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.

---

Windows, стандарты и открытые системы

Эта книга посвящена разработке приложений с использованием Windows API. Вполне естественно, что у программистов, воспитанных на UNIX и открытых системах, могут возникнуть следующие вопросы: "Является ли Windows открытой системой?", "Представляет ли собой Windows промышленный стандарт?", "Не является ли Windows всего лишь очередным патентованным API?" Ответы на эти вопросы во многом зависят от того, что именно понимается под определениями открытая (open), промышленный стандарт (industry standard) или патентованный (proprietary), а также от того, какие преимущества ожидаются от использования открытых систем.

Windows API полностью отличается от API стандарта POSIX, поддерживаемого системами Linux и UNIX. Windows не подчиняется стандарту Х/Open, как не подчиняется и никакому другому открытому промышленному стандарту из тех, которые были предложены соответствующими органами стандартизации или промышленными консорциумами.

Windows контролируется единственным поставщиком. Хотя Microsoft и заявляет о своей готовности приспосабливаться к требованиям отрасли и учитывать их, в этих вопросах сама же она является арбитром и исполнителем в одном лице. Отсюда следует, что, помимо других преимуществ, пользователи Windows получают многие из выгод, которые обычно предлагают открытые стандарты.

• Унифицированные реализации быстрее достигают рынка.

• Отсутствуют какие-либо неожиданные фирменные "улучшения" или "расширения", с которыми потом приходится бороться программисту, хотя небольшие различия, существующие между различными платформами Windows, все же приходится учитывать.

• Вся совокупность полноценных ОС-продуктов, предлагающих все необходимые возможности, определена и реализована одним и тем же поставщиком. Разработчикам приложений остается решать только высокоуровневые задачи.

• Базовая аппаратная платформа является открытой. Разработчики могут выбирать любого из многочисленных поставщиков платформ по своему усмотрению.

Жаркие споры относительно того, к добру ли такая ситуация для пользователей и компьютерной индустрии в целом, или она только вредит общему делу, еще не закончились. Мы не будем пытаться участвовать в этом споре; задача данной книги состоит лишь в том, чтобы помочь разработчикам приложений как можно скорее приступить к работе в Windows.

В действительности системы Windows поддерживают многие важные стандарты. Так, Windows поддерживает стандартные библиотеки С и С+ и целый ряд открытых стандартов межплатформенного взаимодействия. В качестве примера можно привести сокеты Windows (Windows Sockets), предоставляющие стандартный интерфейс сетевого программирования, который обеспечивает возможность использования TCP/IP и других сетевых протоколов и тем самым открывает возможности доступа в Internet и взаимодействия с системами, не принадлежащими семейству Windows. To же самое остается справедливым и по отношению к протоколу удаленного вызова процедур (Remote Procedure Calls, RPC).[6] Системы самой различной природы могут связываться с высокоуровневыми системами управления базами данных (СУБД) при помощи языка структурированных запросов (SQL). Наконец, в общий круг предложений Windows входит поддержка Internet, обеспечиваемая Web-серверами и серверам иного рода. Windows поддерживает такие ключевые стандарты, как TCP/IP, а на активно действующем рынке поставщиков решений Windows вам предлагают приобрести за разумную плату множество других ценных дополнительных продуктов, в том числе клиенты и серверы X Window.

Резюмируя, можно утверждать, что Windows поддерживает наиболее важные из стандартов межплатформенного взаимодействия, и хотя основной API является собственностью компании, он доступен по умеренной цене для широкого ряда систем.

Библиотеки совместимости

Несмотря на наличие библиотек совместимости (compatibility libraries), ими пользуются очень редко. Существуют две возможности.

• В системах на основе UNIX, Linux, Macintosh и некоторых других может быть развернута одна из библиотек совместимости Windows, например, эмулятор Windows с открытым исходным кодом Wine, что обеспечивает переносимость исходного кода из Windows.

• За счет использования программного обеспечения с открытым исходным кодом и набора инструментальных средств Windows Resource Kit компании Microsoft поверх подсистемы Windows может быть развернута библиотека совместимости POSIX. Весьма ограниченная по своим возможностям библиотека совместимости входит в состав среды визуальной разработки при ложений Microsoft Visual C++.

Таким образом, имеется, пусть даже и редко используемая, возможность выбора одного API и развертывания разработанных с его помощью переносимых приложений на системах Windows, POSIX и даже Macintosh.

Принципы, лежащие в основе Windows

Полезно никогда не забывать о некоторых базовых принципах Windows. В Windows API имеется множество как самых незаметных, так и значительных отличий от других API, таких как POSIX API, с которым знакомы программисты, работающие в UNIX и Linux. И хотя с применением Windows не связаны какие-либо специфические трудности в работе, она потребует от вас внесения некоторых изменений в привычные стиль и методику программирования.

Ниже описаны некоторые из важнейших характеристик Windows, с которыми вы ближе познакомитесь по мере дальнейшего изложения материала.

Многие системные ресурсы Windows представляются в виде объектов ядра (kernel objects), для идентификации и обращения к которым используются дескрипторы (handles). По смыслу эти дескрипторы аналогичны дескрипторам (descriptors) файлов и идентификаторам (ID) процессов в UNIX.[7]

• Любые манипуляции с объектами ядра осуществляются только с использованием Windows API. "Лазеек" для обхода этого правила нет. Подобная организация работы согласуется с принципами абстрагирования данных, используемыми в объектно-ориентированном программировании, хотя сама система Windows объектно-ориентированной не является.

• К объектам относятся файлы, процессы, потоки, каналы межпроцессного взаимодействия, объекты отображения файлов, события и многое другое. Объекты имеют атрибуты защиты.

• Windows — богатый возможностями и гибкий интерфейс. Во-первых, одни и те же или аналогичные задачи могут решаться с помощью сразу нескольких функций; так, имеются вспомогательные функции (convenience functions), полученные объединением часто встречающихся последовательностей функциональных вызовов в одну функцию (к числу подобных функций принадлежит и функция CopyFile, используемая в одном из примеров далее в этой главе). Во-вторых, функции часто имеют многочисленные параметры и флаги, многие из которых обычно игнорируются. Данная книга не претендует на роль энциклопедического справочника, и основное внимание в ней концентрируется лишь на наиболее важных функциях и параметрах.

• Windows предлагает многочисленные механизмы синхронизации и взаимодействия, обеспечивающие удовлетворение самых разнообразных запросов.

• Базовой единицей выполнения в Windows является поток (thread). В одном процессе (process) могут выполняться один или несколько потоков.

• Для функций Windows используются длинные описательные имена. Приведенные ниже в качестве примера имена функций иллюстрируют не только соглашения об использовании имен, но и многоликость функций Windows:

WaitForSingleObject

WaitForSingleObjectEx

WaitForMultipleObjects

WaitNamedPipe

Существует также несколько соглашений, регулирующих порядок использования имен типов:

• Имена предопределенных типов данных, необходимых API, также являются описательными, и в них должны использоваться прописные буквы.

К числу наиболее распространенных относятся следующие типы данных:

BOOL (определен как 32-битовый объект, предназначенный для хранения одного логического значения)

HANDLE

DWORD (вездесущее 32-битовое целое без знака)

LPTSTR (указатель на строку, состоящую из 8– или 16-битовых символов)

LPSECURITY_ATTRIBUTES

С другими многочисленными типами данных вы будете знакомиться по мере изложения материала.

• В именах предопределенных типов указателей операция * не используется, и они отражают дополнительные отличия между указателями различного типа, как, например, в случае типов LPTSTR (определен как TCHAR *) и LPCTSTR (определен как const TCHAR *). Примечание. Тип TCHAR может обозначать как обычный символьный тип char, так и двухбайтовый тип wchar_t.

• В отношении использования имен переменных, — по крайней мере, в прототипах функций, — также имеются определенные соглашения. Так, имя lpszFileName соответствует "длинному указателю на строку, завершающуюся нулевым символом", которая содержит имя файла. Этот пример иллюстрирует применение так называемой "венгерской нотации", которой мы в данной книге, как правило, не стремимся придерживаться. Точно так же, dwAccess — двойное слово (32 бита), содержащее флаги прав доступа к файлу, где "dw" означает "double word" — "двойное слово".