Departamento de Engenharia Electrotécnica PROGRAMAÇÃO DE MICROPROCESSADORES 2007 / 2008 Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e Computadores 1º ano 1º semestre Introdução ao ambiente Linux http://tele1.dee.fct.unl.pt Luis Bernardo
Índice Índice...2 Introdução... 3 Utilização do laboratório 1.1-X... 4 O meu primeiro programa com o Linux Fedora 7... 5 Interface gráfica... 5 Editor de texto... 6 Compilação do código... 8 Automatizar a compilação do código... 9 Copiar o trabalho para a memória USB... 11 Sair da área... 12 Outras configurações... 13 Instalação do Linux Fedora 7... 15 Cygwin para Windows... 16 2
Introdução Os parágrafos sombreados contêm informações adicionais, que não são essenciais para o desenvolvimento dos trabalhos. Na disciplina de Programação de Microprocessadores vai ser leccionada a linguagem de programação C, que permite desenvolver aplicações. No entanto, as aplicações não correm directamente sobre o hardware do computador. Existe um conjunto de programas que dão suporte às aplicações, e que no conjunto se designam de sistema operativo. O sistema operativo controla o acesso ao disco, a escrita no ecrã, a leitura da posição do rato e do premir dos botões, etc. Como exemplos de sistemas operativos temos o Windows XP, Windows Vista, MacOS, Unix, Linux, etc. Nesta disciplina foi adoptado o sistema operativo Linux para ambiente de desenvolvimento dos trabalhos práticos, embora também se possa realizar o trabalho num sistema operativo da Microsoft. Note-se que a linguagem C é genérica, e independente do sistema operativo escolhido. Pode ser usada para desenvolver código para qualquer dos sistemas operativos referidos acima. Porquê o Linux? Porque é um sistema operativo de código aberto disponível livremente na Internet, que suporta quase todo o conjunto de serviços disponíveis nas plataformas comerciais Unix e Windows. Também, porque oferece uma interface gráfica fácil de usar, tornando-se acessível para alguém que começa a dar os primeiros passos na programação. Mas o factor grátis é o facto decisivo, atendendo à qualidade do pacote de software que está hoje em dia disponível na Internet. O sistema operativo Linux nasceu em 1991, da iniciativa de Linus Torvalds, que ainda estudante iniciou um projecto aberto de criar uma cópia de código aberto do sistema operativo comercial Unix. Esse projecto inicial cresceu, e hoje em dia é suportado por uma comunidade mundial de milhares de programadores, que desenvolvem e mantêm o código do núcleo do sistema operativo, e de outras aplicações e de serviços do sistema, patrocinados por empresas como a IBM, Red Hat, etc. Nasceu essencialmente num ambiente Universitário, mas hoje em dia ocupa um papel de destaque a nível do suporte de serviços de rede, perdendo apenas claramente a nível dos computadores pessoais. Nessa área, o Windows da Microsoft domina calmamente o mercado. No laboratório foi instalado a distribuição Fedora 7 do Linux, embora os trabalhos da disciplina possam ser realizados em qualquer versão de Linux, ou mesmo no sistema operativo Windows. Neste manual introduzem-se todos os conhecimentos básicos do sistema operativo Linux, que vão permitir a realização dos trabalhos da disciplina, incluindo a configuração da área de utilizador, a utilização das memórias USB, a edição de texto, e a compilação de aplicações. Também se introduzem alternativas que permitem usar as aplicações desenvolvidas em Windows, através do ambiente de emulação Cygwin, ou num sistema operativo Linux a correr sobre um CD. Relembra-se que o objectivo da disciplina é ensinar a programar C ; não é ensinar Linux. 3
Utilização do laboratório 1.1-X Os quinze computadores do laboratório 1.1-X estão equipados com um sistema de arranque duplo, que permite seleccionar entre o Windows XP e o Linux Fedora 7. Nas aulas devem arrancar sempre em Linux Fedora 7, excepto quando o docente der indicações em contrário. Os quinze computadores têm apenas uma área de trabalho configurada, com o nome de utilizador pc-1 a pc-15, respectivamente. Para entrar na área devem seleccionar o utilizador, e introduzir quando solicitado a palavra de passe que corresponde a duas vezes o nome de utilizador. Por exemplo, a palavra de passe do utilizador pc-1 é pc-1pc-1. Embora o sistema permita ter áreas individuais para todos os grupos dos dez turnos, devido a limitações de pessoal administrativo e de tempo, optou-se por não fazer este esforço. Cada vez que se entra na área de trabalho vai ser necessário restaurar a vossas configurações de trabalho, devendo ser usada uma memória USB para guardar o trabalho desenvolvido. Quando saírem da área, vai ser necessário apagar os vossos ficheiros de trabalho, para evitar a cópia de trabalhos. Neste manual vai-vos ser ensinado a realizarem estas operações. Caso não consigam entrar na área de trabalho, chamem o professor que estiver a acompanhar a aula, para vos desbloquear a área. Ele pode usar a área de administração para corrigir este problema. Não é permitido utilizar o laboratório 1.1-X fora das aulas da disciplina. 4
O meu primeiro programa com o Linux Fedora 7 O sistema operativo Linux Fedora 7 suporta múltiplos utilizadores a correrem em paralelo, com interfaces gráficas distintas. Existe um utilizador especial root que tem privilégios de administração do sistema. Para utilizadores normais, são criadas contas com menos privilégios. Existem duas interfaces gráficas possíveis para o sistema operativo Linux Fedora 7, com diferenças de pormenor relativamente ao aspecto. Por omissão, o sistema operativo usa o Gnome (http://www.gnome.org/), um acrónimo para GNU Object Model Environment. No laboratório não está instalado, mas também se poderia usar a interface gráfica KDE (http://www.kde.org/), um acrónimo para K Desktop Environment. Nesta secção ilustra-se um conjunto de passos para realizar um primeiro programa no ambiente, que escreve simplesmente Olá Mundo!. Estes passos incluem a correcta configuração do ambiente gráfico, da linha de comandos, a utilização do editor de texto, e a compilação e execução do programa. O trabalho dos alunos consiste na realização dos passos apresentados, e na realização dos exercícios propostos. Interface gráfica A interface gráfica por omissão de uma área Linux Fedora 7 tem bastantes semelhanças com outros sistemas operativos baseados em janelas. Como pode observar na figura abaixo, existe uma barra de ferramentas no topo onde se pode arrancar aplicações (Aplicações), e onde se pode configurar o sistema e sair do sistema (Sistema). 5
No canto superior direito as janelas têm três botões ( ), que servem respectivamente para: minimizar a janela; expandir para todo o ecrã/voltar a janela; e fechar a janela. As janelas minimizadas aparecem na barra em baixo do ecrã, podendo ser reactivadas a partir dai. Vamos iniciar o programa abrindo a pasta pessoal do utilizador. Para ver os ficheiros na área de trabalho, pode-se fazer duplo-clique sobre a imagem da Pasta Pessoal de pc-20. Por omissão, é utilizado o modo de uma janela distinta por cada pasta. A primeira operação de configuração é exactamente, mudar este modo para um modo navegador, onde a mesma janela navega entre as várias pastas. As duas figuras abaixo ilustram o modo inicial, e a configuração a realizar. Esta configuração é guardada na pasta.gnome2, sendo memorizada para sessões futuras. Editor de texto O passo seguinte é criar uma pasta para colocar o primeiro programa. Utilizando a tecla direita do rato sobre a janela aberta anteriormente, surge o menu representado à direita. Deve escolher a opção Criar Pasta, e dar-lhe o nome olamundo. De seguida deve navegar para dentro dessa pasta. Os nomes de ficheiros e de pastas são diferentes se diferirem entre maiúsculas e minúsculas. Por exemplo, OlaMundo é diferente de olamundo. Para criar o ficheiro com o primeiro programa vai utilizar o editor de texto designado gedit para criar um ficheiro com o nome olamundo.c. Pode começar por 6
criar um ficheiro vazio, modificar o nome, e lançar o Editor de texto sobre esse ficheiro, como está ilustrado nas figuras abaixo: Em alternativa, pode lançar o editor de texto, e mandar salvar o ficheiro na directoria recém-criada, conforme está ilustrado na figura abaixo, do lado esquerdo. Caso pretenda ficar com um botão de arranque rápido do Editor de Texto pode usar a seguinte opção: O passo seguinte é escrever e gravar o código do programa, ilustrado na figura seguinte. Não é objectivo desta aula que compreenda o código introduzido. 7
Nas próximas aulas vai verificar que é conveniente ter as linhas numeradas no editor de texto. Isso consegue-se configurando o editor, conforme as duas figuras abaixo. Esta configuração também é guardada na pasta.gnome2, sendo memorizada para sessões futuras. Compilação do código Para conseguir gerar código executável a partir do ficheiro introduzido é necessário utilizar o compilador gcc. Esta fase é geralmente feita sobre uma consola, em modo linha de comando. Assim, é necessário lançar uma consola, conforme está exemplificado na figura à direita. A consola aceita comandos de texto e ecoa os resultados desses comandos. Vai ser esta a interface que vai ser usada nos trabalhos práticos desta disciplina, para correr as aplicações desenvolvidas. Exercício: Crie um botão de arranque rápido para a Consola na barra superior. Os passos seguintes vão ser realizados na consola, introduzindo os comandos seguintes e lendo as respostas. Pode começar por verificar qual é a pasta actual, utilizando o comando pwd: pwd cd olamundo ls Para mudar para a pasta olamundo pode usar o comando cd: Pode ver o conteúdo da pasta utilizando o comando ls: Pode ver mais detalhes sobre o conteúdo da pasta utilizando o comando ls com os parâmetros a (ver ficheiros escondidos, começados por. ) l (ver propriedades dos ficheiros) h (escrever dimensão em bytes): 8
ls a l -h Exercício: Veja o conteúdo da pasta acima da actual (em Linux é ls.. ) com e sem os parâmetros anteriores. Pode verificar que há muitas pastas escondidas que só são visíveis com estes parâmetros. É nesses ficheiros que estão guardadas as configurações da vossa área. Caso queiram guardá-las para aulas futuras devem de copiar esses ficheiros. Pode ver o conteúdo dos ficheiros de texto com o comando cat ou more: more olamundo.c OU cat olamundo.c gcc: Chegou finalmente a hora de realizar a primeira compilação, com o comando gcc o olamundo olamundo.c Após este comando, aparece na pasta um ficheiro executável chamado olamundo. Pode verificar com o comando ls l que tem permissões diferentes. O X significa executável. Para correr o programa, introduz-se o nome do executável precedido de./ :./olamundo O resultado final é o seguinte: Caso alguma vez um programa fique bloqueado, ele pode ser parado premindo em simultâneo as teclas CTRL e c. Por vezes, a consola fica com o conjunto de caracteres inválido (por exemplo, se tentarem ver o conteúdo de um ficheiro executável com o comando cat). Neste caso é possível recuperar a consola invocando a operação Reiniciar no submenu Consola. Exercício: Avarie a consola com o comando cat olamundo, e recupere-a de seguida. Automatizar a compilação do código O Linux oferece mecanismos para automatizar a compilação de código fonte, e mais genericamente, para produzir algo a partir de outros ficheiros. Uma Makefile é um ficheiro lido pelo comando make, que define objectivos, uma cadeia de dependências, e uma sequência de comandos para gerar o objectivo a partir das dependências. No caso, o objectivo é o executável olamundo que depende do ficheiro olamundo.c. Se que o segundo é alterado, o comando make corre a compilação. A função make usa a data dos ficheiros para decidir se foi alterado. 9
Crie um novo ficheiro na directoria olamundo com o nome Makefile, e introduza o código representado à direita: Para voltar a compilar o programa é necessário apagar o ficheiro executável olamundo, e todos os ficheiros terminados em ~ (e.g. olamundo.c~ ) gerados quando se salva um documento no editor de texto. É possível apagar ficheiros na janela gráfica, ou com o comando rm: rm olamundo *~ Depois de apagado o executável, ou de modificado o código, é possível recompilar simplesmente com o comando make: O editor de texto (gedit) suporta a compilação integrada de ficheiros, desde que o ficheiro Makefile seja criado. Esta ferramenta externa é activada no menu ferramentas: Na opção Configurar Plugin deve escolher Compilação, como está representado à direita. 10
Caso modifique o ficheiro (e.g. introduzindo um espaço), pode compilar o programa utilizando a opção Compilação no menu Ferramentas. O resultado final está representado na figura à direita. Para correr o código necessita sempre de utilizar uma consola. O gedit também disponibiliza a opção Abrir uma consola aqui no menu Ferramentas para esse efeito. Copiar o trabalho para a memória USB Depois de realizado o trabalho é necessário guardar as configurações da área e as pastas com os ficheiros criados numa memória USB. O Linux Fedora 7 consegue montar automaticamente praticamente qualquer memória USB, bastando introduzir a memória numa porta USB. Nessa altura, aparece no ecrã um símbolo de disco, com o nome da memória USB, semelhante ao representado na figura à direita. A memória USB é geralmente montada numa pasta abaixo de /media. A cópia de ficheiros é realizada seleccionando a pasta a copiar e arrastando-a para a pasta de destino (no exemplo da figura abaixo, de ~/pc-20/olamundo para /media/data/rit1. Caso se prima a tecla SHIFT move-se o ficheiro apagando da localização original; se não se premir nenhuma tecla copia-se o ficheiro. 11
AVISO: No sistema operativo Linux É SEMPRE OBRIGATÓRIO DESMONTAR A MEMÓRIA USB ANTES DE A DESLIGAR DO COMPUTADOR. Caso contrário, podem-se perder dados. Para desmontar a memória USB, pode-se seleccionar o símbolo da memória (DATA neste exemplo) e premir a tecla direita do rato. No menu (representado à direita) deve seleccionar-se a opção Desmontar Unidade. Nessa altura deve esperar-se que o símbolo desapareça. Os dados apenas vão ser gravados para a memória USB neste intervalo de tempo, entre a ordem de desmontar e a desmontagem efectiva da memória USB. No final da operação aparece uma janela a informar que a memória pode ser desligada do computador. Como as áreas do laboratório 1.1-X são públicas, deve também apagar todos os ficheiros e directorias de trabalho que lá criou antes de abandonar o laboratório. No ambiente gráfico isso é feito em duas fases: primeiro move-se a directoria para o Lixo; depois selecciona-se e esvazia-se o lixo. As figuras abaixo ilustram estas duas operações: É possível realizar todas as operações anteriores na consola, utilizando os comandos rm (apagar), e cp (copiar), ou mv (mover). A sequência de comandos para copiar e apagar a pasta ~/olamundo para /media/data/rit1 seria: cp R ~/olamundo /media/data/rit1 rm R ~/olamundo Também se poderia mover a pasta, com o mesmo efeito final: mv ~/olamundo /media/data/rit1 Para copiar os ficheiros de configuração do Linux, poder-se-ia usar o seguinte comando: cp R ~/.??* /media/data/rit1 Sair da área Pode sair da sua área deixando o computador ligado ( Terminar Sessão ), ou desligando o computador ( Desligar ). As duas figuras seguintes ilustram as duas 12
opções. Em ambos os casos aparece uma janela de confirmação, antes da operação se realizar. Outras configurações Cada vez que uma consola arranca, o interpretador de comandos do Linux (bash) lê o ficheiro.bashrc a partir da raiz da área do utilizador (representado por ~ que no exemplo equivale a /home/pc-20). Neste ficheiro podem ser colocadas as definições de variáveis de ambiente (comando export), e os pseudónimos de comandos (comando alias). Os pseudónimos são expandidos cada vez que se introduz o comando. Na figura à direita está um exemplo de um ficheiro.bashrc que define pseudónimos para: comandos rm, mv e cp, para avisarem sempre que substituírem um ficheiro; comandos df e du, para mostrarem o espaço de disco em bytes; comando z, que substitui o ls l h. Também redefine o variável de ambiente PATH, para não ser necessário o./ antes do nome de um executável na linha de comandos. Exercício: Crie ou modifique o ficheiro.bashrc na raiz da sua área de utilizador, com o conteúdo apresentado acima. Pode lançar o editor de texto com o seguinte comando: gedit ~/.bashrc. Quanto tiver dúvidas sobre algum comando Linux pode utilizar o manual invocando o comando man seguido do nome do comando (e.g. man cp ). 13
O Linux Fedora 7 suporta quatro ecrãs virtuais, controlados através dos quatro rectângulos no canto inferior direito do ecrã. É possível mudar de ecrã, premindo o rectângulo correspondente. Activando os efeitos de ecrã é possível melhorar a qualidade da interface gráfica do Linux Fedora 7. A activação é feita através do menu representado abaixo: Ao seleccionar esta opção, surge a janela representada à direita. Ao se ligar as opções representadas passa a ser possível usar: A transferência entre ecrãs virtuais arrastando as janelas para além da borda direita ou esquerda do ecrã; Visualizar todas as janelas activas no ecrã, levando o rato até ao limite superior direito do ecrã. Nessa altura surge uma imagem semelhante à representada abaixo: 14
Instalação do Linux Fedora 7 A distribuição Fedora 7 do sistema operativo Linux está disponível na Internet, a partir do endereço http://fedoraproject.org/. O sistema operativo pode ser instalado no disco a partir de um DVD, correndo em paralelo com outro sistema operativo (e.g. Windows). Este método é usado no laboratório 1.1-X, onde se escolhe no momento do arranque qual o sistema operativo que arranca. Em alternativa, pode usar-se a versão Fedora Live, que corre directamente a partir do CD. Nesta versão, basta arrancar o computador a partir do CD. A versão Live permite usar a memória USB, mas não inclui o ambiente de desenvolvimento de aplicações. Após criar o DVD ou CD de instalação a partir da imagem descarregada da Internet, deve seleccionar-se o teste do CD ou DVD. Se passar o teste inicia-se a instalação. A operação de instalação do sistema operativo Linux num disco rígido não é simples, nem isenta de risco de perder a informação do disco. Pode encontrar instruções detalhadas em http://docs.fedoraproject.org/install-guide/f7/pt/. O primeiro requisito é o de deixar espaço livre no disco que não esteja a ser usado pelo Windows. A distribuição fornece utilitários que pode redimensionar os discos Windows, existindo como alternativa, aplicações do Windows como o PowerQuest PartitionMagic que podem ser usados para o mesmo fim. No mínimo devem deixar 6G bytes livres. No processo de instalação vai definir-se o tipo de teclado, a formatação do disco (não escolham nenhuma opção de apagar partições Windows, se não tiverem a certeza do que estão a fazer), a palavra de passe de administração (utilizador root), de escolha de pacotes, etc. O sistema é muito completo, e é composto por mais de uma centena de módulos. No laboratório foi feita uma instalação por omissão, onde se seleccionaram os três módulos Escritório e Produtividade ; Desenvolvimento de 'Software' ; e Servidor Web. Em casa, podem omitir este último pacote. Após instalado, é possível completar o sistema base, com mais pacotes disponíveis apenas na Internet. Uma das melhores páginas com instruções para configurações completares está em http://www.mjmwired.net/resources/mjm-fedoraf7.html. 15
Cygwin para Windows O Cygwin é um conjunto de ferramentas que emula as ferramentas de desenvolvimento de software da GNU (gcc) para o sistema operativo Microsoft Windows. Ele emula o ambiente Linux dentro do sistema operativo Windows, suportando praticamente o conjunto de comandos e de configurações introduzido na secção anterior para a linha de comandos do Linux. Exceptua-se o editor de texto gedit, que não está disponível na plataforma. Em sua substituição podem-se usar os editores do Windows (e.g. Wordpad), ou os módulos para desenvolvimento de programas em C dos editores integrados que existem tanto para Linux como para Windows: Eclipse (www.eclipse.org); ou NetBeans (http://java.sun.com/javase/downloads/?intcmp=1281; ou http://www.netbeans.org/). No laboratório não foram usados porque facilitam demasiado o desenvolvimento de código. Nesta disciplina pretende-se que os alunos ganhem um conhecimento profundo da linguagem C, sendo benéfico que os erros não sejam corrigidos automaticamente pelo ambiente de desenvolvimento. O Cygwin está disponível na Internet, no endereço http://www.cygwin.com/. A instalação é realizada através da aplicação setup.exe, descarregada a partir do endereço http://www.cygwin.com/setup.exe. Quando se corre esta aplicação é lançada uma janela que coordena a selecção dos pacotes que se pretendem instalar. A instalação pode ser feita a partir da rede, ou através de uma cópia local dos ficheiros com os vários módulos. A instalação deve ser feita na pasta por omissão: C:\cygwin, com as opções por omissão para garantir a contabilidade com o Linux. Selecção da origem da instalação: Definição da raiz de instalação: Escolhendo uma instalação completa de tudo, descarregam-se centenas de módulos que totalizam 793MBytes (726.957.582 bytes), mas depois de instalados no disco ocupam 2,48 GB (2.664.344.551 bytes), com um total de 154735 ficheiros. Aconselha-se, assim, que na instalação se mantenham as partes relativas à Base e ao Desenvolvimento de software, mas se omitam as bases de dados, servidores de rede, etc. O processo de instalação é demorado (pode durar horas, dependendo dos pacotes seleccionados), portanto convém ser feito com tempo. 16
Selecção de pacotes a instalar: Selecção do servidor para descarregar: Uma vez instalado o sistema, passa-se a ter um botão que lança uma consola Cygwin. Esta consola aceita os comandos apresentados anteriormente para o Linux. A figura abaixo ilustra a realização do primeiro programa apresentado anteriormente numa consola Cygwin. Tal como no Linux, a área do utilizador é criada debaixo da pasta /home. Para efeitos de sistemas de ficheiros no Windows, a pasta / está em C:\cygwin, logo as pastas dos utilizadores estão em C:\cygwin\home\, como está ilustrado na janela abaixo. Pode encontrar mais informações sobre o Cygwin na página de onde se descarrega o sistema, ou em http://www.physionet.org/physiotools/cygwin/. 17