Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью

Все версии Linux и большая часть вариантов систем UNIX поставляются с базовым, но очень эффективным набором подпрограмм для хранения данных, называемым базой данных dbm. База данных dbm отлично подходит для хранения индексированных данных, которые относительно статичны. Некоторые консерваторы в области баз данных могут возразить, что dbm — вовсе не база данных, а просто система хранения индексных файлов. Стандарт X/Open, тем не менее, называет dbm базой данных, поэтому в книге мы будем продолжать называть ее так же.

Введение в базу данных dbm

Несмотря на взлет свободно распространяемых реляционных баз данных, таких как MySQL и PostgreSQL, база данных dbm продолжает играть важную роль в системе Linux. Дистрибутивы, использующие RPM, например, Red Hat и SUSE, применяют dbm как внутреннее хранилище для данных устанавливаемых пакетов. Реализация LDAP с открытым кодом, Open LDAP (Lightweight Directory Access Protocol, облегченный протокол доступа к каталогу), также может применять dbm как механизм хранения. Преимущества dbm по сравнению с более сложными базами данных, такими как MySQL, в ее "легковесности" и возможности более простого встраивания в распределенный двоичный код (distributed binary), поскольку не требуется установка отдельного сервера базы данных. Во время написания книги программы Sendmail и Apache использовали dbm.

База данных dbm позволяет хранить структуры данных переменного размера с помощью индекса и затем извлекать структуру либо используя индекс, либо просто последовательно просматривая базу данных. Базу данных dbm лучше всего применять для данных, к которым часто обращаются, но которые редко обновляются, поскольку она довольно медленно создает элементы, но быстро извлекает их.

В данный момент мы сталкиваемся с небольшой проблемой: в течение многих лет было сформировано несколько версий базы данных dbm с разными API и средствами. Существует исходный набор dbm, "новый" набор dbm, называемый ndbm, и реализация проекта GNU gdbm. Реализация GNU может эмулировать интерфейсы более старой версии dbm и версии ndbm, но ее собственный интерфейс существенно отличается от других реализаций. Различные дистрибутивы Linux поставляются с библиотеками разных версий dbm, но самый популярный вариант — поставка с библиотекой gdbm и установка ее с возможностью эмуляции интерфейсов двух других типов.

В книге мы собираемся сосредоточиться на интерфейсе ndbm, поскольку он стандартизован X/OPEN и его применять легче, чем непосредственно интерфейс реализации gdbm.

Получение dbm

Самые широко распространенные дистрибутивы Linux приходят с уже установленной версией gdbm, хотя в некоторых из них вам придется применить соответствующий диспетчер пакетов (package manager) для установки нужных библиотек разработки. Например, в дистрибутиве Ubuntu вам может понадобиться диспетчер пакетов Synaptic для установки пакета libgdbm-dev, если он не установлен по умолчанию.

Если вы хотите просмотреть исходный код или используете дистрибутив, в который не включен встроенный пакет разработки, реализацию GNU можно найти по адресу www.gnu.org/software/gdbm/gdbm.html.

Устранение неполадок и повторная установка dbm

Эта глава написана в расчете на то, что у вас установлена реализация GNU gdbm, укомплектованная библиотеками совместимости с ndbm. Это обычный вариант для дистрибутивов Linux, однако, как упоминалось ранее, возможно, вам придется явно устанавливать пакет библиотеки разработки для того, чтобы компилировать файлы с использованием подпрограмм ndbm.

К сожалению, требуемые библиотеки директив include и компоновки слегка различаются в разных дистрибутивах, поэтому, несмотря на их установку, вам, возможно, придется поэкспериментировать немного, чтобы выяснить, как компилировать исходные файлы с использованием ndbm. Наиболее частый вариант — база данных gdbm установлена и поддерживает по умолчанию режим совместимости с версией ndbm. Дистрибутивы, например Red Hat, как правило, делают это. В этом случае вам нужно выполнить следующие шаги:

1. Включите в ваш файл на языке С файл ndbm.h.

2. Включите каталог заголовочного файла /usr/include/gdbm с помощью опции -I/usr/include/gdbm.

3. Скомпонуйте программу с библиотекой gdbm, используя опцию -lgdbm.

Если программа не работает, обычная альтернатива, принятая в новейших версиях дистрибутивов Ubuntu и SUSE, — устанавливается база данных gdbm, но при необходимости явно запрашивается совместимость с базой данных ndbm, и вы должны компоновать программу сначала с библиотекой совместимости, а затем с основной библиотекой. В этом случае надо выполнить следующие шаги:

1. Вместо файла ndbm.h включите в ваш файл на С файл gdbm-ndbrh.h.

2. Включите каталог заголовочного файла /usr/include/gdbm с помощью опции -I/usr/include/gdbm.

3. Скомпонуйте программу с дополнительной библиотекой совместимости gdbm, используя опцию -lgdbm_compat -lgdbm.

Загружаемый Makefile и С-файлы dbm установлены с первым вариантом, принятым по умолчанию, но содержат комментарии о том, как их отредактировать, чтобы можно было легко выбрать второй вариант. В оставшейся части главы мы полагаем, что в вашей системе совместимость с ndbm — характеристика, принятая по умолчанию.

Подпрограммы dbm

Как и библиотека curses, обсуждавшаяся нами в главе 6, средство dbm состоит из заголовочного файла и библиотеки, которая должна компоноваться с программой во время компиляции последней. Библиотека называется просто dbm, но поскольку мы обычно применяем в системе Linux реализацию GNU, необходимо компоновать с этой реализацией, используя в строке компиляции опцию -lgdbm. Заголовочный файл — ndbm.h.

Прежде чем мы попытаемся описать каждую функцию, важно понять чего старается достичь база данных dbm. Когда вы поймете это, гораздо легче будет уяснить, как применять функции dbm.

Основной элемент базы данных dbm — блок данных, предназначенных для хранения, связанный с блоком данных, действующих как ключ для извлечения данных. У всех баз данных dbm должны быть уникальные ключи для каждого хранящегося блока данных. Значение ключа используется как индекс хранящихся данных. Нет ограничений на ключи или данные и не определено никаких ошибок при использовании данных или ключей слишком большого размера. Стандарт допускает реализацию, ограничивающую размер ключа/данных величиной 1023 байта, но, как правило, ограничений не существует, поскольку реализации оказались более гибкими, чем требования, предъявляемые к ним.

Для манипулирования этими блоками как данными в заголовочном файле ndbm.h определен новый тип данных, названный datum. Конкретное содержимое этого типа зависит от реализации, но он должен, как минимум, включать следующие элементы:

void *dptr;

size_t dsize

Здесь datum — тип, который будет определяться оператором typedef. В файле ndbm.h также дано определение dbm, представляющее собой структуру, применяемую для доступа к базе данных, и во многом похожее на определение FILE, используемое для доступа к файлам. Внутреннее содержимое dbm typedef зависит от реализации и никогда не должно использоваться.

Для ссылки на блок данных при использовании библиотеки dbm вы должны объявить datum, задать указатель dptr для указания на начало данных, а также задать параметр dsize, содержащий размер данных. На хранящиеся данные и индекс, применяемый для доступа к ним, всегда нужно ссылаться с помощью типа datum.

О типе DBM лучше всего думать как об аналоге типа FILE. Когда вы открываете базу данных dbm, обычно создаются два физических файла: один с расширением pag, а другой с расширением dir. Возвращается один указатель dbm, который применяется для обращения к обоим файлам как к паре. Файлы никогда не следует непосредственно читать и в них не нужно писать; они предназначены для доступа через стандартные операции dbm. Примечание

В некоторых реализациях эти два файла объединены, и создается один новый файл.

Если вы знакомы с базами данных SQL, то заметите, что в случае базы данных dbm не существует структур таблиц или столбцов. Эти структуры не нужны, т.к. dbm не задает фиксированного размера элементов сохраняемых данных и не требует описания внутренней структуры для них. Библиотека dbm работает с блоками неструктурированных двоичных данных.

Функции доступа dbm

Теперь, когда мы рассказали об основах работы библиотеки dbm, можем поподробнее рассмотреть функции. Далее приведены прототипы основных функций dbm.

#include <ndbm.h>

DBM *dbm_open(const char* filename, int file_open_flags,

 mode_t file_mode);

int dbm_store(DBM *database_descriptor, datum key, datum content,

 int store_mode);

datum dbm_fetch(DBM* database descriptor, datum key);