Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

• Название: Операционная система UNIX
• Автор: Андрей Робачевский
• Издательство: BHV - Санкт-Петербург
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 1997
• ISBN: 5-7791-0057-8

Книга посвящена семейству операционных систем UNIX и содержит информацию о принципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой операционной системы.

В книге рассматриваются: архитектура ядра UNIX (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс UNIX (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская среда (командный интерпретатор shell, основные команды и утилиты) и сетевая поддержка в UNIX (протоколов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).

Для широкого круга пользователей

---

В случае неудачи open(1) возвратит -1, а глобальная переменная errno будет содержать код ошибки (см. раздел "Обработка ошибок").

Заметим, что только один из флагов O_RDONLY, O_WRONLY и O_RDWR может быть указан в аргументе oflag.

Флаг O_SYNC гарантирует, что данные, записанные в файл и связанные с операцией записи изменения метаданных файла, будут сохранены на диске до возврата из функции write(2). Ядро кэширует данные, считываемые или записываемые на дисковое устройство, для ускорения этих операций. Обычно запись данных в файл ограничивается записью в буферный кэш ядра операционной системы, данные из которого впоследствии записываются на диск. По умолчанию возврат из функции write(2) происходит после записи в буферный кэш, не дожидаясь записи данных на диск. Более подробно работу буферного кэша мы рассмотрим в главе 4.

Флаг O_NONBLOCK изменяет стандартное поведение функций чтения/записи файла. При указании этого флага возврат из функций read(2) и write(2) будет происходить немедленно с кодом ошибки и установленным значением errno = EAGAIN, если ядро не может передать данные при чтении, например, ввиду их отсутствия, или процессу требуется перейти в состояние сна при записи данных.

Функция creat(2)

Функция служит для создания обычного файла или изменения его атрибутов и имеет следующий вид:

#include <fcntl.h>

int creat(const char *path, mode_t mode);

Как и в случае open(2), аргумент path определяет имя файла в файловой системе, a mode — устанавливаемые права доступа к файлу. При этом выполняется ряд правил:

□ Если идентификатор группы (GID) создаваемого файла не совпадает с эффективным идентификатором группы (EGID) или идентификатором одной из дополнительных групп процесса, бит SGID аргумента mode очищается (если он был установлен).

□ Очищаются все биты, установленные в маске процесса

□ Очищается флаг Sticky bit.

Права доступа к файлу обсуждались в главе 1. Более детальная информация приведена в разделе "Права доступа" этой главы.

Если файл уже существует, его длина сокращается до 0, а права доступа и владельцы сохраняются прежними. Вызов creat(2) эквивалентен следующему вызову функции open(2):

open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

Функция close(2)

Функция close(2) разрывает связь между файловым дескриптором и открытым файлом, созданную функциями creat(2), open(2), dup(2), pipe(2) или fcntl(2). Функция имеет вид:

#include <unistd.h>

int close(int fildes);

В случае успеха close(2) возвращает нулевое значение, в противном случае возвращается -1, а значение переменной errno указывает на причину неудачи.

Многие программы явно не используют close(2) при завершении выполнения. Дело в том, что функция exit(2), вызываемая явно или неявно при завершении выполнения программы, автоматически закрывает открытые файлы.

Функции dup(2) и dup2(2)

Функция dup(2) используется для дублирования существующего файлового дескриптора:

int dup(int fildes);

Файловый дескриптор fildes должен быть предварительно получен с помощью функций open(2), creat(2), dup(2), dup2(2) или pipe(2). В случае успешного завершения функции dup(2) возвращается новый файловый дескриптор, свойства которого идентичны свойствам дескриптора fildes. Оба указывают на один и тот же файл, одно и то же смещение, начиная с которого будет производиться следующая операция чтения или записи (файловый указатель), и определяют один и тот же режим работы с файлом. Правило размещения нового файлового дескриптора аналогично используемому в функции open(2).

Функция dup2(2) делает то же самое, однако позволяет указать номер файлового дескриптора, который требуется получить после дублирования:

int dup2(int fildes, int fildes2);

Файловый дескриптор, подлежащий дублированию, передается в первом аргументе (fildes), а новый дескриптор должен быть равен fildes2. Если дескриптор fildes2 уже занят, сначала выполняется функция close(fildes2).

В качестве примера использования системного вызова dup2(2) рассмотрим вариант реализации слияния потоков в командном интерпретаторе shell:

$ runme >/tmp/file1 2>&1

Фрагмент кода

...

/* Закроем ассоциацию стандартного потока вывода (1)

   с файлом (терминалом) */

close(1);

/* Назначим стандартный поток вывода в файл

   /tmp/file1 (fd==1) */

fd = open("/tmp/file1", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC);

/* Выполним слияние потоков */

dup2(fd, 2);

...

Функция lseek(2)

С файловым дескриптором связан файловый указатель, определяющий текущее смещение в файле, начиная с которого будет произведена последующая операция чтения или записи. В свою очередь каждая операция чтения или записи увеличивают значение файлового указателя на число считанных или записанных байт. При открытии файла, файловый указатель устанавливается равным 0 или, если указан флаг O_APPEND, равным размеру файла. С помощью функции lseek(2) можно установить файловый указатель на любое место файла и тем самым обеспечить прямой доступ к любой части файла. Функция имеет следующий вид:

#include <unistd.h>

off_t lseek(int fildes, off_t offset, int whence);

Интерпретация аргумента offset зависит от аргумента whence, который может принимать следующие значения:

SEEK_CUR Указатель смещается на offset байт от текущего положения SEEK_END Указатель смещается на offset байт от конца файла SEEK_SET Указатель устанавливается равным offset

В случае успеха функция возвращает положительное целое, равное текущему значению файлового указателя.

Относительно системного вызова lseek(2) необходимо сделать два замечания. Во-первых, lseek(2) не инициирует никакой операции ввода/вывода, лишь изменяя значения файлового указателя в файловой таблице ядра. Во-вторых, смещение, указанное в качестве аргумента lseek(2), может выходить за пределы файла. В этом случае, последующие операции записи приведут к увеличению размера файла и, в то же время, к образованию дыры — пространства, формально незаполненного данными. В реальности, дыры заполняются нулями, но могут в ряде случаев привести к неприятным последствиям, с причиной и описанием которых вы сможете ознакомиться в главе 4 при обсуждении внутренней структуры файла.

Функция read(2) и readv(2)

Функции read(2) и readv(2) позволяют считывать данные из файла, на который указывает файловый дескриптор, полученный с помощью функций open(2), creat(2), dup(2), dup2(2), pipe(2) или fcntl(2). Функции имеют следующий вид:

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte);

#include <sys/types.h>

#include <sys/uio.h>

ssize_t readv(int fildes, struct iovec *iov, int iovcnt);

Аргументы, передаваемые функции read(2), указывают, что следует считать nbyte байт из файла, связанного с дескриптором fildes, начиная с текущего значения файлового указателя. Считанные данные помещаются в буфер приложения, указатель на который передается в аргументе buf. После завершения операции значение файлового указателя будет увеличено на nbyte.

Функция readv(2) позволяет выполнить iovcnt последовательных операций чтения за одно обращение к readv(2). Аргумент iov указывает на массив структур, каждый элемент которого имеет вид:

struct {

 void *iov_base; Указатель на начало буфера

 size_t iov_len; Размер буфера

} iovec;

Функция readv(2) считывает данные из файла и последовательно размещает их в нескольких буферах, определенных массивом iov. Такой характер работы, проиллюстрированный на рис. 2.8, получил название scatter read (от scatter (англ.) — разбрасывать). Общее число считанных байт в нормальной ситуации равно сумме размеров указанных буферов.