Системное программирование в среде Windows
Шрифт:
• Исключить материал, учитывающий специфику ОС Windows 95, Windows 98 и Windows ME (семейство "Windows 9x"), как устаревший, поскольку на поставляемых в настоящее время персональных системах устанавливается Windows XP, и ограничения, свойственные Windows 9х, уже потеряли свою актуальность. [1] В примерах программ без каких бы то ни было оговорок используются средства, которые входят лишь в текущие версии Windows, хотя в результате этого в Windows 9x некоторые программы работать не будут.
1
Тем не менее, в тех местах
• Предоставить более полное освещение темы потоков и синхронизации, включая связанные с этим аспекты производительности, масштабируемости и надежности. Глава 9, равно как и некоторые из примеров в главе 10, являются новыми.
• Подчеркнуть все возрастающее влияние Windows 2000 и Windows Server 2003 и входящих в их состав новых средств на возможности высокопроизводительных, масштабируемых, многопоточных серверных приложений.
• Исследовать зависимость производительности программ от принципов их построения, обратив особое внимание на многопоточные программы с синхронизацией и на особенности эксплуатации этих программ в условиях симметричных многопроцессорных (Symmetrical Multiprocessor, SMP) систем.
• Учесть замечания читателей и студентов, касающиеся исправления недочетов и улучшения стиля изложения, а также все их советы и пожелания, как важные, так и самые незначительные.
Как организована эта книга
Расположение глав соответствует их тематической направленности, и поэтому сначала рассматриваются средства, необходимые для работы исключительно однопоточных приложений, затем средства, используемые для управления процессами и потоками, и лишь после этого обсуждаются вопросы сетевого программирования в среде с многопоточной поддержкой. Благодаря такой организации книги читателю будет легко следить за логикой изложения, последовательно переходя от файловых систем к управлению памятью и отображению файлов, далее — к процессам, потокам и синхронизации, а затем — к межпроцессному и сетевому взаимодействию и вопросам защиты приложений. Кроме того, такая организация позволяет естественным образом достраивать примеры по мере их усложнения, во многом подобно тому, как действует разработчик, когда сначала создает простой прототип, а затем постепенно вводит в него дополнительные возможности. Рассмотрение вопросов повышенной сложности, таких как асинхронный ввод/вывод и проблемы защиты, перенесено в самый конец книги.
В пределах каждой главы, после краткого обсуждения отдельной функциональности, например, управления процессами или отображения файлов, подробно рассматриваются наиболее важные из соответствующих функций Windows и их взаимосвязь между собой. Изложение сопровождается иллюстративными примерами. В основной текст включены лишь наиболее существенные части листингов программ; полные тексты программ, а также необходимые включаемые файлы, вспомогательные функции и прочий код приведены в приложении А или доступны на Web-сайте книги . Во всех случаях, когда какие-либо возможности поддерживаются только текущими версиями Windows (XP, 2000 и Server 2003) и не поддерживаются предыдущими, например, Windows 9x и Windows NT, в которых не реализованы многие из усовершенствованных возможностей, делаются отдельные оговорки. В каждой главе приводится список дополнительной рекомендованной литературы и предлагается несколько упражнений. Многие упражнения акцентируют внимание на вопросах, которые имеют важное значение и представляют определенный интерес, но не были отражены в основном тексте, тогда как другие упражнения заставляют читателя глубже разобраться в темах более сложного или специального характера.
В главе 1 предлагается высокоуровневое
В главах 2 и 3 рассматриваются файловые системы, операции консольного ввода/вывода, блокирование файлов и управление каталогами. В главе 2 также рассказывается о кодировке Unicode — расширенном символьном наборе, который используется в Windows. Соответствующие иллюстративные примеры охватывают последовательный и прямой доступ к содержащимся в файле данным, обход дерева каталогов и архивирование файлов. Глава 3 заканчивается обсуждением программного управления реестром, имеющего много общего с управлением файлами и каталогами.
Глава 4 знакомит читателя с обработкой исключений в Windows, включая структурную обработку исключений (Structured Exception Handling, SEH), которая будет широко использоваться на протяжении всей книги. Во многих книгах изучение SEH откладывается до последних глав, однако мы, ознакомившись с этим средством уже на начальной стадии, получим возможность сразу же пользоваться им, что значительно упростит для нас некоторые задачи программирования и позволит повысить качество программ. Кроме того, здесь описано также одно из новейших средств — векторная обработка исключений.
В главе 5 рассмотрены вопросы управления памятью в Windows и показано, каким образом отображение файлов используется не только для упрощения программирования, но и для повышения производительности программ. В этой же главе рассмотрена организация библиотек DLL.
В главе 6 приводятся начальные сведения о процессах, управлении процессами и простых методах синхронизации в Windows. Далее в главе 7 эти понятия используются для описания управления потоками. Примеры в каждой из глав иллюстрируют многочисленные преимущества, включая упрощение программ и повышение их производительности, которые обеспечивает использование потоков и процессов.
Главы 8, 9 и 10 предлагают углубленный анализ одного из наиболее мощных средств Windows — синхронизации потоков. Синхронизация — сложная тема, и поэтому в данных главах содержатся многочисленные примеры и описания вполне понятных моделей, которые должны помочь читателю в полной мере воспользоваться преимуществами потоков для повышения эффективности программирования и производительности программ и вместе с тем обойти множество подводных камней. В эти главы включен новый материал, охватывающий вопросы повышения производительности и масштабируемости, что приобретает особое значение при создании серверных приложений, включая те из них, которые предположительно должны выполняться на SMP-системах.
Главы 11 и 12 посвящены межпроцессным и межпоточным взаимодействиям, а также сетевому программированию. В главе 11 главное внимание уделено средствам, являющимся частью Windows, а именно, анонимным каналам, именованным каналам и почтовым ящикам. В главе 12 обсуждаются сокеты Windows (Windows Sockets), обеспечивающие возможность взаимодействия с системами, не входящими в семейство Windows, посредством стандартных протоколов, главным образом, TCP/IP. И хотя интерфейс Windows Sockets, строго говоря, не является частью Windows API, он способен обеспечивать связь и взаимодействие через сети и Internet, так что предмет рассмотрения данной главы согласуется с остальной частью книги. На примере многопоточной клиент-серверной системы проиллюстрировано, каким образом можно обеспечить межпроцессное взаимодействие наряду с потоками.