Операционная система UNIX

Робачевский Андрей Михайлович

ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte);

#include <sys/types.h>

#include <sys/uio.h>

ssize_t readv(int fildes, struct iovec *iov, int iovcnt);

Аргументы, передаваемые функции read(2), указывают, что следует считать

nbyte

байт из файла, связанного с дескриптором

fildes

, начиная с текущего значения файлового указателя. Считанные данные помещаются в буфер приложения, указатель на который передается в аргументе

buf

. После завершения операции значение файлового указателя будет увеличено на

nbyte

.

Функция readv(2) позволяет выполнить

iovcnt

последовательных операций чтения за одно обращение к readv(2). Аргумент

iov

указывает на массив структур, каждый элемент которого имеет вид:

struct {

 void *iov_base;

Указатель на начало буфера

 size_t iov_len;

Размер буфера

} iovec;

Функция readv(2) считывает данные из файла и последовательно размещает их в нескольких буферах, определенных массивом

iov

. Такой характер работы, проиллюстрированный на рис. 2.8, получил название scatter read (от scatter (англ.) — разбрасывать). Общее число считанных байт в нормальной ситуации равно сумме размеров указанных буферов.

Рис. 2.8. Чтение файла с использованием нескольких буферов

Функции write(2) и writev(2)

Функции write(2) и writev(2) очень похожи на функции read(2) и readv(2), но используются для записи данных в файл. Функции имеют следующий вид:

#include <unistd.>

ssize_t write(int fildes, void *buf, size_t nbyte);

#include <sys/types.h>

#include <sys/uio.h>

ssize_t writev(int fildes, struct iovec *iov, int iovcnt);

Аргументы, передаваемые функции write(2), указывают, что следует записать

nbyte

байт в файл, связанный с дескриптором

fildes

, начиная с текущего значения файлового указателя. Данные для записи находятся в буфере приложения, указанном аргументом

buf

. После завершения операции значение файлового указателя будет увеличено на

nbyte

.

Аналогично функции readv(2), функция writev(2) позволяет выполнить

iovcnt

последовательных операций записи за одно обращение к writev(2).

Такая операция ввода/вывода получила название gather (собирать), а функции ввода/вывода, использующие набор буферов, — общее название scatter-gather.

Функция pipe(2)

Функция pipe(2) служит для создания однонаправленного (симплексного) канала (также называемого анонимным каналом) обмена данными между двумя родственными процессами. Дело в том, что только родственные процессы (например, родительский и дочерний) имеют возможность получить доступ к одному и тому же каналу. Этот аспект станет более понятным в ходе обсуждения в разделе "Создание и управление процессами" далее в этой главе. Функция имеет вид:

#include <unistd.h>

int pipe(int fildes[2]);

Функция возвращает два файловых дескриптора в массиве

fildes[]

, причем

fildes[0]

служит для чтения данных из канала, a

fildes[1]

— для записи данных в канал.

Каналы являются одним из способов организации межпроцессного взаимодействия и будут подробно рассмотрены в главе 3. В качестве примера использования pipe(2) можно привести возможность командного интерпретатора — создание программных каналов, рассмотренное в главе 1.

Отметим, что буферизация данных в канале стандартно осуществляется путем выделения дискового пространства в структуре файловой системы. Таким образом, чтение и запись в канал связаны с дисковым вводом/выводом, что, безусловно, сказывается на производительности этого механизма. Современные операционные системы наряду с более совершенными средствами межпроцессного взаимодействия предлагают и более эффективные механизмы каналов. Так, например, SCO UNIX (OpenServer 5.0) обеспечивает работу каналов через специальную файловую систему — HPPS (High Performance Pipe System). С помощью HPPS

данные буферизуются в оперативной памяти, что существенно ускоряет операции записи и чтения.

Функция fcntl(2)

После открытия файла и получения ссылки на него в виде файлового дескриптора процесс может производить различные файловые операции. Функция fcntl(2) позволяет процессу выполнить ряд действий с файлом, используя его дескриптор, передаваемый в качестве первого аргумента:

#include <fcntl.h>

int fcntl (int fildes, int cmd, ...);

Функция fcntl(2) выполняет действие cmd с файлом, а возможный третий аргумент зависит от конкретного действия:

F_DUPFD	Разместить новый файловый дескриптор, значение которого больше или равно значению третьего аргумента. Новый файловый дескриптор будет указывать на тот же открытый файл, что и fildes . Действие аналогично вызову функции dup(2) или dup2(2): fddup = fcntl(fd, F_DUPFD, fildes2)
F_GETFD	Возвратить признак сохранения дескриптора при запуске новой программы (выполнении системного вызова exec(2)) — флаг close-on-exec ( FD_CLOEXEC ). Если флаг установлен, то при вызове exec(2) файл, ассоциированный с данным дескриптором, будет закрыт
F_SETFD	Установить флаг close-on-exec согласно значению, заданному третьим аргументом
F_GETFL	Возвратить режим доступа к файлу, ассоциированному с данным дескриптором. Флаги, установленные в возвращаемом значении, полностью соответствуют режимам открытия файла, задаваемым функции open(2). Их значения приведены в табл. 2.8. Рассмотрим пример: oflags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); /* Выделим биты, определяющие режим доступа */ accbits = oflags & O_ACCMODE; if (accbits == O_RDONLY) printf("Файл открыт только для чтения\n"); else if (accbits == O_WRONLY) printf("Файл открыт только для записи\n"); else if (accbits == O_RDWR) printf("Файл открыт для чтения и записи\n");
F_SETFL	Установить режим доступа к файлу согласно значению, переданному в третьем аргументе. Могут быть изменены только флаги O_APPEND , O_NONBLOCK , O_SYNC и O_ASYNC .
F_GETLK	Проверить существование блокирования записи файла. Блокирование записи, подлежащее проверке, описывается структурой flock , указатель на которую передается в качестве третьего аргумента. Если существующие установки не позволяют выполнить блокирование, определенное структурой flock, последняя будет возвращена с описанием текущего блокирования записи. Данная команда не устанавливает блокирование, а служит для проверки его возможности. Более подробно блокирование записей описано в главе 4, в разделе "Блокирование доступа к файлу".
F_SETLK	Установить блокирование записи файла. Структура flock описывает блокирование, и указатель на нее передается в качестве третьего аргумента. При невозможности блокирования fcntl(2) возвращается С ошибкой EACCESS или EAGAIN .
F_SETLKW	Аналогично предыдущему, но при невозможности блокирования по причине уже существующих блокировок, процесс переходит в состояние сна, ожидая, пока последние будут освобождены. Последняя буква W в названии действия означает wait (ждать).

Стандартная библиотека ввода/вывода

Функции, которые мы только что рассмотрели представляют интерфейс ввода/вывода между приложениями и ядром операционной системы. Хотя их использование напоминает использование библиотечных функций С, по существу они представляют собой лишь "обертки" к функциям ядра UNIX, фактически выполняющим операции ввода/вывода.

Однако программисты редко используют этот интерфейс низкого уровня, предпочитая возможности, предоставляемые стандартной библиотекой ввода/вывода. Функции этой библиотеки обеспечивают буферизованный ввод/вывод и более удобный стиль программирования. Для использования функций этой библиотеки в программу должен быть включен файл заголовков <stdio.h>. Эти функции входят в стандартную библиотеку С (libc.so или libc.a), которая, как правило, подключается по умолчанию на этапе связывания.