开发环境与工具

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  • *Linux 操作系统
  • *Unix 操作系统
  • Linux 常用命令
    • export 命令与环境变量
    • 环境变量
    • Linux 下的脚本文件
    • ulimit 命令
  • 编辑器 vi
    • Vi 编辑器
    • Vi 编辑器常用命令
  • Linux 下编译器的使用
    • 编译器
    • Linux 下主要编译器
    • 编译优化级别
    • 编译优化选项
    • Makefile

*Linux 操作系统

• 全称 GNU/Linux，是一种免费使用和自由传播的类 UNIX 操作系统，其内核由林纳斯·本纳第克特·托瓦兹于 1991 年 10 月 5 日首次发布
• 主要受到 Minix 和 Unix 思想的启发，是一个基于 POSIX 的多用户、多任务、支持多线程和多 CPU 的操作系统
• 能运行主要的 Unix 工具软件、应用程序和网络协议。它支持 32 位和 64 位硬件，是性能稳定的多用户网络操作系统
• 发行版本包括 Debian、 Ubuntu、 RHEL、 Centos、 Slackware 等

*Unix 操作系统

• 是分时操作系统，最早于 1970 年问世
• 1972 年，Dennis Ritchie 开发出了 C 语言，用来改写原来用汇编语言编写的 UNIX
• 提供了良好的用户界面，文件系统是树形结构
• 把文件、文件目录和设备统一处理
• 包含有非常丰富的语言处理程序、实用程序和开发软件用的工具性软件
• 还提供利进程间的简单通信功能

Linux 常用命令

命令	说明
export	查看、设置环境变量
top	查看进程情况
kill	结束（停止）进程
find	根据文件名中的字段查找文件
grep	找出若干文件中符合规则的内容
sed	替换若干文件中符合规则的字段
ulimit	查看、设置资源最大调度
diff	对比文件之间的异同
which	查看一个命令所在的目录路径
vi	编辑 ASCII 码文件

export 命令与环境变量

• 环境变量一般指操作系统中指定运行环境的公共参数，即系统预定义的参数。要查看环境变量值时，需加上“$”
  • 例（显示某个环境变量）：echo $PATH
• 环境变量可以有多个值，存在先后顺序（离等号越近的优先级越高），值之间用冒号(“:”)隔开
• 显示所有环境变量的命令：export
• 修改环境变量的命令：export LD_LIBRARY_PATH=/opt/netCDF-intel15-withhdf5/lib:$LD_LIBRARY_PATH
• 用 man export 命令获取 export 命令的使用说明

环境变量

较为重要的环境变量	说明
PATH	操作系统命令或可执行文件的路径
LIBRARY_PATH	静态链接库的路径
LD_LIBRARY_PATH	动态链接库的路径

共性特点：当上述环境变量有多个值（路径）时。对可执行文件和链接库的匹配按照从左到右

• 通过 ~/.bashrc 和 ~/.bash_profile 文件在登录时自动加载环境变量
• ~/.bashrc 或 ~/.bash_profile 文件加入直接设置环境变量的 export 命令，或通过 source 命令设置环境变量

Linux 下的脚本文件

• Shell 脚本文件
  • 把各类命令预先放入一个文件中，方便一次性执行多个命令
  • 用于批处理或者工作流控制，也可用于设置环境变量
  • 常用格式包括 bash 脚本、csh 脚本、perl 脚本、 ruby 脚本等

ulimit 命令

• ulimit -a 命令：显示各种资源的最大限度
• ulimit -s unlimited：将栈的最大大小设置为无限

编辑器 vi

Vi 编辑器

• vi 和 vim（ vi 的增强版本）是 Linux 中最常用的编辑器
• 一款由加州大学伯克利分校 Bill Joy 研究开发的文本编辑器
• 只能编辑字符，不能对字体、段落进行排版；既可以新建文件，也可以编辑文件；没有菜单，只有命令，且命令繁多
• 三种工作模式
  • 命令模式： 启动 vi 后即进入命令模式，并可转换为文本编辑模式和最后行模式。在命令模式下，从键盘上输入的任何字符都被当作编辑命令来解释，而不会在屏幕上显示。如果输入的字符是合法的 vi 命令，则 vi 就会完成相应的动作；否则 vi 会响铃警告。
  • 文本编辑模式： 用于字符编辑。在命令模式下输入 i （插入命令）、 a （附加命令）等命令后进入文本编辑模式，此时输入的任何字符都被 vi 当作文件内容显示在屏幕上。按 Esc 键可从文本编辑模式返回到命令模式。
  • 最后行模式：在命令模式下，按 “:” 键进入最后行模式，此时 vi 会在屏幕的底部显示 “:” 符号年作为最后行模式的提示符，等待用户输入相关命令。命令执行完毕后，vi 自动回到命令模式。
• 其他：
  • 搜索字段： “/string”，“/string\c”，“n”
  • 替换字段： “:%s/string1/string2/g”
  • 撤销操作：在命令模式下敲击命令 u
  • 复制粘贴操作
    • 拷贝：在命令模式下敲下 v 后选出被复制区域，然后敲下 y 进行复制
    • 黏贴： 在命令模式下，找到适当位置后敲下 p

Vi 编辑器常用命令

命令	说明
ctrl + b/u	向上移动一屏/半屏
ctrl + f/d	向下移动一屏/半屏
i	在光标之前插入
a	在光标之后插入
dw	删除一个单词
dd	删除一行
d	删除光标到行尾的内容
:w	保存
:wq!	保存退出
:q!	不保存退出
G	到文件最后一行
ctrl+g	显示文件名（含路径）和文件行数

Linux 下编译器的使用

编译器

• 将一种编程语言（通常为高级语言）翻译为另一种语言（通常为低级语言）的程序
• 主要工作流程：源代码 (source code) → 预处理器 (preprocessor) → 编译器 (compiler) → 汇编程 序 (assembler) → 目标代码 (object code) → 链接器 (Linker) → 可执行程序 (executables)
• 包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、中间代码优化、后端代码优化、代码生成等步骤
• 有众多编译选项供选择使用
• GNU、LLVM、Open64 等开源编译器；Intel 等商用编译器

Linux 下主要编译器

• gcc 编译器
  • 由GNU开发的编程语言编译器套件，是以 GPL 许可证所发行的自由软件，包括 C、C++、ObjectiveC、Fortran、Java、Ada 和 Go 语言前端， 也包括了这些语言的库（如 libstdc++， libgcj 等）
  • 最基本的用法：gfortran [options] [filenames]

编译选项	说明
-c	只编译生成以 .o 为后缀的目标文件，不链接成为可执行文件
-o output_filename	指定输出文件名（不能与源文件同名），默认名为 a.out
-g	产生符号调试工具（GNU 的 gdb）所必要的符号信息
-traceback	产生函数栈的调用信息，使程序运行段错误时输出栈信息
-O0~3	编译器优化级别，级别越高，程序运行速度越快，但出错风险更高
-S	编译生成汇编文件
-I/dir	指定头文件、module 文件所在的目录

• Intel 编译器
  • 由 Intel 公司研发的编程语言编译器套件，非开源软件，包括 C、C++、Fortran 等语言前端，也包括了这些语言的库
  • 最基本的用法：ifort [options] [filenames]

编译选项	说明
-c	只编译生成以 .o 为后缀的目标文件，不链接成为可执行文件
-o output_filename	指定输出文件名（不能与源文件同名），默认名为 a.out
-g	产生符号调试工具（GNU 的 gdb）所必要的符号信息
-traceback	产生函数栈的调用信息，使程序运行段错误时输出栈信息
-O0~3	编译器优化级别，级别越高，程序运行速度越快，但出错风险更高
-S	编译生成汇编文件
-I/dir	指定头文件、module 文件所在的目录

编译优化级别

• 通过不同编译优化级别，开启或关闭编译优化组合
  • -O0：没有编译优化。生成没有优化过的二进制代码，所需编译时间最短，主要用于程序调试
  • -O1：有限优化，在影响到调试信息的地方不进行优化；编译时间不会增加太多
  • -O2：高度优化，在 -O1 的基础上，尝试更多寄存器级优化与指令级优化；调试信息不友好，编译时间较长
  • -O3：在 -O2 基础上增加了更加激进的优化，如函数内嵌和向量化等

编译优化选项

• Intel 编译器
  • 用 ifort -help 命令查看编译优化选项
  • 与浮点计算精度相关的编译选项包括
    • -fp-model -fp-speculation -mp1 -no-vec -no-simd
• GNU 编译器
  • 用 man gcc 和 man gfortran 命令查看编译优化选项
  • 与浮点计算精度相关的编译选项包括
    • -ffloat-store -fno-unsafe-math-optimizations -fnoassociative-math -fno-reciprocal-math -fno-finite-mathonly -fno-rounding-math -fno-cx-limited-range

Makefile

Makefile 中只允许 Tab 缩进，不允许空格缩进

• 为自动编译一组源文件提供制导信息的文件

# 指定编译器的编辑命令
CC := clang

# 指定可执行文件所依赖的二进制文件，及二进制文件编译的先后顺序
main: main.o func1.o func2.o
  $(CC) -o $@ $^

# 指定二进制文件的编译规则。
# 任何.o文件都会遵照这个编译规则（当存在于 `.o` 文件名字相同的 `.c` 文件时）
.c.o:
  $(CC) -c -o $@ $<

# 指定删除目标文件的规则
clean:
  rm -f main *.o