Страница:
ляющая строка будет вторым аргументом.
Указатели файлов stdin и stdout заранее определены в
библиотеке ввода-вывода как стандартный ввод и стандартный
вывод; они могут быть использованы в любом месте, где можно
использовать объект типа FILE *. Они, однако, являются конс-
тантами, а не переменными, так что их нельзя изменять.
Функция fclose является обратной по отношению к fopen;
она разрывает связь между указателем файла и внешним именем,
установленную функцией fopen, и высвобождает указатель файла
для другого файла. В операционной системе имеются ограниче-
ния на число одновременно открытых файлов, которыми может
распоряжаться программа. Функция fclose закрывает файл, а
также вызывает выдачу информации из буфера, в котором putc
собирает вывод (при нормальном завершении программы функция
fclose вызывается автоматически для каждого открытого
файла).
При печати диагностических сообщений желательно, чтобы
они поступали на терминал, даже если стандартный вывод пос-
тупает в некоторый файл или в межпроцессный канал.
Чтобы лучше обрабатывать такую ситуацию, к программе
точно таким же образом, как stdin и stdout, автоматически
присоединяется второй выходной файл, называемый stderr. Если
это вообще возможно, вывод, записанный в файле stderr, появ-
ляется на терминале пользователя, даже если стандартный
вывод направляется в другое место (на самом деле имеется
возможность направить такие сообщения в файл, но этого не
происходит при простом перенаправлении стандартного вывода).
Программа может также использовать функцию exit из
стандартной библиотеки, обращение к которой вызывает завер-
шение выполнения программы. Аргумент функции exit доступен
программе, вызвавшей программу пользователя в качестве под-
задачи, так что она может проверить успешное или неудачное
завершение данной программы. По соглашению, величина 0 в
качестве возвращаемого значения свидетельствует о том, что
все в порядке, а различные ненулевые значения являются приз-
наками ненормальных ситуаций.
Функция exit вызывает функцию fclose для каждого откры-
того выходного файла, с тем чтобы вывести всю помещенную в
буферы выходную информацию, а затем вызывает функцию _exit.
Функция _exit приводит к немедленному завершению без очистки
-61-
каких-либо буферов; конечно, при желании к этой функции
можно обратиться непосредственно.
Стандартная библиотека содержит функцию fgets. В
результате обращения
fgets(line, maxline, fp)
следующая строка ввода (включая символ новой строки) считы-
вается из файла fp в символьный массив line; самое большее
maxline-1 символ будет прочитан. Результирующая строка
заканчивается символом \0. Обычно функция fgets возвращает
line; в конце файла она возвращает NULL.
Предназначенная для вывода функция fputs записывает
строку (которая не обязана содержать символ новой строки) в
файл:
fputs(line, fp)
Функции gets и puts являются упрощенными вариантами
fgets и fputs, которые работают с файлами стандартного
ввода и вывода и не проверяют длину строки; gets не записы-
вает символ новой строки в память, а puts дописывает этот
символ в файл в конце строки:
gets(line)
puts(line)
Стандартная библиотека содержит функцию, возвращающую
последний считанный символ. В результате обращения
ungetc(c,fp)
символ c возвращается в файл fp. Позволяется возвращать в
каждый файл только один символ.
Стандартная библиотека предоставляет множество разнооб-
разных функций, некоторые из которых оказываются особенно
полезными.
Функция calloc служит для запросов памяти. В резуль-
тате обращения
-62-
calloc(n, sizeof(objеct))
возвращается либо указатель пространства, достаточного для
размещения n объектов указанного размера, либо NULL, если
запрос не может быть удовлетворен. Отводимая память инициа-
лизируется нулевыми значениями. Функция malloc делает то же
самое, но память задается в байтах:
malloc(size)
Указатель обладает нужным для рассматриваемых объектов
выравниванием, но ему следует приписывать соответствующий
тип, как в следующем примере
char *calloc();
int *ip;
ip=(int*) calloc(n,sizeof(int));
Функция free(p) освобождает пространство, на которое
указывает p, причем указатель p первоначально должен быть
получен в результате обращения к calloc. Здесь нет никаких
ограничений на порядок освобождения пространства, но осво-
бождение чего либо, не полученного с помощью calloc или mal-
loc, приводит к тяжелым ошибкам.
В стандартную библиотеку функций на языке Си входит,
помимо описанных, множество самых разных функций. Подробное
описание их приведено в руководстве программисту по ОС
ДЕМОС, часть 4 (библиотечные функции), и в оперативной доку-
ментации (man(3)). Ниже в скобках приведены названия разде-
лов оперативной документации, в которых имеются соответству-
ющие описания:
- операции со строками (string);
- преобразование данных без sscanf и sprintf" (atoi,
itoa, atof, ftoa);
- математические функции (sin, exp, ...);
- проверка и преобразование символов (ctype);
- и многое другое.
-63-
В операционной системе ДЕМОС программы могут состоять
из одного или нескольких модулей, написанных на языках Си,
Фортран-77, Ассемблер. Для трансляции и сборки программ на
языке Си служит команда cc. В простейшем случае трансляция
осуществляется по команде:
cc файл1.c файл2.c ...
где файл1.c, файл2.c, ... - имена файлов, содержащих прог-
раммы на языке Си (имена таких файлов должны оканчиваться на
суффикс .c). Команда осуществляет трансляцию перечисленных
программ и их объединение редактором связей. Если трансля-
ция прошла без ошибок, создается исполняемый файл a.out,
который можно запустить на счет, введя команду:
a.out
(то есть набрав просто имя этого файла). Трансляцию часто
проводят в два этапа: сначала транслируют отдельные прог-
раммы, получая объектные модули, а затем объединяют их
вместе (в предыдущем примере это было сделано автоматически
командой cc). Раздельная трансляция выглядит примерно так:
cc файл1.c файл2.c ...
cc файлN.c файлN1.c ...
cc файл1.o файл2.o ... файлN.o ...
В более сложном случае программа может состоять из модулей
на разных языках, результат трансляции может быть записан в
файл, отличный от a.out, можно оттранслировать программу для
отладки с помощью отладчика cdeb, и т.п. Подробное описание
вызова компилятора имеется в руководстве программиста
(cc(1), ld(1)). В общем случае программы на Си запускаются
интерпретаторами shell или cshell командой:
имя_файла аргументы назначение_ввода_вывода
где любая часть, кроме имени файла, может отсутствовать.
Любая программа на Си в ОС ДЕМОС должна содержать
головную функцию с именем main. Работа программы начинается
с этой функции, причем информация о аргументах команды пере-
дается через ее формальные параметры.
Операционная система ДЕМОС позволяет передавать аргу-
менты команды начинающей выполняться программе. Когда функ-
ция main вызывается системой, она вызывается с двумя аргу-
ментами. Первый аргумент (типа int, условно называемый argc)
указывает число аргументов в командной строке, с которыми
-64-
происходит обращение к программе; второй аргумент (argv)
является указателем на массив символьных строк, содержащих
эти аргументы, по одному в строке.
Самую простую иллюстрацию этой возможности и необходи-
мых при этом описаний дает программа echo, которая просто
печатает в одну строку аргументы командной строки, разделяя
их пробелами. , Если дана команда
echo hello, world
то в результате получим:
hello, world
По соглашению argv[0] является именем, по которому
вызывается программа, так что argc по меньшей мере равен 1.
В приведенном выше примере argc равен 3, а argv[0], argv[1]
и argv[2] равны соответственно echo, hello, и world. Первым
фактическим агументом является argv[1], а последним -
argv[argc-1]. Если argc равен 1, то за именем программы не
следует никакой командной строки аргументов. Все это пока-
зано в echo:
main(argc, argv)
int argc;
char *argv[];
{
int i;
for (i = 1; i < argc; i++)
printf("%s%c", argv[i],
(i<argc-1) ? ' ' : '\n');
}
Поскольку argv является указателем на массив указателей, то
существует несколько способов написания этой программы,
использующих работу с указателем, а не с индексацией мас-
сива. Следующий пример демонстрирует другой вариант:
main(argc, argv)
int argc;
char **argv;
{
while (--argc > 0)
printf("%s%c",*++argv,
(argc > 1) ? ' ' : '\n');
}
Кроме строки аргументов, программа получает от системы
набор переменных, описывающих среду, в которой она выполня-
ется. Каждая переменная состоит из имени и значения
-65-
(текстовой строки). Например, переменная TERM передает тип
терминала, с которого программа запущена. Для запроса значе-
ния переменной по имени используется функция getenv:
char *getenv();
par = getenv("имя_переменной")
Функция возвращает указатель на строку - значение перемен-
ной, либо NULL, если имя не найдено в описании среды.
Все без исключения возможности операционной системы
ДЕМОС доступны из программ на языке Си. Материал этой главы
относится к интерфейсу между Си-программами и операционной
системой ДЕМОС. Материал делится на следующие части:
ввод/вывод, система файлов, процессы, сигналы. Предполага-
ется знание основных концепций ОС ДЕМОС, а также понятий
"файл", "процесс", "сигнал". Подробное описание системных
вызовов и соответствующих им функций из стандартной библио-
теке имеется в руководстве программиста по ОС ДЕМОС и в опе-
ративной документации (части 2 и 3). Например, если в опи-
сании говорится о функции popen(3), то подробное описание
следует искать в руководстве программиста, часть 4, или в
оперативной документации, часть 3; справку о функции можно
получить на терминал, набрав man 3 popen.
В описании библиотеки ввода/вывода был описан универ-
сальный интерфейс, который одинаков для всего многообразия
операционных систем. На каждой конкретной операционной сис-
теме функции стандартной библиотеки должны быть написаны в
терминах ввода-вывода, доступных на данной машине. В следую-
щих разделах описан набор функций ввода/вывода нижнего
уровня, поддерживаемых ядром операционной системы ДЕМОС.
В операционной системе ДЕМОС весь ввод и вывод осу-
ществляется посредством чтения файлов или их записи, потому
что все периферийные устройства, включая терминал пользова-
теля, являются файлами определенной файловой системы. Это
означает, что один однородный интерфейс управляет всеми свя-
зями между программой и периферийными устройствами.
В наиболее общем случае перед чтением из файла или
записью в файл необходимо сообщить системе о намерении сде-
лать это; этот процесс называется "открытием" файла. Система
выясняет, имеет ли программа право поступать таким образом
(существует ли этот файл? имеется ли разрешение на обраще-
ние к нему?), и если все в порядке, возвращает в программу
небольшое положительное целое число, называемое дескриптором
-66-
файла. Всякий раз, когда этот файл используется для ввода
или вывода, для идентификации файла употребляется дескриптор
файла, а не его имя (здесь существует примерная аналогия с
использованием read (5,...) и write (6,...) в Фортране). Вся
информация об открытом файле содержится в системе; программа
пользователя обращается к файлу только через дескриптор
файла.
Для удобства выполнения обычных операций ввода и вывода
с помощью терминала пользователя существуют специальные сог-
лашения. Когда интерпретатор команд (shell) прогоняет прог-
рамму, он открывает три файла, называемые стандартным вво-
дом, стандартным выводом и стандартным выводом ошибок, кото-
рые имеют соответственно числа 0, 1 и 2 в качестве дескрип-
торов этих файлов. В нормальном состоянии все они связаны с
терминалом, так что если программа читает с дескриптором
файла 0 и пишет с дескрипторами файлов 1 и 2, то она может
осуществлять ввод и вывод с помощью терминала, не заботясь
об открытии соответствующих файлов.
Пользователь программы может перенаправлять ввод и
вывод на файлы, используя в интерпретаторе команд символы <
и >:
prog < infile > outfile
В этом случае интерпретатор команд изменит определение
дескрипторов файлов 0 и 1 с терминала на указанные файлы.
Обычно дескриптор файла 2 остается связанным с терминалом,
так что сообщения об ошибках могут поступать туда. Подобные
замечания справедливы и тогда, когда ввод и вывод связан с
межпроцессным каналом. Следует отметить, что в этом случае
связь программы с файлами изменяется интерпретатором shell
(или cshell), а не программой. Сама программа, пока она
использует файл 0 для ввода и файлы 1 и 2 для вывода, не
знает ни откуда приходит ее ввод, ни куда поступает ее
выдача.
Самый низкий уровень ввода/вывода в системе ДЕМОС не
предусматривает ни какой-либо буферизации, ни какого-либо
другого сервиса; он по существу является непосредственным
обращением к операционной системе. Весь ввод и вывод осу-
ществляется двумя функциями: read и write. Первым аргумен-
том обеих функций является дескриптор файла. Вторым аргумен-
том является буфер в вашей программе, откуда или куда должны
поступать данные. Третий аргумент - это число подлежащих
пересылке байтов. Обращения к этим функциям имеют вид:
n_read=read(fd,buf,n);
n_written=write(fd,buf,n);
-67-
При каждом обращении возвращается счетчик байтов, указываю-
щий фактическое число переданных байтов. При чтении возвра-
щенное число байтов может оказаться меньше, чем запрошенное
число. Возвращенное нулевое число байтов означает конец
файла, а "-1" указывает на наличие какой-либо ошибки. При
записи возвращенное значение равно числу фактически записан-
ных байтов; несовпадение этого числа с числом байтов, кото-
рое предполагалось записать, обычно свидетельствует об
ошибке.
Количество байтов, подлежащих чтению или записи, может
быть совершенно произвольным. Двумя самыми распространенными
величинами являются "1", что означает передачу одного сим-
вола за обращение (т.е. без использования буфера), и "512",
что соответствует физическому размеру блока на многих пери-
ферийных устройствах. Этот последний размер будет наиболее
эффективным, но даже ввод или вывод по одному символу за
обращение не будет слишком дорогим.
Пример. Копирование ввода на вывод. В системе ДЕМОС
эта программа будет копировать что угодно куда угодно,
потому что ввод и вывод могут быть перенаправлены на любой
файл или устройство.
#define BUFSIZE 512
main() /*copy input to output*/
{
char buf[BUFSIZE];
int n;
while((n=read(0,buf,BUFSIZE))>0)
write(1,buf,n);
}
Если размер файла не будет кратен BUFSIZE, то при очередном
обращении к read будет возвращено меньшее число байтов,
которые затем записываются с помощью write; при следующем
после этого обращении к read будет возвращен нуль.
Во всех случаях, если только не используются определен-
ные по умолчанию стандартные файлы ввода, вывода и ошибок,
вы должны явно открывать файлы, чтобы затем читать из них
или писать в них. Для этой цели существуют две функции: open
и creat.
Функция open весьма сходна с функцией fopen, рассмот-
ренной выше, за исключением того, что вместо возвращения
указателя файла она возвращает дескриптор файла, который
является просто целым типа int.
int fd;
fd=open(name,rwmode);
-68-
Как и в случае fopen, аргумент name является символьной
строкой, соответствующей внешнему имени файла. Однако аргу-
мент, определяющий режим доступа, отличен: rwmode равно: 0 -
для чтения, 1 - для записи, 2 - для чтения и записи. Если
происходит какая-то ошибка, функция open возвращает "-1"; в
противном случае она возвращает неотрицательный дескриптор
файла.
Попытка открыть файл, который не существует, является
ошибкой. Функция creat предоставляет возможность создания
новых файлов или перезаписи старых. В результате обращения:
fd=creat(name,pmode);
возвращает дескриптор файла, если оказалось возможным соз-
дать файл с именем name, и "-1" в противном случае. Созда-
ние файла, который уже существует, не является ошибкой:
creat усечет его до нулевой длины.
Если файл ранее не существовал, то creat создает его с
определенным режимом защиты, специфицируемым аргументом
pmode. В системе файлов ОС ДЕМОС с файлом связываются девять
битов защиты информации, которые управляют разрешением на
чтение, запись и выполнение для владельца файла, для группы
владельцев и для всех остальных пользователей. Таким обра-
зом, трехзначное восьмеричное число наиболее удобно для
записи режима защиты. Например, число 0755 свидетельствует о
разрешении на чтение, запись и выполнение для владельца и о
разрешении на чтение и выполнение для группы и всех осталь-
ных.
Существует ограничение (обычно 15 - 25) на количество
файлов, которые программа может иметь открытыми одновре-
менно. В соответствии с этим любая программа, собирающаяся
работать со многими файлами, должна быть подготовлена к пов-
торному использованию дескрипторов файлов. Процедура close
прерывает связь между дескриптором файла и открытым файлом и
освобождает дескриптор файла для использования с другим фай-
лом. Завершение выполнения программы через exit или в
результате возврата из головной функции приводит к закрытию
всех открытых файлов.
Функция удаления unlink(filename) удаляет из системы
файл с именем filename (Точнее, удаляет имя filename, файл
удаляется, если на него не остается ссылок под другими име-
нам).
Обычно при работе с файлами ввод и вывод осуществляется
последовательно: при каждом обращении к функциям read и
write чтение или запись начинаются с позиции, непосредст-
венно следующей за предыдущей обработанной. Но при
-69-
необходимости файл может читаться или записываться в любом
произвольном порядке. Обращение к системе с помощью функции
lseek позволяет передвигаться по файлу, не производя факти-
ческого чтения или записи. В результате обращения
lseek(fd,offset,origin);
текущая позиция в файле с дескриптором fd передвигается на
позицию offset (смещение), которая отсчитывается от места,
указываемого аргументом origin (начало отсчета). Последующее
чтение или запись будут теперь начинаться с этой позиции.
Аргумент offset имеет тип long; fd и origin имеют тип int.
Аргумент origin может принимать значения 0, 1 или 2, указы-
вая на то, что величина offset должна отсчитываться соот-
ветственно от начала файла, от текущей позиции или от конца
файла. Например, чтобы дополнить файл, следует перед записью
найти его конец:
lseek(fd,0l,2);
чтобы вернуться к началу, можно написать:
lseek(fd,0l,0);
Обратите внимание на аргумент 0l; его можно было бы записать
и в виде (long) 0.
Функция lseek позволяет обращаться с файлами примерно
так же, как с большими массивами, только ценой более медлен-
ного доступа.
Пример. Функция, считывающая любое количество байтов, начи-
ная с произвольного места в файле.
/*читать n байтов с позиции pos в buf */
get(fd,pos,buf,n)
int fd, n;
long pos;
char *buf;
{
lseek(fd,pos,0); /*get to pos */
return(read(fd,buf,n));
}
В операционной системе ДЕМОС часто требуется вызвать из
программы и выполнить в виде отдельного процесса другую
программу. Следующий раздел описывает простейший способ
сделать это, а далее будут рассмотрены базовые средства
управления процессами, имеющиеся в ОС ДЕМОС.
-70-
Простейший способ вызвать другую программу - использо-
вать стандартную функцию system:
system("командная строка")
Функция имеет один параметр - строку, которую она анализи-
рует и выполняет точно так же, как выполняются команды, вво-
димые интерпретатором shell с терминала. Функция выполняет
команду и возвращает целое число - код ответа выполненной
команды (0, если все кончилось нормально). В командной
строке воспринимаются любые символы управления
вводом/выводом >, <, и т.п.
Следует учесть, что, если в программе вывод буферизу-
ется, то перед вызовом функции system необходимо вытолкнуть
буфера, например вызвав функцию fflush.
Вызов программы в ОС ДЕМОС осуществляется с помощью
нескольких элементарных функций, одна из которых - функция
execl - осуществляет вызов новой программы вместо уже выпол-
няющейся, без возврата в вызывающую программу. Обращение в
ней имеет вид:
execl(команда,арг0,арг1,...,аргN,NULL);
где "команда" - строка символов, точно именующая файл вызы-
ваемой команды. Например, для вызова команды pr необходимо
указать имя /bin/pr. Остальные аргументы также представляют
собой строки символов и просто передаются команде в качестве
аргументов, при этом арг0 обычно представляет собой просто
сокращенное имя команды, а остальные аргументы - параметры
данной команды.
Вызов execl в случае нормального запуска новой прог-
раммы заменяет ею текущую программу, управление из функции
execl возвращается только в случае ошибки (например, не най-
дена команда с указанным именем). В библиотеке имеется
целый набор функций, осуществляющих то же самое и отличаю-
щихся только представлением параметров (execl(2), execv(2),
execvp(2), ...) и тем, что некоторые функции осуществляют
поиск команды в стандартном наборе справочников.
Для того, чтобы запустить параллельно новую программу,
необходимо прежде всего уметь запускать параллельный про-
цесс. Для этого в ОС ДЕМОС служит функция "fork" (развет-
виться):
-71-
proc_id = fork()
Программа разделяется на две идентичные копии, которые про-
должают выполняться как два независимых процесса. Одна из
программ - процесс "сын" - получает от функции fork код
ответа 0, другая - "родитель" - получает номер, под которым
запущен процесс "сын". В простейшем случае для запуска
параллельной программы вызов fork комбинируется с execl сле-
дующим образом:
if( fork() == 0)
{ /* Это процесс - сын */
... настройка файлов ...
execl(... );
/*Сюда мы попадаем при ошибке в execl */
perror("Не могу запустить процесс");
exit(1);
}
... продолжение основной программы ...
Здесь программа после вызова fork анализирует, в каком про-
цессе ("родитель" или "сын") она выполняется и, в зависи-
мости от этого, ведет себя по разному. Если основная прог-
рамма должна ждать окончания "сына", то она должна вызвать
функцию wait:
int status;
...
if( fork() == 0)
{ ... execl(...); exit(1);
}
wait(&status));
Функция wait возвращает идентификатор процесса - "сына", и
засылает в переменную status код завершения этого процесса.
Код завершения состоит из двух частей - младшие 8 битов фор-
мируются системой и обозначают причину окончания процесса; в
случае нормального окончания по функции exit" они содержат
0. Старшие 8 битов в случае, если программа окончилась в
результате вызова exit, берутся из аргумента вызова функции
exit; обычно передается 0 при нормальном завершении и число,
отличное от нуля, в случае каких либо ошибок.
Ни fork, ни execl не затрагивают открытых файлов, после
fork ранее открытые файлы начинают использоваться обоими
процессами совместно, то есть используются одни и те же ука-
затели позиции чтения/записи. Если новому процессу требу-
ется передать какие то открытые файлы, или изменить файлы
стандартного ввода/вывода, настройка программы на эти файлы
Указатели файлов stdin и stdout заранее определены в
библиотеке ввода-вывода как стандартный ввод и стандартный
вывод; они могут быть использованы в любом месте, где можно
использовать объект типа FILE *. Они, однако, являются конс-
тантами, а не переменными, так что их нельзя изменять.
Функция fclose является обратной по отношению к fopen;
она разрывает связь между указателем файла и внешним именем,
установленную функцией fopen, и высвобождает указатель файла
для другого файла. В операционной системе имеются ограниче-
ния на число одновременно открытых файлов, которыми может
распоряжаться программа. Функция fclose закрывает файл, а
также вызывает выдачу информации из буфера, в котором putc
собирает вывод (при нормальном завершении программы функция
fclose вызывается автоматически для каждого открытого
файла).
При печати диагностических сообщений желательно, чтобы
они поступали на терминал, даже если стандартный вывод пос-
тупает в некоторый файл или в межпроцессный канал.
Чтобы лучше обрабатывать такую ситуацию, к программе
точно таким же образом, как stdin и stdout, автоматически
присоединяется второй выходной файл, называемый stderr. Если
это вообще возможно, вывод, записанный в файле stderr, появ-
ляется на терминале пользователя, даже если стандартный
вывод направляется в другое место (на самом деле имеется
возможность направить такие сообщения в файл, но этого не
происходит при простом перенаправлении стандартного вывода).
Программа может также использовать функцию exit из
стандартной библиотеки, обращение к которой вызывает завер-
шение выполнения программы. Аргумент функции exit доступен
программе, вызвавшей программу пользователя в качестве под-
задачи, так что она может проверить успешное или неудачное
завершение данной программы. По соглашению, величина 0 в
качестве возвращаемого значения свидетельствует о том, что
все в порядке, а различные ненулевые значения являются приз-
наками ненормальных ситуаций.
Функция exit вызывает функцию fclose для каждого откры-
того выходного файла, с тем чтобы вывести всю помещенную в
буферы выходную информацию, а затем вызывает функцию _exit.
Функция _exit приводит к немедленному завершению без очистки
-61-
каких-либо буферов; конечно, при желании к этой функции
можно обратиться непосредственно.
Стандартная библиотека содержит функцию fgets. В
результате обращения
fgets(line, maxline, fp)
следующая строка ввода (включая символ новой строки) считы-
вается из файла fp в символьный массив line; самое большее
maxline-1 символ будет прочитан. Результирующая строка
заканчивается символом \0. Обычно функция fgets возвращает
line; в конце файла она возвращает NULL.
Предназначенная для вывода функция fputs записывает
строку (которая не обязана содержать символ новой строки) в
файл:
fputs(line, fp)
Функции gets и puts являются упрощенными вариантами
fgets и fputs, которые работают с файлами стандартного
ввода и вывода и не проверяют длину строки; gets не записы-
вает символ новой строки в память, а puts дописывает этот
символ в файл в конце строки:
gets(line)
puts(line)
Стандартная библиотека содержит функцию, возвращающую
последний считанный символ. В результате обращения
ungetc(c,fp)
символ c возвращается в файл fp. Позволяется возвращать в
каждый файл только один символ.
Стандартная библиотека предоставляет множество разнооб-
разных функций, некоторые из которых оказываются особенно
полезными.
Функция calloc служит для запросов памяти. В резуль-
тате обращения
-62-
calloc(n, sizeof(objеct))
возвращается либо указатель пространства, достаточного для
размещения n объектов указанного размера, либо NULL, если
запрос не может быть удовлетворен. Отводимая память инициа-
лизируется нулевыми значениями. Функция malloc делает то же
самое, но память задается в байтах:
malloc(size)
Указатель обладает нужным для рассматриваемых объектов
выравниванием, но ему следует приписывать соответствующий
тип, как в следующем примере
char *calloc();
int *ip;
ip=(int*) calloc(n,sizeof(int));
Функция free(p) освобождает пространство, на которое
указывает p, причем указатель p первоначально должен быть
получен в результате обращения к calloc. Здесь нет никаких
ограничений на порядок освобождения пространства, но осво-
бождение чего либо, не полученного с помощью calloc или mal-
loc, приводит к тяжелым ошибкам.
В стандартную библиотеку функций на языке Си входит,
помимо описанных, множество самых разных функций. Подробное
описание их приведено в руководстве программисту по ОС
ДЕМОС, часть 4 (библиотечные функции), и в оперативной доку-
ментации (man(3)). Ниже в скобках приведены названия разде-
лов оперативной документации, в которых имеются соответству-
ющие описания:
- операции со строками (string);
- преобразование данных без sscanf и sprintf" (atoi,
itoa, atof, ftoa);
- математические функции (sin, exp, ...);
- проверка и преобразование символов (ctype);
- и многое другое.
-63-
В операционной системе ДЕМОС программы могут состоять
из одного или нескольких модулей, написанных на языках Си,
Фортран-77, Ассемблер. Для трансляции и сборки программ на
языке Си служит команда cc. В простейшем случае трансляция
осуществляется по команде:
cc файл1.c файл2.c ...
где файл1.c, файл2.c, ... - имена файлов, содержащих прог-
раммы на языке Си (имена таких файлов должны оканчиваться на
суффикс .c). Команда осуществляет трансляцию перечисленных
программ и их объединение редактором связей. Если трансля-
ция прошла без ошибок, создается исполняемый файл a.out,
который можно запустить на счет, введя команду:
a.out
(то есть набрав просто имя этого файла). Трансляцию часто
проводят в два этапа: сначала транслируют отдельные прог-
раммы, получая объектные модули, а затем объединяют их
вместе (в предыдущем примере это было сделано автоматически
командой cc). Раздельная трансляция выглядит примерно так:
cc файл1.c файл2.c ...
cc файлN.c файлN1.c ...
cc файл1.o файл2.o ... файлN.o ...
В более сложном случае программа может состоять из модулей
на разных языках, результат трансляции может быть записан в
файл, отличный от a.out, можно оттранслировать программу для
отладки с помощью отладчика cdeb, и т.п. Подробное описание
вызова компилятора имеется в руководстве программиста
(cc(1), ld(1)). В общем случае программы на Си запускаются
интерпретаторами shell или cshell командой:
имя_файла аргументы назначение_ввода_вывода
где любая часть, кроме имени файла, может отсутствовать.
Любая программа на Си в ОС ДЕМОС должна содержать
головную функцию с именем main. Работа программы начинается
с этой функции, причем информация о аргументах команды пере-
дается через ее формальные параметры.
Операционная система ДЕМОС позволяет передавать аргу-
менты команды начинающей выполняться программе. Когда функ-
ция main вызывается системой, она вызывается с двумя аргу-
ментами. Первый аргумент (типа int, условно называемый argc)
указывает число аргументов в командной строке, с которыми
-64-
происходит обращение к программе; второй аргумент (argv)
является указателем на массив символьных строк, содержащих
эти аргументы, по одному в строке.
Самую простую иллюстрацию этой возможности и необходи-
мых при этом описаний дает программа echo, которая просто
печатает в одну строку аргументы командной строки, разделяя
их пробелами. , Если дана команда
echo hello, world
то в результате получим:
hello, world
По соглашению argv[0] является именем, по которому
вызывается программа, так что argc по меньшей мере равен 1.
В приведенном выше примере argc равен 3, а argv[0], argv[1]
и argv[2] равны соответственно echo, hello, и world. Первым
фактическим агументом является argv[1], а последним -
argv[argc-1]. Если argc равен 1, то за именем программы не
следует никакой командной строки аргументов. Все это пока-
зано в echo:
main(argc, argv)
int argc;
char *argv[];
{
int i;
for (i = 1; i < argc; i++)
printf("%s%c", argv[i],
(i<argc-1) ? ' ' : '\n');
}
Поскольку argv является указателем на массив указателей, то
существует несколько способов написания этой программы,
использующих работу с указателем, а не с индексацией мас-
сива. Следующий пример демонстрирует другой вариант:
main(argc, argv)
int argc;
char **argv;
{
while (--argc > 0)
printf("%s%c",*++argv,
(argc > 1) ? ' ' : '\n');
}
Кроме строки аргументов, программа получает от системы
набор переменных, описывающих среду, в которой она выполня-
ется. Каждая переменная состоит из имени и значения
-65-
(текстовой строки). Например, переменная TERM передает тип
терминала, с которого программа запущена. Для запроса значе-
ния переменной по имени используется функция getenv:
char *getenv();
par = getenv("имя_переменной")
Функция возвращает указатель на строку - значение перемен-
ной, либо NULL, если имя не найдено в описании среды.
Все без исключения возможности операционной системы
ДЕМОС доступны из программ на языке Си. Материал этой главы
относится к интерфейсу между Си-программами и операционной
системой ДЕМОС. Материал делится на следующие части:
ввод/вывод, система файлов, процессы, сигналы. Предполага-
ется знание основных концепций ОС ДЕМОС, а также понятий
"файл", "процесс", "сигнал". Подробное описание системных
вызовов и соответствующих им функций из стандартной библио-
теке имеется в руководстве программиста по ОС ДЕМОС и в опе-
ративной документации (части 2 и 3). Например, если в опи-
сании говорится о функции popen(3), то подробное описание
следует искать в руководстве программиста, часть 4, или в
оперативной документации, часть 3; справку о функции можно
получить на терминал, набрав man 3 popen.
В описании библиотеки ввода/вывода был описан универ-
сальный интерфейс, который одинаков для всего многообразия
операционных систем. На каждой конкретной операционной сис-
теме функции стандартной библиотеки должны быть написаны в
терминах ввода-вывода, доступных на данной машине. В следую-
щих разделах описан набор функций ввода/вывода нижнего
уровня, поддерживаемых ядром операционной системы ДЕМОС.
В операционной системе ДЕМОС весь ввод и вывод осу-
ществляется посредством чтения файлов или их записи, потому
что все периферийные устройства, включая терминал пользова-
теля, являются файлами определенной файловой системы. Это
означает, что один однородный интерфейс управляет всеми свя-
зями между программой и периферийными устройствами.
В наиболее общем случае перед чтением из файла или
записью в файл необходимо сообщить системе о намерении сде-
лать это; этот процесс называется "открытием" файла. Система
выясняет, имеет ли программа право поступать таким образом
(существует ли этот файл? имеется ли разрешение на обраще-
ние к нему?), и если все в порядке, возвращает в программу
небольшое положительное целое число, называемое дескриптором
-66-
файла. Всякий раз, когда этот файл используется для ввода
или вывода, для идентификации файла употребляется дескриптор
файла, а не его имя (здесь существует примерная аналогия с
использованием read (5,...) и write (6,...) в Фортране). Вся
информация об открытом файле содержится в системе; программа
пользователя обращается к файлу только через дескриптор
файла.
Для удобства выполнения обычных операций ввода и вывода
с помощью терминала пользователя существуют специальные сог-
лашения. Когда интерпретатор команд (shell) прогоняет прог-
рамму, он открывает три файла, называемые стандартным вво-
дом, стандартным выводом и стандартным выводом ошибок, кото-
рые имеют соответственно числа 0, 1 и 2 в качестве дескрип-
торов этих файлов. В нормальном состоянии все они связаны с
терминалом, так что если программа читает с дескриптором
файла 0 и пишет с дескрипторами файлов 1 и 2, то она может
осуществлять ввод и вывод с помощью терминала, не заботясь
об открытии соответствующих файлов.
Пользователь программы может перенаправлять ввод и
вывод на файлы, используя в интерпретаторе команд символы <
и >:
prog < infile > outfile
В этом случае интерпретатор команд изменит определение
дескрипторов файлов 0 и 1 с терминала на указанные файлы.
Обычно дескриптор файла 2 остается связанным с терминалом,
так что сообщения об ошибках могут поступать туда. Подобные
замечания справедливы и тогда, когда ввод и вывод связан с
межпроцессным каналом. Следует отметить, что в этом случае
связь программы с файлами изменяется интерпретатором shell
(или cshell), а не программой. Сама программа, пока она
использует файл 0 для ввода и файлы 1 и 2 для вывода, не
знает ни откуда приходит ее ввод, ни куда поступает ее
выдача.
Самый низкий уровень ввода/вывода в системе ДЕМОС не
предусматривает ни какой-либо буферизации, ни какого-либо
другого сервиса; он по существу является непосредственным
обращением к операционной системе. Весь ввод и вывод осу-
ществляется двумя функциями: read и write. Первым аргумен-
том обеих функций является дескриптор файла. Вторым аргумен-
том является буфер в вашей программе, откуда или куда должны
поступать данные. Третий аргумент - это число подлежащих
пересылке байтов. Обращения к этим функциям имеют вид:
n_read=read(fd,buf,n);
n_written=write(fd,buf,n);
-67-
При каждом обращении возвращается счетчик байтов, указываю-
щий фактическое число переданных байтов. При чтении возвра-
щенное число байтов может оказаться меньше, чем запрошенное
число. Возвращенное нулевое число байтов означает конец
файла, а "-1" указывает на наличие какой-либо ошибки. При
записи возвращенное значение равно числу фактически записан-
ных байтов; несовпадение этого числа с числом байтов, кото-
рое предполагалось записать, обычно свидетельствует об
ошибке.
Количество байтов, подлежащих чтению или записи, может
быть совершенно произвольным. Двумя самыми распространенными
величинами являются "1", что означает передачу одного сим-
вола за обращение (т.е. без использования буфера), и "512",
что соответствует физическому размеру блока на многих пери-
ферийных устройствах. Этот последний размер будет наиболее
эффективным, но даже ввод или вывод по одному символу за
обращение не будет слишком дорогим.
Пример. Копирование ввода на вывод. В системе ДЕМОС
эта программа будет копировать что угодно куда угодно,
потому что ввод и вывод могут быть перенаправлены на любой
файл или устройство.
#define BUFSIZE 512
main() /*copy input to output*/
{
char buf[BUFSIZE];
int n;
while((n=read(0,buf,BUFSIZE))>0)
write(1,buf,n);
}
Если размер файла не будет кратен BUFSIZE, то при очередном
обращении к read будет возвращено меньшее число байтов,
которые затем записываются с помощью write; при следующем
после этого обращении к read будет возвращен нуль.
Во всех случаях, если только не используются определен-
ные по умолчанию стандартные файлы ввода, вывода и ошибок,
вы должны явно открывать файлы, чтобы затем читать из них
или писать в них. Для этой цели существуют две функции: open
и creat.
Функция open весьма сходна с функцией fopen, рассмот-
ренной выше, за исключением того, что вместо возвращения
указателя файла она возвращает дескриптор файла, который
является просто целым типа int.
int fd;
fd=open(name,rwmode);
-68-
Как и в случае fopen, аргумент name является символьной
строкой, соответствующей внешнему имени файла. Однако аргу-
мент, определяющий режим доступа, отличен: rwmode равно: 0 -
для чтения, 1 - для записи, 2 - для чтения и записи. Если
происходит какая-то ошибка, функция open возвращает "-1"; в
противном случае она возвращает неотрицательный дескриптор
файла.
Попытка открыть файл, который не существует, является
ошибкой. Функция creat предоставляет возможность создания
новых файлов или перезаписи старых. В результате обращения:
fd=creat(name,pmode);
возвращает дескриптор файла, если оказалось возможным соз-
дать файл с именем name, и "-1" в противном случае. Созда-
ние файла, который уже существует, не является ошибкой:
creat усечет его до нулевой длины.
Если файл ранее не существовал, то creat создает его с
определенным режимом защиты, специфицируемым аргументом
pmode. В системе файлов ОС ДЕМОС с файлом связываются девять
битов защиты информации, которые управляют разрешением на
чтение, запись и выполнение для владельца файла, для группы
владельцев и для всех остальных пользователей. Таким обра-
зом, трехзначное восьмеричное число наиболее удобно для
записи режима защиты. Например, число 0755 свидетельствует о
разрешении на чтение, запись и выполнение для владельца и о
разрешении на чтение и выполнение для группы и всех осталь-
ных.
Существует ограничение (обычно 15 - 25) на количество
файлов, которые программа может иметь открытыми одновре-
менно. В соответствии с этим любая программа, собирающаяся
работать со многими файлами, должна быть подготовлена к пов-
торному использованию дескрипторов файлов. Процедура close
прерывает связь между дескриптором файла и открытым файлом и
освобождает дескриптор файла для использования с другим фай-
лом. Завершение выполнения программы через exit или в
результате возврата из головной функции приводит к закрытию
всех открытых файлов.
Функция удаления unlink(filename) удаляет из системы
файл с именем filename (Точнее, удаляет имя filename, файл
удаляется, если на него не остается ссылок под другими име-
нам).
Обычно при работе с файлами ввод и вывод осуществляется
последовательно: при каждом обращении к функциям read и
write чтение или запись начинаются с позиции, непосредст-
венно следующей за предыдущей обработанной. Но при
-69-
необходимости файл может читаться или записываться в любом
произвольном порядке. Обращение к системе с помощью функции
lseek позволяет передвигаться по файлу, не производя факти-
ческого чтения или записи. В результате обращения
lseek(fd,offset,origin);
текущая позиция в файле с дескриптором fd передвигается на
позицию offset (смещение), которая отсчитывается от места,
указываемого аргументом origin (начало отсчета). Последующее
чтение или запись будут теперь начинаться с этой позиции.
Аргумент offset имеет тип long; fd и origin имеют тип int.
Аргумент origin может принимать значения 0, 1 или 2, указы-
вая на то, что величина offset должна отсчитываться соот-
ветственно от начала файла, от текущей позиции или от конца
файла. Например, чтобы дополнить файл, следует перед записью
найти его конец:
lseek(fd,0l,2);
чтобы вернуться к началу, можно написать:
lseek(fd,0l,0);
Обратите внимание на аргумент 0l; его можно было бы записать
и в виде (long) 0.
Функция lseek позволяет обращаться с файлами примерно
так же, как с большими массивами, только ценой более медлен-
ного доступа.
Пример. Функция, считывающая любое количество байтов, начи-
ная с произвольного места в файле.
/*читать n байтов с позиции pos в buf */
get(fd,pos,buf,n)
int fd, n;
long pos;
char *buf;
{
lseek(fd,pos,0); /*get to pos */
return(read(fd,buf,n));
}
В операционной системе ДЕМОС часто требуется вызвать из
программы и выполнить в виде отдельного процесса другую
программу. Следующий раздел описывает простейший способ
сделать это, а далее будут рассмотрены базовые средства
управления процессами, имеющиеся в ОС ДЕМОС.
-70-
Простейший способ вызвать другую программу - использо-
вать стандартную функцию system:
system("командная строка")
Функция имеет один параметр - строку, которую она анализи-
рует и выполняет точно так же, как выполняются команды, вво-
димые интерпретатором shell с терминала. Функция выполняет
команду и возвращает целое число - код ответа выполненной
команды (0, если все кончилось нормально). В командной
строке воспринимаются любые символы управления
вводом/выводом >, <, и т.п.
Следует учесть, что, если в программе вывод буферизу-
ется, то перед вызовом функции system необходимо вытолкнуть
буфера, например вызвав функцию fflush.
Вызов программы в ОС ДЕМОС осуществляется с помощью
нескольких элементарных функций, одна из которых - функция
execl - осуществляет вызов новой программы вместо уже выпол-
няющейся, без возврата в вызывающую программу. Обращение в
ней имеет вид:
execl(команда,арг0,арг1,...,аргN,NULL);
где "команда" - строка символов, точно именующая файл вызы-
ваемой команды. Например, для вызова команды pr необходимо
указать имя /bin/pr. Остальные аргументы также представляют
собой строки символов и просто передаются команде в качестве
аргументов, при этом арг0 обычно представляет собой просто
сокращенное имя команды, а остальные аргументы - параметры
данной команды.
Вызов execl в случае нормального запуска новой прог-
раммы заменяет ею текущую программу, управление из функции
execl возвращается только в случае ошибки (например, не най-
дена команда с указанным именем). В библиотеке имеется
целый набор функций, осуществляющих то же самое и отличаю-
щихся только представлением параметров (execl(2), execv(2),
execvp(2), ...) и тем, что некоторые функции осуществляют
поиск команды в стандартном наборе справочников.
Для того, чтобы запустить параллельно новую программу,
необходимо прежде всего уметь запускать параллельный про-
цесс. Для этого в ОС ДЕМОС служит функция "fork" (развет-
виться):
-71-
proc_id = fork()
Программа разделяется на две идентичные копии, которые про-
должают выполняться как два независимых процесса. Одна из
программ - процесс "сын" - получает от функции fork код
ответа 0, другая - "родитель" - получает номер, под которым
запущен процесс "сын". В простейшем случае для запуска
параллельной программы вызов fork комбинируется с execl сле-
дующим образом:
if( fork() == 0)
{ /* Это процесс - сын */
... настройка файлов ...
execl(... );
/*Сюда мы попадаем при ошибке в execl */
perror("Не могу запустить процесс");
exit(1);
}
... продолжение основной программы ...
Здесь программа после вызова fork анализирует, в каком про-
цессе ("родитель" или "сын") она выполняется и, в зависи-
мости от этого, ведет себя по разному. Если основная прог-
рамма должна ждать окончания "сына", то она должна вызвать
функцию wait:
int status;
...
if( fork() == 0)
{ ... execl(...); exit(1);
}
wait(&status));
Функция wait возвращает идентификатор процесса - "сына", и
засылает в переменную status код завершения этого процесса.
Код завершения состоит из двух частей - младшие 8 битов фор-
мируются системой и обозначают причину окончания процесса; в
случае нормального окончания по функции exit" они содержат
0. Старшие 8 битов в случае, если программа окончилась в
результате вызова exit, берутся из аргумента вызова функции
exit; обычно передается 0 при нормальном завершении и число,
отличное от нуля, в случае каких либо ошибок.
Ни fork, ни execl не затрагивают открытых файлов, после
fork ранее открытые файлы начинают использоваться обоими
процессами совместно, то есть используются одни и те же ука-
затели позиции чтения/записи. Если новому процессу требу-
ется передать какие то открытые файлы, или изменить файлы
стандартного ввода/вывода, настройка программы на эти файлы