Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

• Название: Основы программирования в Linux
• Автор: Нейл Мэтью
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9775-0289-4

В четвертом издании популярного руководства даны основы программирования в операционной системе Linux. Рассмотрены: использование библиотек C/C++ и стан­дартных средств разработки, организация системных вызовов, файловый ввод/вывод, взаимодействие процессов, программирование средствами командной оболочки, создание графических пользовательских интерфейсов с помощью инструментальных средств GTK+ или Qt, применение сокетов и др. Описана компиляция программ, их компоновка c библиотеками и работа с терминальным вводом/выводом. Даны приемы написания приложений в средах GNOME® и KDE®, хранения данных с использованием СУБД MySQL® и отладки программ. Книга хорошо структурирована, что делает обучение легким и быстрым.

Для начинающих Linux-программистов

---

#include <stdlib.h>

void free(void *ptr_to_memory);

Вызов free следует выполнять только с указателем на память, выделенную с помощью вызова malloc, calloc или realloc. Очень скоро вы встретитесь с функциями calloc и realloc. А сейчас выполните упражнение 7.6.

Упражнение 7.6. Освобождение памяти

Эта программа называется memory6.c.

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#define ONE_K (1024)

int main() {

 char *some_memory;

 int exit code = EXIT_FAILURE;

 some_memory = (char*)malloc(ONE_K);

 if (some_memory != NULL) {

  free(some_memory);

  printf("Memory allocated and freed again\n");

  exit_code = EXIT_SUCCESS;

 }

 exit(exit_code);

}

Вывод программы следующий:

$ ./memory6

Memory allocated and freed again

Как это работает

Эта программа просто показывает, как вызвать функцию free с указателем, направленным на предварительно выделенную область памяти.

Примечание

Помните о том, что после вызова free для освобождения блока памяти этот блок больше не принадлежит процессу. Он больше не управляется библиотекой malloc. Никогда не пытайтесь читать из области памяти или писать в область памяти, для которой была вызвана функция free.

Другие функции распределения памяти

Две другие функции распределения или выделения памяти calloc и realloc применяются не так часто, как malloc и free.

Далее приведены их прототипы:

#include <stdlib.h>

void *calloc(size_t number_of_elements, size_t element_size);

void *realloc(void *existing_memozy, size_t new_size);

Несмотря на то, что функция calloc выделяет память, которую можно освободить с помощью функции free, ее параметры несколько отличаются от параметров функции malloc: она выделяет память для массива структур и требует задания количества элементов и размера каждого элемента массива как параметров. Выделенная память заполняется нулями; и если функция calloc завершается успешно, возвращается указатель на первый элемент. Как и в случае функции malloc, последовательные вызовы не гарантируют возврата непрерывной области памяти, поэтому вы не можете увеличить длину массива, созданного функцией calloc, просто повторным вызовом этой функции и рассчитывать на то, что второй вызов вернет память, добавленную в конец блока памяти, полученного после первого вызова функции.

Функция realloc изменяет размер предварительно выделенного блока памяти. Она получает в качестве параметра указатель на область памяти, предварительно выделенную функциями malloc, calloc или realloc, и уменьшает или увеличивает эту область в соответствии с запросом. Функция бывает вынуждена для достижения результата в перемещении данных, поэтому важно быть уверенным в том, что к памяти, выделенной после вызова realloc, вы всегда обращаетесь с помощью нового указателя и никогда не используете указатель, установленный ранее до вызова функции realloc.

Другая проблема, за которой нужно следить, заключается в том, что функция realloc возвращает пустой указатель при невозможности изменить размер блока памяти. Это означает, что в приложениях следует избегать кода, подобного приведенному далее:

my_ptr = malloc(BLOCK_SIZE);

...

my_ptr = realloc(my_ptr, BLOCK_SIZE * 10);

Если realloc завершится аварийно, она вернет пустой указатель; переменная my_ptr будет указывать в никуда и к первоначальной области памяти, выделенной функцией malloc, больше нельзя будет обратиться с помощью указателя my_ptr. Следовательно, было бы полезно сначала запросить новый блок памяти с помощью malloc, а затем скопировать данные из старого блока памяти в новый блок с помощью функции memcpy и освободить старый блок памяти вызовом free. При возникновении ошибки это позволит приложению сохранить доступ к данным, хранящимся в первоначальном блоке памяти, возможно, на время организации корректного завершения программы.

Блокировка файлов

Блокировка файлов — очень важная составляющая многопользовательских многозадачных операционных систем. Программы часто нуждаются в совместно используемых данных, обычно хранящихся в файлах, и очень важно, что у этих программ есть способ управления файлом. Файл может быть при этом безопасно обновлен или программа может пресечь свои попытки чтения файла, находящегося в переходном состоянии во время записи в него данных другой программой.

У системы Linux есть несколько средств, которые можно применять для блокировки файлов. Простейший способ — блокировка файла на элементарном уровне, когда ничего не может произойти при установленной блокировке. Он предоставляет программе метод создания файлов, обеспечивающий уникальность файла и невозможность одновременного создания этого файла другой программой.

Второй способ более сложный, он позволяет программам блокировать части файла для получения исключительного права доступа к ним. Есть два метода реализации этого варианта блокировки. Мы рассмотрим подробно только один из них, поскольку второй очень похож и отличается от первого немного иным интерфейсом.

Создание файлов с блокировкой

Многие приложения нуждаются в возможности создания ресурса в виде файла с блокировкой. Другие программы после этого могут проверить файл, чтобы узнать, есть ли у них право доступах ресурсу.

Как правило, эти заблокированные файлы находятся в специальном месте и имеют имена, связанные с управляемыми ими ресурсами. Например, когда используется модем, система Linux создает файл с блокировкой, часто применяя каталог в каталоге /var/spool.

Помните о том, что блокировки файлов действуют только как индикаторы; программы должны сотрудничать для их применения. Такие блокировки называют рекомендательными (advisory lock), в отличие от обязательных блокировок (mandatory lock), при которых система инициирует блокирование.

Для создания файла с блокировкой (упражнение 7.7) можно использовать системный вызов open, определенный в файле fcntl.h (уже встречавшемся в предыдущих главах) и содержащий набор флагов O_CREAT и O_EXCL. Этот способ позволяет проверить, не существует ли уже такой файл, и затем создать его за одну элементарную неделимую операцию.

Упражнение 7.7. Создание файла с блокировкой

В программе lock1.c вы сможете увидеть файл с блокировкой в действии.

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

int main() {

 int file_desc;

 int save_errno;

 file_desc = open("/tmp/LCK.test", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0444);

 if (file_desc == -1) {

  save errno = errno;

  printf("Open failed with error %d\n", save_errno);

 } else {

  printf("Open succeeded\n");

 }

 exit(EXIT_SUCCESS);

} 

Выполнив программу первый раз, вы получите следующий вывод:

$ ./lock1

Open succeeded

Но при повторной попытке вы получите результат, приведенный далее:

$ ./lock1

Open failed with error 17

Как это работает

Для создания файла с именем /tmp/LCK.test программа выполняет вызов, использующий флаги O_CREAT и O_EXCL. Во время первого выполнения программы файл не существует, поэтому вызов open завершается успешно. Последующие запуски программы завершаются аварийно, потому что файл уже существует. Для успешного выполнения этой программы в дальнейшем вы должны вручную удалить файл с блокировкой.

В системах Linux, ошибка 17 соответствует константе EEXIST, указывающей на то, что файл уже существует. Номера ошибок определены в файле errno.h или, скорее, в файлах, включаемых этим файлом. В данном случае определение в действительности, находящееся в /usr/include/asm-generic/errno-base.h, гласит

#define EEXIST 17 /* File exists */

Это ошибка, соответствующая аварийному завершению вызова open(O_CREAT | O_EXCL).

Если программе на короткий период во время выполнения, часто называемый критической секцией, нужно право исключительного доступа к ресурсу, ей следует перед входом в критическую секцию, создать файл с блокировкой с помощью системного вызова open и применить системный вызов unlink для удаления этого файла впоследствии, когда она завершит выполнение критической секции.

Вы можете увидеть сотрудничество программ, применяющих этот механизм блокировки, написав программу-пример и запустив одновременно две ее копии (упражнение 7.8). В программе будет использован вызов функции getpid, с которой вы встречались в главе 4, она возвращает идентификатор процесса, уникальный номер для каждой выполняющейся в данный момент программы.