Операционная система UNIX

Робачевский Андрей Михайлович

Работа с файлами

В среде программирования UNIX существуют два основных интерфейса для файлового ввода/вывода:

1. Интерфейс системных вызовов, предлагающий системные функции низкого уровня, непосредственно взаимодействующие с ядром операционной системы.

2. Стандартная библиотека ввода/вывода, предлагающая функции буферизованного ввода/вывода.

Второй интерфейс является "надстройкой" над интерфейсом системных вызовов, предлагающей более удобный способ работы с файлами.

В следующих разделах будут рассмотрены:

 оба интерфейса, и особенно первый, поскольку именно он представляет набор базовых услуг ядра;

 программный интерфейс управления жесткими и символическими связями файла;

 функции изменения владельцев файла и прав доступа;

 метаданные файла;

 пример программы, выводящей на экран наиболее существенную информацию о файле, подобно тому, как это делает утилита ls(1).

Основные

системные функции для работы с файлами

В табл. 2.7 приведены основные системные функции работы с файлами, являющиеся образами системных вызовов в программе С.

Функции более высокого уровня, предлагаемые стандартной библиотекой ввода/вывода, которые в конечном счете используют описанные здесь системные вызовы, рассматриваются в следующем разделе.

Таблица 2.7. Основные системные функции работы с файлами

Системная функция	Описание
open(2)	Служит для получения доступа на чтение и/или запись к указанному файлу. Если файл существует, он открывается, и процессу возвращается файловый дескриптор, адресующий дальнейшие операции с файлом. Если файл не существует, он может быть создан
creat(2)	Служит для создания файла
close(2)	Закрывает файловый дескриптор, связанный с предварительно открытым файлом
dup(2)	Возвращает дубликат файлового дескриптора
dup2(2)	Возвращает дубликат файлового дескриптора, но позволяет явно указать его значение
lseek(2)	Устанавливает файловый указатель на определенное место файла. Дальнейшие операции чтения/записи будут производиться, начиная с этого смещения
read (2)	Производит чтение указанного количества байтов из файла
readv(2)	Производит несколько операций чтения указанного количества байтов из файла
write(2)	Производит запись указанного количества байтов в файл
writev(2)	Производит несколько операций записи указанного количества байтов в файл
pipe(2)	Создает коммуникационный канал, возвращая два файловых дескриптора
fcntl(2)	Обеспечивает интерфейс управления открытым файлом

Кратко рассмотрим каждую из этих функций.

Функция open(2)

Открывает указанный файл для чтения или записи и имеет следующий вид:

#include <fcntl.h>

int open(const char *path, int oflag, mode_t mode);

Первый аргумент (

path

) является указателем на имя файла. Это имя может быть как абсолютным (начинающимся с корневого каталога /), так и относительным (указанным относительно текущего каталога). Аргумент

oflag

указывает на режим открытия файла и представляет собой побитное объединение флагов, приведенных в табл. 2.8, с помощью операции ИЛИ. Напомним, что если права доступа к файлу не разрешают указанного режима работы с файлом, операция открытия файла будет запрещена, и функция open(2) завершится с ошибкой (

errno=EACCESS

). Аргумент mode, определяющий права доступа к файлу, используется только при создании файла (как показано в табл. 2,8, функция open(2) может использоваться и для создания файла) и рассматривается при описании функции creat(2) в разделе "Права доступа" этой главы.

Таблица 2.8. Флаги, определяющие режим открытия файла

Флаг	Описание
O_RDONLY	Открыть файл только для чтения
O_WRONLY	Открыть файл только для записи
O_RDWR	Открыть файл для чтения и записи
O_APPEND	Производить добавление в файл, т.е. устанавливать файловый указатель на конец файла перед каждой записью в файл
O_CREAT	Если указанный файл уже существует, этот флаг не принимается во внимание. В противном случае, создается файл, атрибуты которого установлены по умолчанию (см. разделы "Владельцы файлов" и "Права доступа к файлу" в главе 1), или с помощью аргумента mode
O_EXCL	Если указан совместно с O_CREAT, то вызов open(2) завершится с ошибкой, если файл уже существует
O_NOCTTY	Если указанный файл представляет собой терминал, не позволяет ему стать управляющим терминалом
O_SYNC	Все записи в файл, а также соответствующие им изменения в метаданных файла будут сохранены на диске до возврата из вызова write(2)
O_TRUNC	Если файл существует и является обычным файлом, его длина будет установлена равной 0
O_NONBLOCK	Изменяет режим выполнения операций read(2) и write(2) для этого файла на неблокируемый. При невозможности произвести запись или чтение, например, если отсутствуют данные, соответствующие вызовы завершатся с ошибкой EAGAIN

Если операция открытия файла закончилась удачно, то будет возвращен файловый дескриптор — указатель на файл, использующийся в последующих операциях чтения, записи и т.д. Значение файлового дескриптора определяется минимальным свободным слотом в таблице дескрипторов процесса. Так, если дескрипторы 0 и 2 уже заняты (указывают на открытые файлы), вызов open(2) возвратит значение 1. Это свойство может быть использовано в коде командного интерпретатора при перенаправлении потоков ввода-вывода.

$ runme >/home/andrei/run.log

Фрагмент кода

...

/* Закроем ассоциацию стандартного потока вывода (1)

с файлом (терминалом) */

close(1);

/* Назначим стандартный поток вывода в файл /home/andrei/run.log.

Поскольку файловый дескриптор 1 свободен, мы можем рассчитывать

на его получение. */

fd = open("/home/andrei/run.log",

 O_WRONLY | O_CREATE | O_TRUNC);

...

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).