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.

---

Примечание

Будет очень полезно, если вы просмотрите системные заголовочные (включаемые) файлы, в которых содержатся определения функций, констант, флагов, кодов ошибок и тому подобное. Многие из представляющих для нас интерес файлов, аналогичных тем, которые предложены ниже в качестве примера, являются частью среды Microsoft Visual C++ и обычно устанавливаются в каталоге Program Files\Microsoft Visual Studio.NET\Vc7\PlatformSDK\Include (или Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Include в случае VC++ 6.0):

WINDOWS.H (файл, обеспечивающий включение всех остальных заголовочных файлов)

WINNT.Н

WINBASE.H 

Наконец, несмотря на то что оригинальный API Win32 с самого начала разрабатывался как совершенно независимый интерфейс, он проектировался с учетом обеспечения обратной совместимости с API Winl6, входившим в состав Windows 3.1. Это привело к некоторым досадным с точки зрения программиста последствиям:

• В названиях типов встречаются элементы анахронизма, как, например, в случае типов LPTSTR и LPDWORD, ссылающихся на "длинный указатель", который является простым 32– или 64-битовым указателем. Необходимость в указателях какого-либо иного типа отсутствует. Иногда составляющая "длинный" опускается, и тогда, например, типы LPVOID и PVOID являются эквивалентными.[8]

• В имена некоторых символических констант, например WIN32_FIND_DATA, входит компонент "WIN32", хотя те же константы используются и в Win64.

• Несмотря на то что упомянутая проблема обратной совместимости в настоящее время потеряла свою актуальность, она оставила после себя множество 16-разрядных функций, ни одна из которых в этой книге не используется, хотя и могло бы показаться, что эти функции играют весьма важную роль. В качестве примера можно привести функцию OpenFile, которая, судя по ее названию, нужна для открытия файлов, тогда как в действительно сти для открытия существующих файлов всегда следует пользоваться только функцией CreateFile.

Подготовка к работе с Win64

Интерфейс Win64, который во время написания данной книги поддерживался Windows XP и Windows Server 2003 на процессорах семейства AMD64 (Opteron и Athlon 64) компании AMD и процессорах семейства Itanium (ранее известных под кодовыми названиями Merced, McKinley, Madison и IA-64) компании Intel, будет играть все более важную роль при создании крупных приложений. Существенные отличия между Win32 и Win64 обусловлены различиями в размере указателей (64 бита в Win64) и объеме доступного виртуального адресного пространства.

Проблемы переноса приложений на платформу Win64 обсуждаются по мере изложения материала на протяжении всей книги, а программы организованы таким образом, чтобы создание их в виде приложений Win64 обеспечивалось простым указанием соответствующих параметров на стадии компиляции. В находящихся на Web-хосте книги проектах с программами примеров в необходимых случаях предусмотрен вывод сообщений, предупреждающих о возникновении проблем при переходе к 64 разрядам, но большинство ситуаций (хотя и не полностью все), которые могли бы приводить к генерации таких сообщений, из программного кода исключены.

С точки зрения программиста основные отличия при переходе к Win64 обусловлены размерами указателей и необходимостью помнить о том, что длины указателя и целочисленной переменной (LONG, DWORD и так далее) не обязательно должны совпадать. С этой целью определены, например, типы DWORD32 и DWORD64, позволяющие явно управлять размером переменных. Два других типа, POINTER_32 и POINTER_64, позволяют управлять размером указателей.

Как вы сами убедитесь, приложив лишь самые незначительные усилия, можно добиться того, чтобы программы работали как в Win32, так и в Win64, и поэтому мы будем часто ссылаться на API просто как на Windows или, иногда, Win32. Дополнительная информация относительно Win64 содержится в главе 16, где, в частности, обсуждаются вопросы совместимости исходных и двоичных кодов. 

Программисты, работающие с UNIX и Linux, столкнутся в Windows с рядом интересных особенностей. Так, в Windows дескрипторы HANDLE являются "непрозрачными". Они не представляют собой ряд последовательно возрастающих целых чисел. В то же время, например, в UNIX дескрипторы файлов 0, 1 и 2 имеют специальное назначение, что должно обязательно учитываться при написании программ. Ничего подобного в Windows вы не обнаружите.

Многие из различий, например грань между идентификаторами процессов и дескрипторами файлов, в Windows оказываются стертыми. В Windows объекты обеих типов описываются дескрипторами типа HANDLE. Во многих важных функциях могут наравне использоваться дескрипторы файлов, процессов, событий, каналов и других объектов.

Программистам, которые, работая в UNIX, привыкли к коротким именам функций и параметров и использовали преимущественно строчные буквы, придется приспосабливаться к более пространному стилю Windows. Стиль Windows близок к стилю интерфейса компании Hewlett Packard (ранее — DEC и Compaq); программистам, работающим с OpenVMS, многое покажется знакомым. Указанное сходство между OpenVMS и Windows частично объясняется тем, что Дэвид Катлер (David Cutler), создатель первоначальной архитектуры VMS, предполагал, что она должна играть ту же роль, что и NT или Windows.

Радикальные отличия касаются такого хорошо знакомого нам всем понятия, как процессы. В Windows процессы не обладают свойствами наследования, хотя и могут быть организованы в виде объектов заданий.

В завершение следует отметить, что в текстовых файлах Windows конец строки отмечается последовательностью управляющих символов CR-LF, а не LF, как в это принято в UNIX. 

О целесообразности привлечения функций стандартной библиотеки C для обработки файлов

Несмотря на всю уникальность возможностей Windows, старый добрый язык С и его стандартная библиотека ANSI С по-прежнему могут с успехом использоваться при решении большинства задач, связанных с обработкой файлов. Кроме того, библиотека С (указание на ее соответствие стандарту ANSI С мы будем часто опускать) содержит большое число очень нужных функций, аналогов которых среди системных вызовов нет. К их числу относятся, например, функции, описанные в заголовочных файлах <string.h>, <stdlib.h> и <signal.h>, а также функции форматированного и символьного ввода/вывода. В то же время, имеются и такие функции, как fopen и fread, описанные в заголовочном файле <stdio.h>, для которых находятся близко соответствующие им системные вызовы.

В каких же случаях при обработке файлов можно обойтись библиотекой С, а в каких необходимо использовать системные вызовы Windows? Тот же вопрос можно задать и в отношении использования потоков (streams) ввода/вывода C++ или системы ввода/вывода, которая предоставляется платформой .NET. Простых ответов на эти вопросы не существует, но если во главу угла поставить переносимость программ на платформы, отличные от Windows, то в тех случаях, когда приложению требуется только обработка файлов, а не, например, управление процессами или другие специфические возможности Windows, предпочтение следует отдавать библиотеке С и потокам ввода/вывода C++. Вместе с тем, многими программистами ранее уже делались попытки выработать рекомендации относительно адекватности использования библиотеки С в тех или иных случаях, и эти же рекомендации должны быть применимы и в отношении Windows. Кроме того, с учетом возможностей расширения функциональности, а также повышения производительности и гибкости программ, обеспечиваемые Windows, нередко оказывается более удобным или даже необходимым не ограничиваться библиотекой С, в чем вы постепенно станете убеждаться уже начиная с главы 3. К числу возможностей Windows, не поддерживаемых библиотекой С, относятся блокирование и отображение файлов (необходимое для разделения общих областей памяти), асинхронный ввод/вывод, произвольный доступ к файлам чрезвычайно крупных размеров (4 Гбайт и выше) и взаимодействие между процессами.

В случае простых программ вам будет вполне достаточно использовать функции библиотеки С, предназначенные для работы с файлами. Воспользовавшись библиотекой С, можно написать переносимое приложение даже без изучения Windows, однако возможности выбора при этом будут ограниченными. Так, в главе 5 для повышения производительности программы и упрощения программирования применено отображение файлов, однако библиотека С такие возможности не предоставляет. 

Что требуется для работы с данной книгой

Ниже перечислено все то, что необходимо вам для создания и выполнения примеров, приведенных в этой и последующих главах книги.

Разумеется, прежде всего, вам потребуется весь ваш опыт в области разработки приложений; предполагается также, что язык С вам знаком. Однако прежде, чем браться за решение упражнений и разбор примеров, вы должны убедиться в том, что располагаете всем необходимым аппаратным и программным обеспечением, перечень которого приводится ниже.

• Система с установленной ОС Windows.