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Linux-Systemprogrammierung

Systemprogrammierung unter Linux befasst sich mit der niedrigstufigen Interaktion zwischen Programmen und dem Linux-Kernel. Sie ermöglicht dir, Systemaufrufe (Syscalls), Prozessverwaltung, Dateisystemoperationen, Signale und Memory Management direkt zu nutzen – alles auf der Grundlage von C, Rust, C++ und Assembler.

📌 Warum Linux-Systemprogrammierung?

Anwendungsfall Nutzen
Performance-Optimierung Direkter Systemzugriff ohne Overhead
System-Tools entwickeln Eigene ls, grep, cat-ähnliche Programme
Kernel-Module Treiber und Kernel-Erweiterungen schreiben
Embedded Systems Linux auf eingeschränkten Geräten (Raspberry Pi, IoT)
Sicherheitsforschung Systemverhalten analysieren und manipulieren
Hochverfügbare Dienste Robuste Server- und Daemon-Prozesse
Reverse Engineering Binaries analysieren und verstehen


🏗️ Grundlagen der Linux-Architektur

Linux-Kernel vs. User Space

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    USER SPACE (Anwendungen)                     │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Systembibliotheken (glibc)  │  Anwendungen  │  Shell  │  ...   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      KERNEL SPACE                                │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Systemaufrufe (Syscalls)  │  Treiber  │  Memory Mgmt  │  ...   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        HARDWARE                                  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  CPU  │  RAM  │  Festplatte  │  Netzwerk  │  GPU  │  ...            │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

System Calls (Syscalls)

Systemaufrufe sind die Schnittstelle zwischen User Space und Kernel. Jeder Syscall:

  • Hat eine Nummer (z. B. 1 für write)
  • Wird über die syscall-Instruktion (x86-64) oder svc (ARM) aufgerufen
  • Gibt einen Rückgabewert in %rax (x86-64) zurück
  • Kann Fehler durch negativen Rückgabewert signalisieren (errno = -rax)

glibc – Die C-Standardbibliothek

glibc (GNU C Library) ist die Standard-Implementierung der C-Standardbibliothek auf Linux. Sie bietet:

  • Wrapper für Syscalls (z. B. printf() → write() Syscall)
  • Standard-Funktionen (malloc(), free(), strlen(), etc.)
  • Thread-Unterstützung (pthread)
  • Lokale und Zeitfunktionen (strftime(), localtime())

Wichtig: Die meisten Programme nutzen glibc-Wrapper statt direkte Syscalls. Für maximale Kontrolle kannst du aber direkt Syscalls aufrufen.


🔌 System Calls (Syscalls) im Detail

Syscall-Nummern und Register (x86-64)

Syscall Nummer Beschreibung Argumente
read 0 Lesen aus Datei rax=0, rdi=fd, rsi=buffer, rdx=count
write 1 Schreiben in Datei rax=1, rdi=fd, rsi=buffer, rdx=count
open 2 Datei öffnen rax=2, rdi=path, rsi=flags, rdx=mode
close 3 Datei schließen rax=3, rdi=fd
stat 4 Datei-Status abfragen rax=4, rdi=path, rsi=statbuf
fstat 5 Datei-Status (über fd) rax=5, rdi=fd, rsi=statbuf
lstat 6 Symbolischer Link-Status rax=6, rdi=path, rsi=statbuf
lseek 8 Dateizeiger bewegen rax=8, rdi=fd, rsi=offset, rdx=whence
mmap 9 Speicher abbilden rax=9, rdi=addr, rsi=length, rdx=prot, r10=flags, r8=fd, r9=offset
munmap 11 Speicherabbildung aufheben rax=11, rdi=addr, rsi=length
brk 12 Heap-Größe ändern rax=12, rdi=addr
exit 60 Prozess beenden rax=60, rdi=status
exit_group 231 Alle Threads beenden rax=231, rdi=status
fork 57 Prozess erzeugen rax=57
clone 56 Thread erzeugen rax=56, rdi=flags, rsi=stack, rdx=parent_tid, r10=child_tid, r8=tls
execve 59 Programm ausführen rax=59, rdi=path, rsi=argv, rdx=envp
wait4 61 Auf Kindprozess warten rax=61, rdi=pid, rsi=status, rdx=options, r10=rusage
kill 62 Signal senden rax=62, rdi=pid, rsi=signal
sigaction 13 Signal-Handler setzen rax=13, rdi=sig, rsi=act, rdx=oldact
sigreturn 15 Von Signal-Handler zurückkehren rax=15, rdi=unused
rt_sigprocmask 14 Signal-Maske setzen rax=14, rdi=how, rsi=set, rdx=oldset, r10=sigsetsize

Syscall-Register (x86-64)

Register Argument Beschreibung
rax Syscall-Nummer Gibt auch den Rückgabewert zurück
rdi 1. Argument -
rsi 2. Argument -
rdx 3. Argument -
r10 4. Argument -
r8 5. Argument -
r9 6. Argument -
Stack 7.+ Argument Von rechts nach links

Fehlerbehandlung

  • Erfolg: Rückgabewert ≥ 0
  • Fehler: Rückgabewert < 0, errno = -Rückgabewert

Beispiel (Fehler prüfen): 

long ret = syscall(SYS_open, "file.txt", O_RDONLY);
if (ret < 0) {
    errno = -ret;
    perror("open failed");
}

Syscall-Nummern finden

# x86-64 Syscall-Nummern anzeigen
cat /usr/include/asm/unistd_64.h

# ARM64 Syscall-Nummern
cat /usr/include/asm/unistd.h

# Online-Tabelle
# https://filippo.io/linux-syscall-table/
# https://blog.rchapman.org/posts/Linux_System_Call_Table_for_x86_64/

💻 System Calls in der Praxis

1. Dateioperationen

open() – Datei öffnen

C-Code: 

#include <fcntl.h>      // O_RDONLY, O_WRONLY, O_CREAT, etc.
#include <unistd.h>     // syscall, open
#include <errno.h>     // errno
#include <stdio.h>      // perror

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }
    
    // Datei verwenden...
    
    close(fd);
    return 0;
}

Rust-Code (mit nix-Crate): 

use nix::fcntl::{open, OFlag};
use nix::unistd::close;
use std::path::Path;

fn main() -> Result<(), nix::Error> {
    let fd = open(Path::new("test.txt"), OFlag::O_RDONLY, nix::sys::stat::Mode::empty())?;
    
    // Datei verwenden...
    
    close(fd)?;
    Ok(())
}

read() – Aus Datei lesen

C-Code: 

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }
    
    char buffer[1024];
    ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    if (bytes_read < 0) {
        perror("read failed");
        close(fd);
        return 1;
    }
    
    printf("Read %zd bytes: %.*s\n", bytes_read, (int)bytes_read, buffer);
    
    close(fd);
    return 0;
}

Rust-Code: 

use std::fs::File;
use std::io::Read;

fn main() -> std::io::Result<()> {
    let mut file = File::open("test.txt")?;
    let mut buffer = [0; 1024];
    let bytes_read = file.read(&mut buffer)?;
    
    let content = String::from_utf8_lossy(&buffer[..bytes_read]);
    println!("Read {} bytes: {}", bytes_read, content);
    
    Ok(())
}

write() – In Datei schreiben

C-Code (direkter Syscall): 

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd < 0) {
        return 1;
    }
    
    const char* msg = "Hello, Linux Syscalls!\n";
    size_t len = strlen(msg);
    
    ssize_t bytes_written = write(fd, msg, len);
    if (bytes_written < 0) {
        return 1;
    }
    
    close(fd);
    return 0;
}

Assembler (x86-64, direkter Syscall): 

# write.asm
.section .data
msg: .ascii "Hello, Linux Syscalls!\n"
len = . - msg

.section .text
.global _start
_start:
    # open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644)
    mov $2, %rax          # sys_open
    lea filename, %rdi   # filename
    mov $0x241, %rsi      # O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC
    mov $0644, %rdx       # mode (rw-r--r--)
    syscall
    
    mov %rax, %r8         # fd in r8 speichern
    
    # write(fd, msg, len)
    mov $1, %rax          # sys_write
    mov %r8, %rdi         # fd
    lea msg, %rsi         # buffer
    mov $len, %rdx        # length
    syscall
    
    # close(fd)
    mov $3, %rax          # sys_close
    mov %r8, %rdi         # fd
    syscall
    
    # exit(0)
    mov $60, %rax
    xor %rdi, %rdi
    syscall

.section .data
filename: .ascii "output.txt\0"

2. Prozessverwaltung

fork() – Prozess erzeugen

C-Code: 

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid < 0) {
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // Kindprozess
        printf("Child process: PID = %d\n", getpid());
    } else {
        // Elternprozess
        printf("Parent process: PID = %d, Child PID = %d\n", getpid(), pid);
    }
    
    return 0;
}

Rust-Code: 

use nix::unistd::{fork, ForkResult, getpid};
use std::process;

fn main() {
    match unsafe { fork() } {
        Ok(ForkResult::Parent { child, .. }) => {
            println!("Parent process: PID = {}, Child PID = {}", 
                     getpid().unwrap(), child);
        }
        Ok(ForkResult::Child) => {
            println!("Child process: PID = {}", getpid().unwrap());
        }
        Err(e) => {
            eprintln!("fork failed: {}", e);
            process::exit(1);
        }
    }
}

execve() – Programm ausführen

C-Code: 

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char* argv[] = {"ls", "-l", NULL};
    char* envp[] = {NULL};
    
    execve("/bin/ls", argv, envp);
    
    // Nur erreicht, wenn execve fehlt
    perror("execve failed");
    return 1;
}

Rust-Code: 

use nix::unistd::execve;
use std::ffi::CString;
use std::path::Path;

fn main() {
    let path = CString::new("/bin/ls").unwrap();
    let arg0 = CString::new("ls").unwrap();
    let arg1 = CString::new("-l").unwrap();
    let args = vec![arg0, arg1];
    
    // NULL-terminierte Argumentliste
    let argv: Vec<_> = args.iter().map(|s| s.as_ptr()).chain(std::iter::once(std::ptr::null())).collect();
    
    // execve aufrufen
    if let Err(e) = execve(&path, &argv, &[std::ptr::null()]) {
        eprintln!("execve failed: {}", e);
        std::process::exit(1);
    }
}

wait() – Auf Kindprozess warten

C-Code: 

#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid < 0) {
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // Kindprozess
        printf("Child: PID = %d\n", getpid());
        _exit(42);  // Exit-Status 42
    } else {
        // Elternprozess
        int status;
        waitpid(pid, &status, 0);
        
        if (WIFEXITED(status)) {
            printf("Child exited with status: %d\n", WEXITSTATUS(status));
        }
    }
    
    return 0;
}

3. Speicherverwaltung

mmap() – Speicher abbilden

C-Code: 

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    // Datei öffnen
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }
    
    // Dateigröße bestimmen
    off_t size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    
    // Speicher abbilden
    void* addr = mmap(NULL, size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        close(fd);
        return 1;
    }
    
    // Speicherinhalt lesen
    char* content = (char*)addr;
    printf("File content: %.*s\n", (int)size, content);
    
    // Speicherabbildung aufheben
    munmap(addr, size);
    close(fd);
    
    return 0;
}

Rust-Code: 

use nix::sys::mman::{mmap, munmap, MapFlags, ProtFlags};
use nix::fcntl::{open, OFlag};
use nix::unistd::{close, lseek, Whence};
use std::path::Path;

fn main() -> Result<(), nix::Error> {
    // Datei öffnen
    let fd = open(Path::new("test.txt"), OFlag::O_RDONLY, nix::sys::stat::Mode::empty())?;
    
    // Dateigröße bestimmen
    let size = lseek(fd, 0, Whence::SeekEnd)? as usize;
    
    // Speicher abbilden
    let addr = unsafe {
        mmap(
            None,
            size,
            ProtFlags::PROT_READ,
            MapFlags::MAP_PRIVATE,
            fd,
            0,
        )
    }?;
    
    // Speicherinhalt als String lesen
    let content = unsafe {
        let slice = std::slice::from_raw_parts(addr as *const u8, size);
        String::from_utf8_lossy(slice)
    };
    
    println!("File content: {}", content);
    
    // Speicherabbildung aufheben
    unsafe { munmap(addr, size)? };
    close(fd)?;
    
    Ok(())
}

brk() / sbrk() – Heap-Größe ändern

C-Code: 

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    // Aktuellen Heap-Endpunkt speichern
    void* current_break = sbrk(0);
    printf("Current break: %p\n", current_break);
    
    // Heap um 1MB erweitern
    void* new_break = sbrk(1024 * 1024);
    if (new_break == (void*)-1) {
        perror("sbrk failed");
        return 1;
    }
    
    printf("New break: %p\n", new_break);
    
    // Heap zurücksetzen
    brk(current_break);
    
    return 0;
}

4. Signale

signal() – Signal-Handler setzen

C-Code: 

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void sigint_handler(int signum) {
    printf("\nReceived SIGINT (Ctrl+C)\n");
    _exit(1);
}

int main() {
    signal(SIGINT, sigint_handler);
    
    printf("Press Ctrl+C to trigger SIGINT...\n");
    
    while (1) {
        sleep(1);
    }
    
    return 0;
}

sigaction() – Erweitertes Signal-Handling

C-Code: 

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void sigint_handler(int signum, siginfo_t* si, void* unused) {
    printf("\nReceived signal %d\n", signum);
    printf("Sender PID: %d\n", si->si_pid);
    _exit(1);
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_sigaction = sigint_handler;
    sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    
    if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) < 0) {
        perror("sigaction failed");
        return 1;
    }
    
    printf("Press Ctrl+C to trigger SIGINT...\n");
    
    while (1) {
        sleep(1);
    }
    
    return 0;
}

Rust-Code (mit signal-hook-Crate): 

use signal_hook::{consts::SIGINT, iterator::Signals};
use std::io;

fn main() -> io::Result<()> {
    let mut signals = Signals::new(&[SIGINT])?;
    
    println!("Press Ctrl+C to trigger SIGINT...");
    
    for signal in signals.forever() {
        match signal {
            SIGINT => {
                println!("\nReceived SIGINT (Ctrl+C)");
                std::process::exit(1);
            }
            _ => unreachable!(),
        }
    }
    
    Ok(())
}

kill() – Signal senden

C-Code: 

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid < 0) {
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // Kindprozess: Wartet auf Signal
        printf("Child (PID=%d) waiting for signal...\n", getpid());
        pause();  // Wartet auf Signal
        printf("Child received signal!\n");
    } else {
        // Elternprozess: Sendet Signal nach 2 Sekunden
        sleep(2);
        printf("Parent sending SIGUSR1 to child (PID=%d)...\n", pid);
        kill(pid, SIGUSR1);
        wait(NULL);  // Wartet auf Kind
    }
    
    return 0;
}

5. Threads

pthread – POSIX Threads (C)

C-Code: 

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

void* thread_function(void* arg) {
    int thread_num = *(int*)arg;
    printf("Thread %d: Hello from thread!\n", thread_num);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[3];
    int thread_args[3] = {0, 1, 2};
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, &thread_args[i]);
    }
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    
    return 0;
}

Rust-Code: 

use std::thread;
use std::time::Duration;

fn main() {
    let handles: Vec<_> = (0..3).map(|i| {
        thread::spawn(move || {
            println!("Thread {}: Hello from thread!", i);
        })
    }).collect();
    
    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }
}

clone() – Thread-Erzeugung (Syscall)

C-Code: 

#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int thread_function(void* arg) {
    printf("Thread: Hello from thread! (arg=%d)\n", *(int*)arg);
    return 0;
}

int main() {
    const int STACK_SIZE = 4096 * 4096;  // 16 MB Stack
    char* stack = malloc(STACK_SIZE);
    char* stack_top = stack + STACK_SIZE;
    
    int arg = 42;
    
    pid_t pid = clone(
        thread_function,
        stack_top,
        CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND,
        &arg
    );
    
    if (pid < 0) {
        perror("clone failed");
        free(stack);
        return 1;
    }
    
    if (pid == 0) {
        // Thread
        _exit(0);
    } else {
        // Haupt-Thread
        waitpid(pid, NULL, 0);
        free(stack);
    }
    
    return 0;
}

📁 Dateisystem-Operationen

Datei-Attribute (stat)

C-Code: 

#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc < 2) {
        printf("Usage: %s <file>\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    
    struct stat st;
    if (stat(argv[1], &st) < 0) {
        perror("stat failed");
        return 1;
    }
    
    printf("File: %s\n", argv[1]);
    printf("Size: %ld bytes\n", st.st_size);
    printf("Mode: %o\n", st.st_mode);
    printf("UID: %d\n", st.st_uid);
    printf("GID: %d\n", st.st_gid);
    printf("Last access: %ld\n", st.st_atime);
    printf("Last modification: %ld\n", st.st_mtime);
    
    return 0;
}

Verzeichnisse lesen (opendir/readdir)

C-Code: 

#include <dirent.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    char* path = argc > 1 ? argv[1] : ".";
    
    DIR* dir = opendir(path);
    if (!dir) {
        perror("opendir failed");
        return 1;
    }
    
    struct dirent* entry;
    while ((entry = readdir(dir)) != NULL) {
        printf("%s\n", entry->d_name);
    }
    
    closedir(dir);
    return 0;
}

Rust-Code: 

use std::fs;

fn main() -> std::io::Result<()> {
    let path = std::env::args().nth(1).unwrap_or_else(|| ".".to_string());
    
    for entry in fs::read_dir(path)? {
        let entry = entry?;
        println!("{}", entry.file_name().to_string_lossy());
    }
    
    Ok(())
}

Datei-Deskriptoren

Deskriptor Beschreibung
0 Standard Input (stdin)
1 Standard Output (stdout)
2 Standard Error (stderr)

C-Code (stdin lesen): 

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char buffer[1024];
    ssize_t bytes_read = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
    if (bytes_read < 0) {
        perror("read failed");
        return 1;
    }
    
    write(STDOUT_FILENO, buffer, bytes_read);
    return 0;
}

🔧 Prozessumgebung

Umgebungsvariablen

C-Code: 

#include <stdio.h>

int main() {
    extern char** environ;
    
    for (char** env = environ; *env != NULL; env++) {
        printf("%s\n", *env);
    }
    
    return 0;
}

Rust-Code: 

use std::env;

fn main() {
    for (key, value) in env::vars() {
        println!("{}={}", key, value);
    }
}

Argumentparsing

C-Code: 

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    printf("Program name: %s\n", argv[0]);
    
    for (int i = 1; i < argc; i++) {
        printf("Argument %d: %s\n", i, argv[i]);
    }
    
    return 0;
}

Rust-Code: 

use std::env;

fn main() {
    let args: Vec<String> = env::args().collect();
    
    println!("Program name: {}", args[0]);
    
    for (i, arg) in args.iter().skip(1).enumerate() {
        println!("Argument {}: {}", i + 1, arg);
    }
}

📊 Prozess- und Systeminformationen

Prozess-ID und Elternprozess

C-Code: 

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("PID: %d\n", getpid());
    printf("PPID: %d\n", getppid());
    printf("UID: %d\n", getuid());
    printf("GID: %d\n", getgid());
    return 0;
}

Rust-Code: 

use nix::unistd::{getpid, getppid, getuid, getgid};

fn main() {
    println!("PID: {}", getpid().unwrap());
    println!("PPID: {}", getppid().unwrap());
    println!("UID: {}", getuid().unwrap());
    println!("GID: {}", getgid().unwrap());
}

Systeminformationen (uname)

C-Code: 

#include <sys/utsname.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct utsname sys_info;
    if (uname(&sys_info) < 0) {
        perror("uname failed");
        return 1;
    }
    
    printf("System: %s\n", sys_info.sysname);
    printf("Hostname: %s\n", sys_info.nodename);
    printf("Release: %s\n", sys_info.release);
    printf("Version: %s\n", sys_info.version);
    printf("Machine: %s\n", sys_info.machine);
    
    return 0;
}

CPU-Informationen

Bash: 

# CPU-Info anzeigen
cat /proc/cpuinfo

# Anzahl der CPUs
nproc

# CPU-Typ
lscpu

C-Code: 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    long nprocs = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
    printf("Number of CPUs: %ld\n", nprocs);
    
    long pagesize = sysconf(_SC_PAGESIZE);
    printf("Page size: %ld bytes\n", pagesize);
    
    return 0;
}

🛠️ Nützliche System-Tools

strace – Systemaufrufe beobachten

# Alle Syscalls eines Programms anzeigen
strace ls

# Nur bestimmte Syscalls anzeigen
strace -e trace=open,read,write ls

# Statistik über Syscalls
strace -c ls

# Syscalls mit Zeitstempeln
strace -t ls

# Syscalls in eine Datei umleiten
strace -o output.txt ls

ltrace – Bibliotheksaufrufe beobachten

# Bibliotheksaufrufe anzeigen
ltrace ls

# Nur bestimmte Funktionen anzeigen
ltrace -e malloc,free ls

lsof – Geöffnete Dateien anzeigen

# Alle geöffneten Dateien anzeigen
lsof

# Geöffnete Dateien eines Prozesses
lsof -p <PID>

# Netzwerkverbindungen
lsof -i

ps – Prozessliste

# Alle Prozesse anzeigen
ps aux

# Prozesse nach Name filtern
ps aux | grep nginx

# Prozessbaum
pstree

top / htop – Systemmonitor

# Echtzeit-Prozessmonitor
top

# Verbesserte Version
htop

vmstat – Virtueller Speicher

# Speichernutzung anzeigen
vmstat

# Mit Intervall
vmstat 1

dmesg – Kernel-Meldungen

# Kernel-Meldungen anzeigen
dmesg

# Nur letzte Meldungen
dmesg | tail

# Echtzeit-Meldungen
dmesg -w

🎯 Best Practices

1. Fehlerbehandlung

  • Immer Rückgabewerte prüfen (Syscalls können fehlschlagen)
  • errno nutzen für detaillierte Fehlinformationen
  • perror() für einfache Fehlermeldungen

Beispiel: 

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd < 0) {
    perror("open failed");  // Zeigt: "open failed: No such file or directory"
    return 1;
}

2. Ressourcen freigeben

  • Immer Datei-Deskriptoren schließen (close())
  • Speicher freigeben (free(), munmap())
  • Kindprozesse warten (wait() / waitpid())

Beispiel: 

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd < 0) { /* error */ }

// Datei verwenden...

close(fd);  // WICHTIG: Immer schließen!

3. Buffer-Overflows vermeiden

  • Immer Puffergrößen prüfen
  • strncpy() statt strcpy() verwenden
  • snprintf() statt sprintf() verwenden

Beispiel: 

char buffer[1024];
// SICHER
snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Hello, %s!", name);

// UNSICHER
sprintf(buffer, "Hello, %s!", name);  // Buffer Overflow möglich!

4. Thread-Safety

  • Globale Variablen vermeiden in Mehrthread-Umgebungen
  • Mutexes nutzen für geteilte Ressourcen
  • pthread-Funktionen sind thread-sicher (z. B. pthread_mutex_lock())

5. Portabilität

  • Nicht alle Syscalls sind auf allen Systemen verfügbar
  • Architektur-spezifische Register beachten (x86-64 vs. ARM vs. RISC-V)
  • Feature-Tests nutzen (#ifdef)

Beispiel: 

#ifdef __linux__
    // Linux-spezifischer Code
    syscall(SYS_...);
#elif __APPLE__
    // macOS-spezifischer Code
    syscall(...);
#endif

📚 Lernressourcen

Bücher

Online-Dokumentation

Videos

Online-Kurse

Tools

  • strace – Syscall-Tracing
  • ltrace – Bibliotheksaufruf-Tracing
  • gdb – Debugger
  • Valgrind – Memory-Error-Detection
  • perf – Performance-Analyse


🔗 Verwandte Themen


🚀 Praxisprojekte

1. Einfacher HTTP-Server

Ziel: Ein minimaler HTTP-Server, der auf Port 8080 lauscht.

C-Code: 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd < 0) {
        perror("socket failed");
        exit(1);
    }
    
    struct sockaddr_in address;
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);
    
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(1);
    }
    
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen failed");
        exit(1);
    }
    
    printf("Server listening on port 8080...\n");
    
    while (1) {
        int client_fd = accept(server_fd, NULL, NULL);
        if (client_fd < 0) {
            perror("accept failed");
            continue;
        }
        
        char* response = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/plain\r\n\r\nHello, World!";
        write(client_fd, response, strlen(response));
        close(client_fd);
    }
    
    return 0;
}

2. Mini-Shell

Ziel: Eine einfache Shell, die Befehle ausführt.

C-Code: 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

#define MAX_LINE 1024

int main() {
    char line[MAX_LINE];
    
    while (1) {
        printf("$ ");
        fflush(stdout);
        
        if (!fgets(line, MAX_LINE, stdin)) {
            break;
        }
        
        // Newline entfernen
        line[strcspn(line, "\n")] = 0;
        
        if (strcmp(line, "exit") == 0) {
            break;
        }
        
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
            perror("fork failed");
        } else if (pid == 0) {
            // Kindprozess: Befehl ausführen
            execlp("/bin/sh", "sh", "-c", line, NULL);
            perror("exec failed");
            exit(1);
        } else {
            // Elternprozess: Auf Kind warten
            wait(NULL);
        }
    }
    
    return 0;
}

3. Datei-Kopierprogramm

Ziel: Ein einfaches cp-Klon.

C-Code: 

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>

#define BUFFER_SIZE 4096

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <source> <destination>\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    
    int src_fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (src_fd < 0) {
        perror("open source failed");
        return 1;
    }
    
    struct stat st;
    if (fstat(src_fd, &st) < 0) {
        perror("fstat failed");
        close(src_fd);
        return 1;
    }
    
    int dst_fd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, st.st_mode);
    if (dst_fd < 0) {
        perror("open destination failed");
        close(src_fd);
        return 1;
    }
    
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    ssize_t bytes_read;
    
    while ((bytes_read = read(src_fd, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {
        if (write(dst_fd, buffer, bytes_read) != bytes_read) {
            perror("write failed");
            close(src_fd);
            close(dst_fd);
            return 1;
        }
    }
    
    if (bytes_read < 0) {
        perror("read failed");
    }
    
    close(src_fd);
    close(dst_fd);
    return 0;
}

4. Netzwerk-Ping-Tool

Ziel: Ein einfaches Tool, das prüft, ob ein Host erreichbar ist.

C-Code: 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <host> <port>\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    
    const char* host = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);
    
    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    
    struct hostent* host_entry = gethostbyname(host);
    if (!host_entry) {
        herror("gethostbyname failed");
        return 1;
    }
    
    memcpy(&addr.sin_addr, host_entry->h_addr_list[0], host_entry->h_length);
    
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket failed");
        return 1;
    }
    
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        perror("connect failed");
        close(sockfd);
        return 1;
    }
    
    printf("Connected to %s:%d\n", host, port);
    close(sockfd);
    return 0;
}

Letzte Aktualisierung: Vorlage:Git revision date localized()

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