Операционная система UNIX

Робачевский Андрей Михайлович

Помимо системных вызовов программисту предлагается большой набор функций общего назначения. Эти функции не являются точками входа в ядро операционной системы, хотя в процессе выполнения многие из них выполняют системные вызовы. Например, функция printf(3S) использует системный вызов write(2) для записи данных в файл, в то время как функции strcpy(3C) (копирование строки) или atoi(3C) (преобразование символа в его числовое значение) вообще не прибегают к услугам операционной системы. Функции, о которых идет речь, хранятся в стандартных библиотеках С и наряду с системными вызовами составляют основу среды программирования в UNIX. Подробное описание этих функций приведено в разделе 3 электронного справочника.

Таким образом, часть библиотечных функций является "надстройкой" над системными вызовами, обеспечивающей более удобный способ получения системных услуг. В качестве примера рассмотрим процесс получения текущей даты и времени. Соответствующий системный вызов time(2) возвращает время в секундах, прошедшее с момента Epoch: 1 января 1970 года. Дополнительная интерпретация этого значения, такая как преобразование в вид, удобный для восприятия (дата и время) с учетом временной зоны, осуществляется библиотечными

функциями (ctime(3C), localtime(3C) и т.д.). К этим функциям можно отнести функции библиотеки ввода/вывода, функции распределения памяти, часть функций управления процессами и т.д.

На рис. 2.1 показана схема взаимодействия приложения с ядром операционной системы при использовании системных вызовов и библиотечных функций.

Рис. 2.1. Системные вызовы и библиотечные функции

Обработка ошибок

В предыдущем разделе мы обсудили разницу между системными вызовами и библиотечными функциями. Они также различаются по способу передачи процессу информации об ошибке, произошедшей во время выполнения системного вызова или функции библиотеки.

Обычно в случае возникновения ошибки системные вызовы возвращают и устанавливают значение переменной errno, указывающее причину возникновения ошибки. Так, например, существует более десятка причин завершения вызова open(2) с ошибкой, и все они могут быть определены с помощью переменной errno. Файл заголовков <errno.h> содержит коды ошибок, значения которых может принимать переменная errno, с краткими комментариями.

Библиотечные функции, как правило, не устанавливают значение переменной errno, а код возврата различен для разных функций. Для уточнения возвращаемого значения библиотечной функции необходимо обратиться к электронному справочнику man(1).

Поскольку базовым способом получения услуг ядра являются системные вызовы, рассмотрим более подробно обработку ошибок в этом случае.

Переменная errno определена следующим образом:

external int errno;

Следует обратить внимание, что значение errno не обнуляется следующим нормально завершившимся системным вызовом. Таким образом, значение errno имеет смысл только после системного вызова, который завершился с ошибкой.

Стандарт ANSI С определяет две функции, помогающие сообщить причину ошибочной ситуации: strerror(3C) и perror(3C).

Функция strerror(3C) имеет вид:

#include <string.h>

char *strerror(int errnum);

Функция принимает в качестве аргумента errnum номер ошибки и возвращает указатель на строку, содержащую сообщение о причине ошибочной ситуации.

Функция perror(3C) объявлена следующим образом:

#include <errno.h>

#include <stdio.h>

void perror(const char *s);

Функция выводит в стандартный поток сообщений об ошибках информацию об ошибочной ситуации, основываясь на значении переменной errno. Строка s, передаваемая функции, предваряет это сообщение и может служить дополнительной информацией, например содержа название функции или программы, в которой произошла ошибка.

Следующий пример иллюстрирует использование этих двух функций:

#include <errno.h>

#include <stdio.h>

main(int argc, char *argv[]) {

 fprintf(stderr, "ENOMEM: %s\n", strerror(ENOMEM));

 errno = ENOEXEC;

 perror(argv[0]);

}

Запустив программу, мы получим следующий результат на экране:

$ a.out

ENOMEM: Not enough space

a.out: Exec format error

Эти функции используются, в частности, командным интерпретатором и большинством стандартных утилит UNIX. Например:

$ rm does_not_exist

does_not_exist: No such file or directory

ошибка ENOENT

$ pg do_not_read

do_not_read: Permission denied

 ошибка EACCESS

$

В табл. 2.1 приведены наиболее общие ошибки системных вызовов, включая сообщения, которые обычно выводят функции strerror(3C) и perror(3C), а также их краткое описание.

Таблица 2.1. Некоторые ошибки системных вызовов

Код ошибки и сообщение	Описание
E2BIG Arg list too long	Размер списка аргументов, переданных системному вызову exec(2), плюс размер экспортируемых переменных окружения превышает ARG_MAX байт
EACCESS Permission denied	Попытка доступа к файлу с недостаточными правами для данного класса (определяемого эффективным UID и GID процесса и соответствующими идентификаторами файла)
EAGAIN Resource temporarily unavailable	Превышен предел использования некоторого ресурса, например, переполнена таблица процессов или пользователь превысил ограничение по количеству процессов с одинаковым UID. Причиной также может являться недостаток памяти или превышение соответствующего ограничения (см. раздел "Ограничения" далее в этой главе)
EALREADY Operation already in progress	Попытка операции с неблокируемым объектом, уже обслуживающим некоторую операцию
EBADF Bad file number	Попытка операции с файловым дескриптором, не адресующим никакой файл; также попытка операции чтения или записи с файловым дескриптором, полученным при открытии файла на запись или чтение, соответственно
EBADFD File descriptor in bad state	Файловый дескриптор не адресует открытый файл или попытка операции чтения с файловым дескриптором, полученным при открытии файла только на запись
EBUSY Device busy	Попытка монтирования устройства (файловой системы), которое уже примонтировано; попытка размонтировать файловую систему, имеющую открытые файлы; попытка обращения к недоступным ресурсам (семафоры, блокираторы и т.п.)
ECHILD No child processes	Вызов функции wait(2) процессом, не имеющим дочерних процессов или процессов, для которых уже был сделан вызов wait(2)
EDQUOT Disk quota exceeded	Попытка записи в файл, создание каталога или файла при превышении квоты пользователя на дисковые блоки, попытка создания файла при превышении пользовательской квоты на число inode
EEXIST File exists	Имя существующего файла использовано в недопустимом контексте, например, сделана попытка создания символической связи с именем уже существующего файла
EFAULT Bad address	Аппаратная ошибка при попытке использования системой аргумента функции, например, в качестве указателя передан недопустимый адрес
EFBIG File too large	Размер файла превысил установленное ограничение RLIMIT_FSIZE или максимально допустимый размер для данной файловой системы (см. раздел "Ограничения" далее в этой главе)
EINPROGRESS Operation now in progress	Попытка длительной операции (например, установление сетевого соединения) для неблокируемого объекта
EINTR Interrupted system call	Получение асинхронного сигнала, например, сигнала SIGINT или SIGQUIT, во время обработки системного вызова. Если выполнение процесса будет продолжено после обработки сигнала, прерванный системный вызов завершится с этой ошибкой
EINVAL Invalid argument	Передача неверного аргумента системному вызову. Например, размонтирование устройства (файловой системы), которое не было примонтировано. Другой пример — передача номера несуществующего сигнала системному вызову kill(2)
EIO I/O error	Ошибка ввода/вывода физического устройства
EISDIR Is a directory	Попытка операции, недопустимой для каталога, например, запись в каталог с помощью вызова write(2)
ELOOP Number of symbolic links encountered during path name traversal exceeds MAXSYMLINKS	При попытке трансляции имени файла было обнаружено недопустимо большое число символических связей, превышающее значение MAXSYMLINKS
EMFILE Too many open files	Число открытых файлов для процесса превысило максимальное значение OPEN_MAX
ENAMETOOLONG File name too long	Длина полного имени файла (включая путь) превысила максимальное значение PATH_MAX
ENFILE File table overflow	Переполнение файловой таблицы
ENODEV No such device	Попытка недопустимой операции для устройства. Например, попытка чтения устройства только для записи или операция для несуществующего устройства
ENOENT No such file or directory	Файл с указанным именем не существует или отсутствует каталог, указанный в полном имени файла
ENOEXEC Exec format error	Попытка запуска на выполнение файла, который имеет права на выполнение, но не является файлом допустимого исполняемого формата
ENOMEM Not enough space	При попытке запуска программы (exec(2)) или размещения памяти (brk(2)) размер запрашиваемой памяти превысил максимально возможный в системе
ENOMSG No message of desired type	Попытка получения сообщения определенного типа, которого не существует в очереди (см. раздел "Сообщения" в главе 3)
ENOSPC No space left on device	Попытка записи в файл или создания нового каталога при отсутствии свободного места на устройстве (в файловой системе)
ENOSR Out of stream resources	Отсутствие очередей или головных модулей при попытке открытия устройства STREAMS. Это состояние является временным. После освобождения соответствующих ресурсов другими процессами операция может пройти успешно
ENOSTR Not a stream device	Попытка применения операции, определенной для устройств типа STREAMS (например системного вызова putmsg(2) или getmsg(2)), для устройства другого типа
ENOTDIR Not a directory	В операции, предусматривающей в качестве аргумента имя каталога, было указано имя файла другого типа (например, в пути для полного имени файла)
ENOTTY Inappropriate ioctl for device	Попытка системного вызова ioctl(2) для устройства, которое не является символьным
EPERM Not owner	Попытка модификации файла, способом, разрешенным только владельцу и суперпользователю и запрещенным остальным пользователям. Попытка операции, разрешенной только суперпользователю
EPIPE Broken pipe	Попытка записи в канал (pipe), для которого не существует процесса, принимающего данные. В этой ситуации процессу обычно отправляется соответствующий сигнал. Ошибка возвращается при игнорировании сигнала
EROFS Read-only file system	Попытка модификации файла или каталога для устройства (файловой системы), примонтированного только на чтение
ESRCH No such process	Процесс с указанным PID не существует в системе