Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Название: Системное программирование в среде Windows
• Автор: Джонсон Харт
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2005
• ISBN: 5-8459-0879-5

Эта книга посвящена вопросам разработки приложений с использованием интерфейса прикладного программирования операционных систем компании Microsoft (Windows 9х, Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003). Основное внимание уделяется базовым системным службам, включая управление файловой системой, процессами и потоками, взаимодействие между процессами, сетевое программирование и синхронизацию. Рассматривается методика переноса приложений, написанных в среде Win32, в среду Win64. Подробно описываются все аспекты системы безопасности Windows и ее практического применения. Изобилие реальных примеров, доступных также и на Web-сайте книги, существенно упрощает усвоение материала.

Книга ориентирована на разработчиков и программистов, как высокой квалификации, так и начинающих, а также будет полезна для студентов соответствующих специальностей.

---

• Учесть замечания читателей и студентов, касающиеся исправления недочетов и улучшения стиля изложения, а также все их советы и пожелания, как важные, так и самые незначительные.

Как организована эта книга

Расположение глав соответствует их тематической направленности, и поэтому сначала рассматриваются средства, необходимые для работы исключительно однопоточных приложений, затем средства, используемые для управления процессами и потоками, и лишь после этого обсуждаются вопросы сетевого программирования в среде с многопоточной поддержкой. Благодаря такой организации книги читателю будет легко следить за логикой изложения, последовательно переходя от файловых систем к управлению памятью и отображению файлов, далее — к процессам, потокам и синхронизации, а затем — к межпроцессному и сетевому взаимодействию и вопросам защиты приложений. Кроме того, такая организация позволяет естественным образом достраивать примеры по мере их усложнения, во многом подобно тому, как действует разработчик, когда сначала создает простой прототип, а затем постепенно вводит в него дополнительные возможности. Рассмотрение вопросов повышенной сложности, таких как асинхронный ввод/вывод и проблемы защиты, перенесено в самый конец книги.

В пределах каждой главы, после краткого обсуждения отдельной функциональности, например, управления процессами или отображения файлов, подробно рассматриваются наиболее важные из соответствующих функций Windows и их взаимосвязь между собой. Изложение сопровождается иллюстративными примерами. В основной текст включены лишь наиболее существенные части листингов программ; полные тексты программ, а также необходимые включаемые файлы, вспомогательные функции и прочий код приведены в приложении А или доступны на Web-сайте книги (http://www.awprofessional.com/titles/0321256190). Во всех случаях, когда какие-либо возможности поддерживаются только текущими версиями Windows (XP, 2000 и Server 2003) и не поддерживаются предыдущими, например, Windows 9x и Windows NT, в которых не реализованы многие из усовершенствованных возможностей, делаются отдельные оговорки. В каждой главе приводится список дополнительной рекомендованной литературы и предлагается несколько упражнений. Многие упражнения акцентируют внимание на вопросах, которые имеют важное значение и представляют определенный интерес, но не были отражены в основном тексте, тогда как другие упражнения заставляют читателя глубже разобраться в темах более сложного или специального характера.

В главе 1 предлагается высокоуровневое введение в семейство ОС Windows и Windows API. Используемая в качестве примера простая программа демонстрирует основные элементы стиля программирования Windows и создает фундамент для реализации усовершенствованных возможностей Windows. Win64 и проблемы межплатформенной миграции программ предварительно рассматриваются в главе 1, более полно изучаются в главе 16, и обсуждаются по мере изложения в остальной части книги там, где это оказывается необходимым.

В главах 2 и 3 рассматриваются файловые системы, операции консольного ввода/вывода, блокирование файлов и управление каталогами. В главе 2 также рассказывается о кодировке Unicode — расширенном символьном наборе, который используется в Windows. Соответствующие иллюстративные примеры охватывают последовательный и прямой доступ к содержащимся в файле данным, обход дерева каталогов и архивирование файлов. Глава 3 заканчивается обсуждением программного управления реестром, имеющего много общего с управлением файлами и каталогами.

Глава 4 знакомит читателя с обработкой исключений в Windows, включая структурную обработку исключений (Structured Exception Handling, SEH), которая будет широко использоваться на протяжении всей книги. Во многих книгах изучение SEH откладывается до последних глав, однако мы, ознакомившись с этим средством уже на начальной стадии, получим возможность сразу же пользоваться им, что значительно упростит для нас некоторые задачи программирования и позволит повысить качество программ. Кроме того, здесь описано также одно из новейших средств — векторная обработка исключений.

В главе 5 рассмотрены вопросы управления памятью в Windows и показано, каким образом отображение файлов используется не только для упрощения программирования, но и для повышения производительности программ. В этой же главе рассмотрена организация библиотек DLL.

В главе 6 приводятся начальные сведения о процессах, управлении процессами и простых методах синхронизации в Windows. Далее в главе 7 эти понятия используются для описания управления потоками. Примеры в каждой из глав иллюстрируют многочисленные преимущества, включая упрощение программ и повышение их производительности, которые обеспечивает использование потоков и процессов.

Главы 8, 9 и 10 предлагают углубленный анализ одного из наиболее мощных средств Windows — синхронизации потоков. Синхронизация — сложная тема, и поэтому в данных главах содержатся многочисленные примеры и описания вполне понятных моделей, которые должны помочь читателю в полной мере воспользоваться преимуществами потоков для повышения эффективности программирования и производительности программ и вместе с тем обойти множество подводных камней. В эти главы включен новый материал, охватывающий вопросы повышения производительности и масштабируемости, что приобретает особое значение при создании серверных приложений, включая те из них, которые предположительно должны выполняться на SMP-системах.

Главы 11 и 12 посвящены межпроцессным и межпоточным взаимодействиям, а также сетевому программированию. В главе 11 главное внимание уделено средствам, являющимся частью Windows, а именно, анонимным каналам, именованным каналам и почтовым ящикам. В главе 12 обсуждаются сокеты Windows (Windows Sockets), обеспечивающие возможность взаимодействия с системами, не входящими в семейство Windows, посредством стандартных протоколов, главным образом, TCP/IP. И хотя интерфейс Windows Sockets, строго говоря, не является частью Windows API, он способен обеспечивать связь и взаимодействие через сети и Internet, так что предмет рассмотрения данной главы согласуется с остальной частью книги. На примере многопоточной клиент-серверной системы проиллюстрировано, каким образом можно обеспечить межпроцессное взаимодействие наряду с потоками.

В главе 13 показано, каким образом Windows позволяет превращать серверные приложения, аналогичные созданным в главах 11 и 12, в службы Windows (Windows Services), которыми можно управлять как фоновыми серверами. Преобразование сервера в службу требует внесения лишь незначительных изменений в программу.

В главе 14 показано, как осуществлять операции асинхронного ввода/вывода с использованием перекрывающегося ввода/вывода, а также событий и процедур завершения. Тех же результатов можно добиться и с помощью потоков, поэтому приводятся примеры, позволяющие сравнить различные решения с точки зрения простоты и производительности соответствующих программ. В то же время, создание масштабируемых серверов с многопоточной поддержкой требует привлечения портов завершения, использование которых иллюстрируется на примере серверов, созданных в предыдущих главах. Описаны также таймеры ожидания, рассмотрение которых требует привлечения понятий, введенных ранее в этой главе.

Глава 15 посвящена вопросам безопасности объектов Windows, а в качестве примера рассмотрена эмуляция системы защиты файлов в стиле UNIX, в которой для выполнения тех или иных операций с файлом требуется наличие соответствующих полномочий. Дополнительные примеры иллюстрируют, какими средствами обеспечивается защита процессов, потоков и именованных каналов. Дополнения, обеспечивающие безопасность, могут быть введены после этого в ранее рассмотренные примеры.

Глава 16 завершает изложение основного материала рассмотрением вопросов программирования для Win64, а также обеспечения программной совместимости с этой платформой. После этого один из рассмотренных ранее примеров преобразуется к виду, допускающему перенос программы на платформу Win64.

Основной материал книги дополнен тремя приложениями. В приложении А содержатся описания программ, доступных на Web-сайте книги, и рекомендации по их использованию. Приложение Б содержит несколько таблиц, в которых функции Windows сравниваются с аналогичными им функциями, предоставляемыми системой UNIX и стандартной библиотекой С. В приложении В сравнивается производительность альтернативных вариантов реализации некоторых из примеров, приведенных в основном тексте, что позволяет читателю составить собственное представление о сравнительных достоинствах и недостатках средств Windows, как базовых, так и усовершенствованных, и средств, предоставляемых библиотекой С.

Сопоставление с UNIX и библиотекой С

По ходу изложения материала мы сопоставляем стилевые и функциональные особенности средств Windows и аналогичных им средств, входящих в UNIX (Linux) и стандартную библиотеку ANSI С. Как уже отмечалось, в приложении Б приведены таблицы, содержащие полный перечень сопоставимых функций. Включение этой информации мы сочли целесообразным, поскольку многие читатели знакомы с UNIX, и результаты сравнения обеих систем между собой, несомненно, будут представлять для них интерес. Те же, кто не знаком с системой UNIX, могут смело пропустить соответствующие разделы, которые, чтобы их было легче отличить, набраны мелким шрифтом и выделены отступами.