Понятие о потоке ввода-вывода

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Среди всех категорий средств коммуникации наиболее употребительными являются каналы связи, обеспечивающие достаточно безопасное и достаточно информативное взаимодействие процессов.

Существует две модели передачи данных по каналам связи – поток ввода-вывода и сообщения. Из них более простой является потоковая модель, в которой операции передачи/приема информации вообще не интересуются содержимым того, что передается или принимается. Вся информация в канале связи рассматривается как непрерывный поток байт, не обладающий никакой внутренней структурой. Изучению механизмов, обеспечивающих потоковую передачу данных в операционной системе UNIX, и будет посвящена эта лабораторная работа.

Понятие о работе с файлами через системные вызовы и стандартную библиотеку ввода-вывода для языка С

Потоковая передача информации может осуществляться не только между процессами, но и между процессом и устройством ввода-вывода, например между процессом и диском, на котором данные представляются в виде файла. Поскольку понятие файла должно быть знакомо изучающим этот курс, а системные вызовы, использующиеся для потоковой работы с файлом, во многом соответствуют системным вызовам, применяемым для потокового общения процессов, мы начнем наше рассмотрение именно с механизма потокового обмена между процессом и файлом.

Как мы надеемся, из курса программирования на языке С вам известны функции работы с файлами из стандартной библиотеки ввода-вывода, такие как fopen (), fread(), fwrite(), fprintf(), fscanf(), fgets() и т. д. Эти функции входят как неотъемлемая часть в стандарт ANSI на язык С и позволяют программисту получать информацию из файла или записывать ее в файл при условии, что программист обладает определенными знаниями о содержимом передаваемых данных. Так, например, функция fgets() используется для ввода из файла последовательности символов, заканчивающейся символом '\n' – перевод каретки. Функция fscanf() производит ввод информации, соответствующей заданному формату, и т.д. С точки зрения потоковой модели операции, определяемые функциями стандартной библиотеки ввода-вывода, не являются потоковыми операциями, так как каждая из них требует наличия некоторой структуры передаваемых данных.

В операционной системе UNIX эти функции представляют собой надстройку – сервисный интерфейс – над системными вызовами, осуществляющими прямые потоковые операции обмена информацией между процессом и файлом и не требующими никаких знаний о том, что она содержит. Чуть позже мы кратко познакомимся с системными вызовами open (), read(), write() и close (), которые применяются для такого обмена, но сначала нам нужно ввести еще одно понятие – понятие файлового дескриптора.

Файловый дескриптор

В операционной системе UNIX можно упрощенно полагать, что информация о файлах, с которыми процесс осуществляет операции потокового обмена, наряду с информацией о потоковых линиях связи, соединяющих процесс с другими процессами и устройствами ввода-вывода, хранится в некотором массиве, получившем название таблицы открытых файлов или таблицы файловых дескрипторов. Индекс элемента этого массива, соответствующий определенному потоку ввода-вывода, получил название файлового дескриптора для этого потока. Таким образом, файловый дескриптор представляет собой небольшое целое неотрицательное число, которое для текущего процесса в данный момент времени однозначно определяет некоторый действующий канал ввода-вывода. Некоторые файловые дескрипторы на этапе старта любой программы ассоциируются со стандартными потоками ввода-вывода. Так, например, файловый дескриптор 0 соответствует стандартному потоку ввода, файловый дескриптор 1 – стандартному потоку вывода, файловый дескриптор 2 – стандартному потоку для вывода ошибок. В нормальном интерактивном режиме работы стандартный поток ввода связывает процесс с клавиатурой, а стандартные потоки вывода и вывода ошибок – с текущим терминалом.

Открытие файла

Файловый дескриптор используется в качестве параметра, описывающего поток ввода-вывода, для системных вызовов, выполняющих операции над этим потоком. Поэтому прежде чем совершать операции чтения данных из файла и записи их в файл, мы должны поместить информацию о файле в таблицу открытых файлов и определить соответствующий файловый дескриптор. Для этого применяется процедура открытия файла, осуществляемая системным вызовом open().

Системный вызов open

Прототип системного вызова

#include < fcntl.h>

int open(char *path, int flags);

int open(char *path, int flags, int mode);

Описание системного вызова

Системный вызов open предназначен для выполнения операции открытия файла и, в случае ее удачного осуществления, возвращает файловый дескриптор открытого файла (небольшое неотрицательное целое число, которое используется в дальнейшем для других операций с этим файлом).

Параметр path является указателем на строку, содержащую полное или относительное имя файла.

Параметр flags может принимать одно из следующих трех значений:

O_RDONLY - если над файлом в дальнейшем будут совершаться только операции чтения;

O_WRONLY - если над файлом в дальнейшем будут осуществляться только операции записи;

O_RDWR - если над файлом будут осуществляться и операции чтения, и операции записи.

Каждое из этих значений может быть скомбинировано посредством операции «побитовое или (ô )»с одним или несколькими флагами:

O_CREAT - если файла с указанным именем не существует, он должен быть создан;

О_ЕХСL - применяется совместно с флагом O_CREAT. При совместном их использовании и существовании файла с указанным именем, открытие файла не производится и констатируется ошибочная ситуация;

О_DELAY - запрещает перевод процесса в состояние £ £ при выполнении операции открытия и любых последующих операциях над этим файлом; OjtfPEND - при открытии файла и перед выполнением каждой операции записи (если она, конечно, разрешена) указатель текущей позиции в файле устанавливается на конец файла;

О_TRUNC - если файл существует, уменьшить его размер до 0, с сохранением существующих атрибутов файла, кроме, быть может, времен последнего доступа к файлу и его последней модификации.

Кроме того, в некоторых версиях операционной системы UNIX могут применяться дополнительные значения флагов:

O_SYNC - любая операция записи в файл будет блокироваться (т. е. процесс будет переведен в состояние £ £ ) до тех пор, пока записанная информация не будет физически помещена на соответствующий нижестоящий уровень hardware;

O_NOCTTY - если имя файла относится к терминальному устройству, оно не становится управляющим терминалом процесса, даже если до этого процесс не имел управляющего терминала.

Параметр mode устанавливает атрибуты прав доступа различных категорий пользователей к новому файлу при его создании. Он обязателен, если среди заданных флагов присутствует флаг O_CREAT, и может быть опущен в противном случае. Этот параметр задается как сумма следующих восьмеричных значений:

0400 - разрешено чтение для пользователя, создавшего файл;

0200 - разрешена запись для пользователя, создавшего файл;

0100 - разрешено исполнение для пользователя, создавшего файл;

0040 - разрешено чтение для группы пользователя, создавшего файл;

0020 - разрешена запись для группы пользователя, создавшего файл;

0010 - разрешено исполнение для группы пользователя, создавшего файл;

0004 - разрешено чтение для всех остальных пользователей;

0002 - разрешена запись для всех остальных пользователей;

0001 - разрешено исполнение для всех остальных пользователей.

При создании файла реально устанавливаемые права доступа получаются из стандартной комбинации параметра mode и маски создания файлов текущего процесса umask, а именно - они равны mode & umask.

При открытии файлов типа FIFO системный вызов имеет некоторые особенности поведения по сравнению с открытием файлов других типов. Если FIFO открывается только для чтения, и не задан флаг O_NDELAY, то процесс, осуществивший системный вызов, блокируется до тех пор, пока какой-либо другой процесс не откроет FIFO на запись. Если флаг O_NDELAY задан, то возвращается значение файлового дескриптора, ассоциированного с FIFO. Если FIFO открывается только для записи, и не задан флаг O_NDELAY, то процесс, осуществивший системный вызов, блокируется до тех пор, пока какой-либо другой процесс не откроет FIFO на чтение. Если флаг 0_NDELAY задан, то констатируется возникновение ошибки и возвращается значение
-1.

Возвращаемое значение

Системный вызов open() возвращает значение файлового дескриптора для открытого файла при нормальном завершении и значение -1 при возникновении ошибки.

Системный вызов open() использует набор флагов для того, чтобы специфицировать операции, которые предполагается применять к файлу в дальнейшем или которые должны быть выполнены непосредственно в момент открытия файла. Из всего возможного набора флагов на текущем уровне знаний нас будут интересовать только флаги O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR, O_CREAT и O_EXCL. Первые три флага являются взаимоисключающими: хотя бы один из них должен быть применен и наличие одного из них не допускает наличия двух других. Эти флаги описывают набор операций, которые, при успешном открытии файла, будут разрешены над файлом в дальнейшем: только чтение, только запись, чтение и запись. У каждого файла существуют атрибуты прав доступа для различных категорий пользователей. Если файл с заданным именем существует на диске, и права доступа к нему для пользователя, от имени которого работает текущий процесс, не противоречат запрошенному набору операций, то операционная система сканирует таблицу открытых файлов от ее начала к концу в поисках первого свободного элемента, заполняет его и возвращает индекс этого элемента в качестве файлового дескриптора открытого файла. Если файла на диске нет, не хватает прав или отсутствует свободное место в таблице открытых файлов, то констатируется возникновение ошибки.

В случае, когда мы допускаем, что файл на диске может отсутствовать, и хотим, чтобы он был создан, флаг для набора операций должен использоваться в комбинации с флагом O_CREAT. Если файл существует, то все происходит по рассмотренному выше сценарию. Если файла нет, сначала выполняется создание файла с набором прав, указанным в параметрах системного вызова. Проверка соответствия набора операций объявленным правам доступа может и не производиться (как, например, в Linux ).

В случае, когда мы требуем, чтобы файл на диске отсутствовал и был создан в момент открытия, флаг для набора операций должен использоваться в комбинации с флагами O_CREAT и O_EXCL.

Системные вызовы read(), write().

Для совершения потоковых операций чтения информации из файла и ее записи в файл применяются системные вызовы read() и write().

Прототипы системных вызовов:

#include < sys/types.h>

#include < unistd.h>

size_t read(int fd, void *addr, size_t nbytes);

size_t write(int fd, void *addr, size_t nbytes);

Описание системных вызовов

Системные вызовы read() и write() предназначены для осуществления потоковых операций ввода (чтения) и вывода (записи) информации над каналами связи, описываемыми файловыми дескрипторами, т.е. для файлов, pipe, FIFO и socket.

Параметр fd является файловым дескриптором созданного ранее канала связи, через который будет отсылаться или получаться информация, т. е. значением, которое вернул один из системных вызовов open(), pipe() или socket().

Параметр addr представляет собой адрес области памяти, начиная с которого будет браться информация для передачи или размещаться принятая информация.

Параметр nbytes для системного вызова write определяет количество байт, которое должно быть передано, начиная с адреса памяти addr. Параметр nbytes для системного вызова read определяет количество байт, которое мы хотим получить из канала связи и разместить в памяти, начиная с адреса addr.

Возвращаемые значения

В случае успешного завершения системный вызов возвращает количество реально посланных или принятых байт. Заметим, что это значение (большее или равное 0) может не совпадать с заданным значением параметра nbytes, а быть меньше, чем оно, в силу отсутствия места диске или в линии связи при передаче данных или отсутствия информации при ее приеме, fli возникновении какой-либо ошибки возвращается отрицательное значение.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒