Systemprogrammierung - AIN/2
Wintersemester 2024/2025

Übungsaufgabe 6: Bibliotheken, Shell-Scripts, Makefiles

Abgabe bis 23.1.2025

Aufteilung in Verzeichnisse

Legen Sie ein neues Verzeichnis Aufgabe6 mit Unterverzeichnissen bin und lib an. Teilen Sie darin Ihr in Aufgabe 5 erstelltes Programm wie folgt auf:

• das Unterverzeichnis bin soll die Übersetzungseinheit notenspiegel mit dem Hauptprogramm main enthalten
• das Unterverzeichnis lib soll die Übersetzungseinheiten benotung, fachnote und fachnoten_liste enthalten

Statische Bibliothek

Schreiben Sie im Unterverzeichnis lib ein Shell-Script build-static.sh, das für die drei Übersetzungseinheiten Objketdateien erzeugt und diese drei Objektdateien benotung.o, fachnote.o und fachnoten_liste.o dann in einer statischen Bibliothek libaufgabe6.a zusammenfasst. Das Skript soll die verwendeten Befehle auf der Konsole ausgeben und es soll sich beenden, sobald ein Kommando einen Fehlercode zurückgibt.

Verwenden Sie im Skript den g++ mit den empfohlenen Optionen zur Qualitätssicherung.

Führen Sie das Shell-Script aus und prüfen Sie, ob die erzeugte Bibliothek alle drei Übersetzungseinheiten enthält:

  ./build-static.sh
  ar t libaufgabe6.a

Lesen Sie nach, was die Option t bei ar bewirkt: man ar

Hinweis: sh verlangt Linux-Zeilenwechsel in Skriptdateien. Windows-Zeilenwechsel führen zu Fehlermeldungen.

Dynamische Bibliothek

Schreiben Sie im Unterverzeichnis lib ein Shell-Script build-dynamic.sh, das für die drei Übersetzungseinheiten wie zuvor mit dem g++ Objketdateien erzeugt und diese drei Objektdateien benotung.o, fachnote.o und fachnoten_liste.o dann in einer dynamischen Bibliothek libaufgabe6.so zusammenfasst. Das Skript soll die verwendeten Befehle auf der Konsole ausgeben und es soll sich beenden, sobald ein Kommando einen Fehlercode zurückgibt.

Hinweis: Auf den Laborrechnern müssen Sie zum Erzeugen der Objektdateien den g++ mit der Option -fpic aufrufen. Sonst lässt sich die dynamische Bibliothek nicht bauen. pic steht für position independent code. Achten Sie außerdem wie zuvor auf die empfohlenen Optionen zur Qualitätssicherung.

Führen Sie das Shell-Script aus und prüfen Sie, ob die erzeugte Bibliothek eine dynamische Bibliothek ist und Funktionen ihrer Übersetzungseinheiten enthält:

  ./build-dynamic.sh
  file libaufgabe6.so
  nm -gC libaufgabe6.so | grep 'benotung\|fachnote\|fachnoten_liste'

Lesen Sie nach, was die verwendeten Linux-Kommandos tun: man file, man nm, man grep

Makefiles

Erstellen Sie nacheinander die folgenden Makefiles:

• Aufgabe6/lib/Makefile
  soll eine Bibliothek mit den Übersetzungseinheiten benotung, fachnote und fachnoten_liste erstellen, wobei der Bibliothekstyp mittels einer Variablen wählbar ist:

    make             # statische Bibliothek libaufgabe6.a erstellen
    make LIBTYPE=a   # statische Bibliothek libaufgabe6.a erstellen
    make LIBTYPE=so  # dynamischeBibliothek libaufgabe6.so erstellen
  

  Das Makefile soll folgende Regeln enthalten:
  > eine Musterregel für das Übersetzen der C++-Quellen
  > Pseudoziele all und clean
  > eine explizite Regel zum Erstellen der statischen Bibliothek
  > eine explizite Regel zum Erstellen der dynamischen Bibliothek
  > eine explizite Regel zum Erstellen der Datei depend

  Das Makefile soll die Abhängigkeitsregeln für die beiden Objektdateien mit dem C++-Compiler automatisch erzeugen (depend-Regel) und per include einbinden.

  Das Makefile soll überall Variablen gemäß den in der Vorlesung besprochenen Stilregeln verwenden, d.h. alle Kommandos werden über Variablen aufgerufen und für alle Dateinamen gibt es Hilfsvariablen. Dabei sollen alle verwendeten Variablen im Makefile explizit gesetzt werden, selbst wenn sie vordefiniert sind, d.h. make -R   ohne vordefinierte Variablen soll funktionieren.

  Hinweise:
  > stellen Sie Ihren Editor so ein, dass er Tabulatorzeichen nicht durch Leerzeichen ersetzt
  > bei C++ verwendet man statt der Variablen CC und CFLAGS die Variablen CXX und CXXFLAGS
  > geben Sie bei der all-Regel als zu erstellendes Ziel lib$(LIBNAME).$(LIBTYPE) an

  Testen Sie das Makefile mit den obigen Aufrufen und prüfen Sie die entstandenen Bibliotheken wie bei den Shell-Skripts. Testen Sie insbesondere, ob das Makefile bei Änderung einer Quelldatei genau die erforderlichen Kommandos zur Aktualisierung der Bibliothek ausführen, nicht mehr und nicht weniger. Die Änderung einer Datei können Sie mit dem Kommando touch vortäuschen:

    touch Dateiname
  

  Informieren Sie sich mit man touch über das Kommando.

• Aufgabe6/bin/Makefile
  erstellt ein ausführbares Programm notenspiegel, das mit einer der Bibliotheken aus dem Unterverzeichnis lib gebunden ist.

  Es sind die gleichen Stilregeln und Anforderungen wie bei Aufgabe6/lib/Makefile umzusetzen.

  Verwenden Sie im Makefile die gcc-Optionen -I, -L und -l, damit die Bibliothek und deren Header-Dateien gefunden werden. Die Option -I gehört zu den Präprozessor-Optionen, für die die Variable CPPFLAGS vorgesehen ist. Die Option -L gehört zu den Linker-Optionen, für die die Variable LDFLAGS vorgesehen ist.

• Aufgabe6/Makefile
  ruft erst das Makefile im Unterverzeichnis lib und dann das Makefile im Unterverzeichnis bin rekursiv auf. In den Vorlesungsunterlagen finden Sie eine ausformulierte Vorlage für das rekursive Makefile.

  Rufen Sie zum Testen der Make-Rekursion im Verzeichnis Aufgabe6 folgende Befehle auf und prüfen Sie die Ergebnisse:

    make clean
    make -R all
    bin/notenspiegel
    make -R clean
    make -R LIBTYPE=so
    ldd bin/notenspiegel
    LD_LIBRARY_PATH=lib ldd bin/notenspiegel
    LD_LIBRARY_PATH=lib bin/notenspiegel
  

  Was hat es mit der Umgebungsvariablen LD_LIBRARY_PATH auf sich? Lesen Sie dazu Folie 4-25.

  Was könnte man in Ihren Makefiles alles weglassen, wenn man auf die make-Option -R verzichten würde?

Abgabe

Führen Sie Ihre Shell-Scripts und Makefiles vor.
Zeigen Sie das ausgefüllte Teilnahmeprotokoll.

Freiwillige Zusatzaufgabe (1 Bonuspunkt)

• Schreiben Sie ein Makefile aufgabe6/bonus.mak, das Ihre Lösung von Aufgabe 6 in eine Datei aufgabe6.tar.gz verpackt. Halten Sie alle besprochenen Stilregeln für ein gutes Makefile ein. Das Makefile muss mit der Option -R ausführbar sein.