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.

---

   hNode = HeapCreate(HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS | HEAP_NO_SERIALIZE, NODE_HEAP_ISIZE, 0);

   hData = HeapCreate(HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS | HEAP_NO_SERIALIZE, DATA_HEAP_ISIZE, 0); 

   /* Обработать входной файл, создавая дерево. */

   pRoot = FillTree(hIn, hNode, hData);

   /* Отобразить дерево в порядке следования ключей. */

   _tprintf(_T("Сортируемый файл: %s\n"), argv [iFile]);

   Scan(pRoot);

  } _ finally { /* Кучи и дескрипторы файлов всегда закрываются.

   /* Уничтожить обе кучи и структуры данных. */

   if (hNode !=NULL) HeapDestroy (hNode);

   if (hNode != NULL) HeapDestroy (hData);

   hNode = NULL;

   hData = NULL;

   if (hIn != INVALID_HANDLE_VALUE) CloseHandle (hIn);

  }

 } /* Конец основного цикла обработки файлов и try-блока. */

 __except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) {

  _stprintf(ErrorMessage, _T("\n%s %s"), _T("sortBT, ошибка при обработке файла:"), argv [iFile]);

  ReportError(ErrorMessage, 0, TRUE);

 }

 return 0;

}

В программе 5.2 представлены функции, которые фактически реализуют алгоритмы поиска с использованием бинарного дерева. Первая из этих функций, FillTree, распределяет память в обеих кучах. Вторая функция, KeyCompare, используется также в нескольких других программах в данной главе. Заметьте, что функции FillTree и KeyCompare используют обработчики завершения и исключений программы 5.1, которая вызывает эти функции. Таким образом, ошибки распределения памяти будут обрабатываться основной программой, которая после этого продолжит свое выполнение, переходя к обработке следующего файла.

Программа 5.2. FillTree и другие функции управления деревом поиска 

LPTNODE FillTree(HANDLE hIn, HANDLE hNode, HANDLE hData)

/* Заполнение дерева записями из входного файла. Используется обработчик исключений вызывающей программы. */

{

 LPTNODE pRoot = NULL, pNode;

 DWORD nRead, i;

 BOOL AtCR;

 TCHAR DataHold [MAX_DATA_LEN] ;

 LPTSTR pString;

 while (TRUE) {

  /* Разместить и инициализировать новый узел дерева. */

  pNode = HeapAlloc(hNode, HEAP_ZERO_MEMORY, NODE_SIZE);

  /* Считать ключ из следующей записи файла. */

  if (!ReadFile(hIn, pNode->Key, TKEY_SIZE, &nRead, NULL) || nRead != TKEY_SIZE) return pRoot; 

  AtCR = FALSE; /* Считать данные до конца строки. */

  for (i = 0; i < MAX_DATA_LEN; i++) {

   ReadFile(hIn, &DataHold [i], TSIZE, &nRead, NULL);

   if (AtCR && DataHold [i] == LF) break;

   AtCR = (DataHold [i] == CR);

  }

  DataHold[i – 1] = '\0';

  /* Объединить ключ и данные — вставить в дерево. */

  pString = HeapAlloc(hData, HEAP_ZERO_MEMORY, (SIZE_T)(KEY_SIZE + _tcslen (DataHold) + 1) * TSIZE);

  memcpy(pString, pNode->Key, TKEY_SIZE);

  pString [KEY_SIZE] = '\0';

  _tcscat (pString, DataHold);

  pNode->pData = pString;

  InsertTree(&pRoot, pNode);

 } /* Конец цикла while (TRUE). */

 return NULL; /* Ошибка */

}

BOOL InsertTree(LPPTNODE ppRoot, LPTNODE pNode)

/* Добавить в дерево одиночный узел, содержащий данные. */

{

 if (*ppRoot == NULL) {

  *ppRoot = pNode;

  return TRUE;

 }

 /* Обратите внимание на рекурсивные вызовы InsertTree. */

 if (KeyCompare(pNode->Key, (*ppRoot)->Key) < 0) InsertTree(&((*ppRoot)->Left), pNode);

 else InsertTree(&((*ppRoot)->Right), pNode);

}

static int KeyCompare(LPCTSTR pKey1, LPCTSTR pKey2)

/* Сравнить две записи, состоящие из обобщенных символов. */

{

 return _tcsncmp(pKey1, pKey2, KEY_SIZE);

}

static BOOL Scan(LPTNODE pNode)

/* Рекурсивный просмотр и отображение содержимого бинарного дерева. */

{

 if (pNode == NULL) return TRUE;

 Scan(pNode->Left);

 _tprintf(_T ("%s\n"), pNode->pData);

 Scan(pNode->Right);

 return TRUE;

} 

Примечание

Очевидно, что данную реализацию дерева поиска нельзя назвать самой эффективной, поскольку дереву поиска ничто не мешает стать несбалансированным. Разумеется, о балансировке дерева поиска следовало бы позаботиться, однако на организацию управления памятью в программе это никак не повлияет.

Отображение файлов

Динамическая память, распределенная в кучах, должна физически размещаться в файле подкачки. Управление перемещением страниц между физической памятью и файлом подкачки, а также отображением файла подкачки на виртуальное адресное пространство процесса осуществляется средствами ОС, ответственными за управление памятью. По завершении выполнения процесса физическое пространство в этом файле освобождается.

Те же функциональные возможности Windows, которые обеспечивают отображение файла подкачки, позволяют отображать и обычные файлы. Отображение файлов дает следующие преимущества:

• Отпадает необходимость в выполнении операций непосредственного файлового ввода/вывода (чтения и записи).

• Структуры данных, созданные в памяти, будут сохраняться в файле для последующего использования этой же или другими программами. Необходимо тщательно следить за правильностью использования указателей, что иллюстрируется в программе 5.5.

• Становится возможным применение удобных и эффективных алгоритмов, ориентированных на работу с файлами "в памяти" (in-memory files) (сортировка, деревья поиска, обработка строк и тому подобное), которые позволяют обрабатывать хранящиеся в файлах данные даже в тех случаях, когда размеры файлов значительно превышают доступный объем физической памяти. При больших размерах файлов особенности организации страничного обмена могут оказывать заметное влияние на производительность.

• В некоторых случаях значительно повышается эффективность обработки файлов.

• Исчезает необходимость в управлении буферами и манипулировании содержащимися в них данными файлов. Всю эту тяжелую работу выполняет ОС, причем делает она это в высшей степени эффективно и надежно.

• Обеспечивается возможность разделения памяти несколькими параллельно выполняющимися процессами (глава 6) за счет отображения на их виртуальные адресные пространства одного и того же обычного файла или файла подкачки (разделение памяти несколькими процессами является одной из основных причин использования объекта отображения файла подкачки).

• Отпадает необходимость в расходовании излишнего пространства файла подкачки. 

ОС сама использует методы отображения файлов для реализации DLL, а также для загрузки и выполнения исполняемых (.EXE) файлов. Библиотеки DLL описаны в конце настоящей главы.

Объекты отображения файлов

Сначала необходимо создать для открытого файла объект отображения файла (file mapping object), у которого имеется дескриптор, а затем отобразить этот файл или только некоторую его часть на виртуальное адресное пространство процесса. Объектам отображения можно присваивать имена, по которым к ним смогут обращаться другие процессы, разделяющие память совместно с данным процессом. Кроме того, объекты отображения файлов имеют параметры размера и атрибуты защиты. 

HANDLE CreateFileMapping(HANDLE hFile, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, DWORD dwProtect, DWORD dwMaximumSizeHigh, DWORD dwMaximumSizeLow, LPCTSTR lpMapName)

Возвращаемое значение: в случае успешного выполнения — дескриптор объекта отображения файла, иначе — NULL. 

Параметры

hFile — дескриптор открытого файла, атрибуты защиты которого совместимы с флагами защиты, указанными параметром dwProtect. Значение этого дескриптора (тип данных HANDLE), равное 0xFFFFFFFF (его эквивалент — символическая константа INVALID_HANDLE_VALUE), соответствует системному файлу подкачки, и его можно использовать для организации разделения памяти несколькими процессами без создания отдельного файла.

LPSECURITY_ATTRIBUTES — позволяет указать атрибуты защиты объекта отображения.

dwProtect — с помощью флагов, которые приводятся ниже, определяет возможности доступа к представлению файла при его отображении. Помимо упомянутых флагов предусмотрены дополнительные флаги, имеющие специальное назначение. Так, флаг SEC_IMAGE указывает на то, что открытый файл, на основе которого создается объект отображения, является исполняемым загрузочным модулем; для получения более подробной информации обратитесь к оперативной справочной документации.

• PAGE_READONLY: страницы в указанной области отображения доступны программе только для чтения; программа не может осуществлять в них запись или запускать на выполнение. Файл с дескриптором hFile должен быть открыт с правами доступа GENERIC_READ.

• PAGE_READWRITE: предоставляет полный доступ к объекту, если файл с дескриптором hFile был открыт с правами доступа GENERIC_READ и GENERIC_WRITE.

• PAGE_WRITECOPY: при изменении отображения файла его приватная (для данного процесса) копия записывается в файл подкачки, а не в исходный файл. Отладчики могут использовать этот флаг для установки точек прерывания в разделяемом коде.