен был высокоуровневый язык программирования, на котором они смогли бы написать Unix один раз и собирать его для всех платформ. Таким языком стал Си.
Ядро Linux, основано на Unix, а поэтому тоже написано на Си, также на Си реализованы все модули ядра, драйверы, а также огромное количество системного программного обеспечения. Если вы задавались вопросом, на чем написан Linux то теперь знаете ответ. На Си разработаны множество утилит из набора GNU, X сервер, набор библиотек для работы с графикой GTK и многое другое, некоторые оконные менеджеры. Но для написания новых программ Си используется все реже, ему на замену пришла его объективно ориентированная модификация С++.
2. С++
Это усовершенствованная версия Cи, появился он ненамного позже си. В 1980 году Бьёрн Страуструп работал над своим исследованием и ему не хватало стандартных возможностей Си, поэтому он придумал к нему пару улучшений. Неожиданно этот язык стал популярен среди его коллег и он уже не мог сам следить за его развитием.
Теперь это один из самых популярных языков программирования. Здесь доступно как объективно ориентированное, так и процедурные стили программирования. Правда, он все же очень сложен для новичков, как и Си. Здесь нужна очень высокая точность при управлении памятью.
На C++ написано много программного обеспечения в Linux, это те же самые утилиты GNU, много пользовательских программ, графические окружения, браузеры. На C++ написан графический фреймворк Qt, который сейчас используется для окружения рабочего стола KDE и большого количества кроссплатформенных программ. Qt — одновременно коммерческий и некоммерческий проект. Если вы разрабатываете свободное ПО, то можете использовать Qt бесплатно, нет — нужно платить за лицензию. Qt намного проще для начинающих чем чистый Си или С++.
Си и С++ наиболее популярные языки программирования для Linux.
3. Python
Python — это интерпретируемый язык высокого уровня общего назначения. Он разработан человеком по имени Гвидо Ван Россум в начале восьмидесятых годов, он работал над языком в свободное время, и ставил цель создать язык для обучения программированию.
Основная идея Python — простота, максимальная скорость разработки, минимум ошибок, минимум неопределенности. Сам синтаксис языка способствует тому чтобы вы писали правильно и не допускали ошибок. Это мгновенно сделало Python одним из самых популярных языков. Было разработано множество библиотек для работы с системными компонентами, реализаций алгоритмов и наборов API для работы с сетевыми сервисами. Сейчас на Python можно написать как веб-сайт, так и полноценное Qt приложение, доказательство первому — множество сайтов, в том числе Яндекс, а второму популярный видеоредактор OpenShot.
К тому же на Python написано бесчисленное количество системных скриптов и утилит для управления Linux. Это утилита apt для установки программного обеспечения в Ubuntu, пакетный менеджер Emerge в Gentoo и еще огромное количество небольших скриптов. Причина тому простота языка. Программист тратит на программу несколько часов, а она отлично работает несколько лет.
4. Perl
Perl — это ещё один скриптовый язык программирования разработанный Ларри Уоллом в 1987 году. У этого языка очень огромные возможности для работы с текстом. Регулярные выражения, которые используются в современных языках программирования, например, PHP, очень часто пошли именно отсюда. Но у Perl есть огромный недостаток, этот язык имеет очень сложный синтаксис и высокий порог вхождения.
Много старого кода в Linux написано на Perl, это различные скрипты сборки ядра, часты пакетного менеджера dpkg, скрипты системы инициализации и многое другое. Из современных программ, написанных на Perl можно отметить скрипт просмотра информации о системе inxi. Как правило, всё новое пишется на Python, но переписывать старое особого смысла нет.
5. Язык командой оболочки
Команды терминала Linux позволяют не только выполнять повседневные операции в интерактивном режиме, но это также полноценный язык программирования с поддержкой самых простых управляющих конструкций. Наиболее распространенная оболочка Bash (Bourne Again Shell) Больше всего скриптов написаны именно на ее синтаксисе, но есть и другие, например, тот же fish, sh, zsh, dash и т д.
Синтаксис управляющих конструкций Bash немного сложный для понимания, но на нем написано много системных скриптов, это в первую очередь все скрипты инициализации демонов в SysVinit, скрипты для обслуживания серверов, резервного копирования, запуска программ и т д. У каждого администратора есть несколько скриптов, написанных на Bash.
6. Другие языки
Большинство программ в Linux написано с использованием языков программирования, перечисленных выше. Они самые популярные, однако существуют и другие, менее используемые. Но тем не менее написанные на них программы могут выполнятся в Linux.
- Java — это мощный и полностью объективно-ориентированный, кроссплатформенный язык программирования в котором есть широкие возможности для создания как приложений для рабочего стола, так и сетевых и веб-приложений. Язык разработан в девяностых годах компанией Sun Microsystems для встраиваемых устройств, но потом завоевал все платформы. Этот язык больше предназначен для работки Enterprice программ, поэтому вы не часто встретите программы написанные на Java при обычном использовании системы или среди системных утилит. Самые известные программы на Java — это среды разработки: Netbeans, Eclipse и IntelijIDEA.
- JavaScript — это в первую очередь язык программирования для создания динамических веб-страниц, разработанный специально для этой цели в середине девяностых Бренданом Эйхом в компании Netscape. Но уже появился проект Node.js, позволяющий разрабатывать серверные программы на JavaScript. А потом компания GitHub создала фреймворк Electron, на базе Node.js, с помощью которого можно разрабатывать приложения для рабочего стола. Хотя платформа вышла совсем недавно, на ней уже написано до сотни приложений, среди самых известных можно отметить редакторы сходного кода Atom и LightTable, VSCode и другие.
- Go — новый язык программирования, выпущенный Google в 2008 году. Разработчики стремились исправить все недочёты Си, но в то же время создать очень быстрый язык компилируемый язык. У них неплохо получилось и язык начал очень быстро завоёвывать аудиторию. На Go пишутся новые программы, например, современная база данных InfluxDB.
- Ruby — это ещё один интерпретируемый язык программирования. Он разработан Юкихиро Мацумото в 1995 году. По синтаксису он немного похож на Perl, но он обективно ориентированный и достаточно современный. На волне популярности Ruby на нём начинали писать различные скрипты для Linux, например на нём написан фреймворк для тестирования безопасности Metasploit. Но сейчас популярность этого языка прошла и вместо него выгоднее использовать Python.
- C# — Фремворк .NET и C# от Microsoft очень долго не использовался в Linux. Большую часть времени приложения написанные на этом фремворке могли работать только в Windows. Лиш недавно ситуация поменялась в лучшую сторону. Многих разработчиков такое положение дел не устраивало, поэтому была выпущена платформа Mono, свободная реализация .NET для Linux. Приложения, разработанные для Mono могут работать и в Windows и в Linux. Такие программы выглядят, мягко говоря, не очень потому что не используют тему дистрибутива. На Mono не написано ничего серьезного, например, несколько графических клиентов для Git.
Выводы
Это далеко не все языки программирования linux, которые используются для создания программ в Linux, очень часто для создания скриптов в последнее время начали использовать новые языки, такие как Dart,Vala и другие. Для своих нужд я использую Python и PHP, а вы пишите программы для Linux? На каких языках программирования? Напишите в комментариях!
Обнаружили ошибку в тексте? Сообщите мне об этом. Выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter.
Programming Language¶
The kernel is written in the C programming language [c-language] . More precisely, the kernel is typically compiled with gcc [gcc] under -std=gnu11 [gcc-c-dialect-options] : the GNU dialect of ISO C11. clang [clang] is also supported, see docs on Building Linux with Clang/LLVM .
This dialect contains many extensions to the language [gnu-extensions] , and many of them are used within the kernel as a matter of course.
Attributes¶
One of the common extensions used throughout the kernel are attributes [gcc-attribute-syntax] . Attributes allow to introduce implementation-defined semantics to language entities (like variables, functions or types) without having to make significant syntactic changes to the language (e.g. adding a new keyword) [n2049] .
In some cases, attributes are optional (i.e. a compiler not supporting them should still produce proper code, even if it is slower or does not perform as many compile-time checks/diagnostics).
The kernel defines pseudo-keywords (e.g. __pure ) instead of using directly the GNU attribute syntax (e.g. __attribute__((__pure__)) ) in order to feature detect which ones can be used and/or to shorten the code.
Please refer to include/linux/compiler_attributes.h for more information.
Rust¶
The kernel has experimental support for the Rust programming language [rust-language] under CONFIG_RUST . It is compiled with rustc [rustc] under —edition=2021 [rust-editions] . Editions are a way to introduce small changes to the language that are not backwards compatible.
On top of that, some unstable features [rust-unstable-features] are used in the kernel. Unstable features may change in the future, thus it is an important goal to reach a point where only stable features are used.
Please refer to Rust for more information.