Операционная система UNIX - Андрей Робачевский

Выбор между функциями интерфейса системных вызовов и стандартной библиотеки зависит от многих факторов, в частности, степени контроля ввода/вывода, переносимости программы, простоты. Взгляните, например, на следующие эквивалентные строки программы:

write (1, "Здравствуй, Мир!n", 16);

printf("Здравствуй, Мир!n");

В первой строке сообщение выводится с использованием системной функции write(2), во второй — с помощью библиотечной функции printf(3S). Помимо того, что второй вариант кажется более лаконичным, отметим еще ряд особенностей. В первом варианте пришлось сделать предположение о том, что файловый дескриптор стандартного вывода равен 1, что может оказаться несправедливым для некоторых систем. Также пришлось явно указать число символов в строке, т.к. write(2) не делает никаких предположений о формате вывода, трактуя его как последовательность байтов. В отличие от wite(2), printf(3S) распознает строки, представляющие собой последовательность символов, заканчивающихся нулем. Функция printf(3S) также позволяет отформатировать выводимые данные для представления их в требуемом виде.

Но основным достоинством функций библиотеки является буферизация ввода/вывода, позволяющая минимизировать число системных вызовов read(2) и write(2). При открытии файла и создании потока функции библиотеки автоматически размещают необходимые буферы, позволяя приложению не заботиться о них.

Библиотека предоставляет три типа буферизации:

□ Полная буферизация. В этом случае операция чтения или записи завершается после того, как будет заполнен буфер ввода/вывода. Ввод/вывод для дисковых файлов, как правило, полностью буферизуется. Буфер размещается с помощью функции malloc(3C) при первом обращении к потоку для чтения или записи и заполняется системными вызовами read(2) или write(2). Это означает, что последующие вызовы getc(3S), gets(3S), putc(3S), puts(3S) и т.д. не инициируют обращений к системным функциям, а будут производить чтение или запись из буфера библиотеки. Содержимое буфера очищается (т.е. данные сохраняются на диске) автоматически, либо при вызове функции fflush(3S).

□ Построчная буферизация. В этом случае библиотека выполняет фактический ввод/вывод (т.е. производит системные вызовы read(2) или write(2)) построчно при обнаружении конца строки (символа перевода каретки). Такой тип буферизации обычно используется для ассоциированных с терминальными устройствами потоков, которыми, как правило являются стандартные потоки ввода и вывода.

□ Отсутствие буферизации. В этом случае библиотека не производит никакой буферизации, фактически являясь только программной оболочкой системных вызовов. При этом достигаются минимальные задержки операций чтения и записи, необходимые, например, при выводе сообщений об ошибках. Отсутствие буферизации характерно для стандартного потока вывода сообщений об ошибках.

Характер буферизации может быть изменен с помощью функций:

#include <stdio.h>

void setbuf(FILE *stream, char *buf);

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int type, size_t size);

Функция setbuf(3S) позволяет включить или отключить буферизацию для потока stream. В первом случае buf должен указывать на буфер размером BUFSIZ, во втором его значение должно быть равно NULL.

Функция setvbuf(3S) позволяет производить более тонкое управление буферизацией, явно указывая, какой ее тип мы хотим установить. Для этого используется аргумент type, который может принимать следующие значения:

_IOFBF Полная буферизация _IOLBF Построчная буферизация _IONBF Отсутствие буферизации

В случае полной или построчной буферизации аргумент size определяет размер буфера, адресованного указателем buf.

Каждый поток стандартной библиотеки представлен указателем на структуру FILE, показанную на рис. 2.9, в которой хранится указатель на буфер _base, указатель на следующий символ, подлежащий чтению или записи _ptr, число байт в буфере _cnt, указатель на файловый дескриптор _file, с которым ассоциирован данный поток, а также флаги состояния потока _flag. При создании буфера библиотека выбирает оптимальный размер для данного потока. Обычно этот размер равен значению поля st_blksize структуры stat, возвращаемой системным вызовом stat(2), рассмотренный в разделе "Метаданные файла" этой главы. Если определить оптимальный размер невозможно, например для каналов или специальных файлов устройств, выбирается стандартное значение BUFSIZ, определенное в файле <stdio.h>.

Рис. 2.9. Структуры данных потока

Связи

В метаданных каждого файла файловой системы UNIX хранится число связей, определяющее количество имен, которое имеет данный файл. Например, файлы /etc/init.d/lp (или /etc/lp), /etc/rc0.d/K201p, /etc/rc2.d/K201p и /etc/rc2.d/S801p имеют различные имена, но ссылаются на один и тот же физический файл (точнее, метаданные файла) и тем самым обеспечивают доступ к одним и тем же данным. В данном случае число связей файла равно 4. Каждый раз, когда одно из имен файла удаляется, число связей соответственно уменьшается. Когда оно достигнет нуля — данные файла будут удалены. Такой тип связи называется жесткой.

Жесткая связь создается с помощью системного вызова link(2):

#include <unistd.h>

int link(const char *existing, const char *new);

При этом будет образована новая запись каталога с именем new и номером inode указывающим на метаданные файла existing. Также будет увеличено число связей. Этим системным вызовом, в частности, пользуется команда ln(1), рассмотренная в главе 1.

Для удаления жесткой связи используется системный вызов unlink(2):

#include <unistd.h>

int unlink(const char *path);

Эту функцию вызывает команда rm(1) при удалении файла. При этом не обязательно будут удалены данные файла. Заметим, что системный вызов, явно удаляющий данные файла, отсутствует, поскольку у файла может существовать несколько жестких связей, часть из которых может быть недоступна процессу, вызывающему такую функцию (например, одно из имен файла может быть расположено в недоступном каталоге).

В противоположность жестким связям, которые, как отмечалось в главе являются естественным способом адресации данных файла, в UNIX применяются символические связи, адресующие не данные файла, а его имя. Например, если файл является символической связью, то в его данных хранится имя файла, данные которого косвенно адресуются.

Символическая связь позволяет косвенно адресовать другой файл файловой системы. Системный вызов symlink(2) служит для создания символической связи. Этим вызовом, кстати, пользуется команда ln -s.

#include <unistd.h>

int symlink (const char *name, const char *synmame);

После создания символической связи, доступ к целевому файлу name может осуществляться с помощью symname. При этом, функция open(2), принимая в качестве аргумента имя символической связи, на самом деле открывает целевой файл. Такая особенность называется следованием символической связи. Не все системные вызовы обладают этим свойством. Например, системный вызов unlink(2), удаляющий запись в каталоге, действует только на саму символическую связь. В противном случае, мы не имели бы возможности удалить ее. В табл. 2.11 показано, как работают с символическими связями различные системные вызовы.

Таблица 2.11. Интерпретация символической связи различными системными вызовами

Системный вызов Следует символической связи Не следует символической связи access(2) + chdir(2) + chmod(2) + chown(2) + lchown(2) + creat(2) + exec(2) + link(2) + mkdir(2) + mknod(2) + open(2) + readlink(2) + rename(2) + stat(2) + lstat(2) + unlink(2) +

Для чтения содержимого файла — символической связи используется системный вызов readlink(2):