Брайан Керниган - UNIX — универсальная среда программирования

При переключении ввода-вывода на файлы или программные каналы (к ним или от них) shellизменяет назначение терминала по умолчанию для дескрипторов файлов 0 и 1. Обычно дескриптор файла 2 закрепляется за терминалом, так что сообщения об ошибках могут поступать на него. Использование символики shell, такой, как 2>filenameи 2>&1, вызовет переназначение файла, присвоенного по умолчанию, но при этом присвоение файлов меняется в shell, а не программой. (Программа сама может переназначить их впоследствии, если потребуется, что, правда, бывает редко.)

Весь ввод и вывод обеспечиваются двумя системными вызовами, readи write, которые доступны в Си с помощью функций с теми же именами. Для обеих первый аргумент это дескриптор файла, второй массив байтов, который служит источником данных или назначением, а третий число байтов, которые следует передать.

int fd, n, nread, nwritten;

char buf[SIZE];

nread = read(fd, buf, n);

nwritten = write(fd, buf, n);

Каждый вызов возвращает число переданных байтов. При чтении возвращенное число может быть меньше, чем запрошенное, поскольку для чтения оставлено менее nбайт. (Когда файлу поставлен в соответствие терминал, readобычно читает до следующей строки, что составляет меньшую часть запрошенного.) Возвращаемое значение 0 подразумевает конец файла, а значение -1 обозначает некоторую ошибку. При записи возвращаемое значение есть число действительно записанных байтов; если оно не равно числу байтов, которое предполагается записать, возникает ошибка. Несмотря на то, что число байтов, которые следует читать или писать, не ограничено, наиболее часто используются два значения: 1, что соответствует одному символу за одно обращение ("не буферизовано"), и размер блока на диске, как правило,- 512 или 1024 байта (такое значение имеет BUFSIZв ). Для иллюстрации изложенного здесь приведена программа копирования входного потока в выходной. Так как входной и выходной потоки могут переключаться на любой файл или устройство, она действительно скопирует что-нибудь куда-либо: это "скелетная" реализация cat.

/* cat: minimal version */

#define SIZE 512 /* arbitrary */

main() {

char buf[SIZE];

int n;

while ((n = read(0, buf, sizeof buf)) > 0)

write(1, buf, n);

exit(0);

}

Если размер файла не кратен числу SIZE, некоторый вызов readвернет меньшее число байтов, которые должны быть записаны с помощью write; следующий затем вызов readвернет нуль.

Чтение и запись порциями, подходящими для диска, будут наиболее эффективными, но даже ввод-вывод по одному символу за раз осуществим для умеренных объемов буферизуются ядром. Дороже всего обходятся обращения к системе. Программа ed, например, использует однобайтовый способ, чтобы читать стандартный входной поток. Мы хронометрировали работу данной версии cat для файла в 54 000 байт при шести значениях SIZE:

Время (пользователь+система, в сек.)

Размер блока на диске для системы на PDP-11 составляет 512 байт и 1024 байта — для VAX.

Доступ нескольких процессоров к одному и тому же файлу в одно и то же время является совершенно законным: в самом деле, один процесс может писать, в то время как другой читает. Это обескураживает, если не входит в ваши планы, но иногда оказывается полезным. Даже несмотря на то, что при одном обращении к функции readвозвращается 0, который сигнализирует о конце файла, следующий вызов readобнаружит наличие некоторого количества байтов, если еще данные пишутся в файл. Это соображение лежит в основе программы readslow, которая продолжает читать свой входной поток вне зависимости от того, достигла она конца файла или нет. Программа readslowудобна для наблюдения за работой программы.

$ slowprog >temp &

5213идентификатор процесса

$ readslow

Иными словами, медленная программа выполняет вывод в файл; readslow, возможно, совместно с некоторыми другими программами "наблюдает", как накапливаются данные.

По составу readslowидентична cat, за исключением того, что она зацикливается, а не завершается, когда встречает конец входного потока. Программа readslowдолжна использовать ввод-вывод низкого уровня, так как стандартная библиотечная функция продолжает выдавать EOFпосле первого конца файла.

/* readslow: keep reading, waiting for more */

#define SIZE 512 /* arbitrary */

main() {

char buf[SIZE];

int n;

for (;;) {

while ((n = read(0, buf, sizeof buf)) > 0)

write(1, buf, n);

sleep(10);

}

}

Функция sleepзаставляет программу остановиться на определенное число секунд (см. справочное руководство по sleep(3)). Мы не хотим, чтобы программа долго занималась поиском дополнительных данных, так как на это расходуется время центрального процессора. Таким образом, наша версия readslowкопирует свой входной поток до конца файла, "спит" какое-то время, затем снова возобновляет работу. Если пока она была "в паузе", пришли еще данные, они будут прочитаны следующим read.

Добавьте readslowаргумент n, так что установленное по умолчанию время паузы может быть изменено на nсекунд. Некоторые системы обеспечивают флаг -f("навсегда") для tail, которая объединяет функции tailи readslow. Прокомментируйте этот вариант.

Что происходит с readslow, если читаемый файл обрывается? Как бы вы исправили ситуацию? Подсказка: читайте о fstatв разд. 7.3.

Все стандартные файлы, кроме установленных по умолчанию, — входной, выходной и файл диагностики вы должны явно открыть для чтения или записи. Это можно сделать с помощью двух системных вызовов — открыть и создать [14] Однажды К. Томпсона спросили, что бы он хотел изменить, если бы ему пришлось заново конструировать систему UNIX. Он ответил: "Я бы написал creat с е." .

Функция openвесьма похожа на fopen из предыдущей главы, за исключением того, что вместо указателя файла она возвращает дескриптор файла, имеющий тип int.

char *name;

int fd, rwmode;

fd = open(name, rwmode);

Как и для fopen, аргумент nameесть символьная строка, содержащая имя файла. Аргумент вида доступа, однако, другой: rwmodeравен 0 для чтения, 1 — для записи, 2 — в том случае, когда нужно открыть файл для чтения и записи. При вызове openвозвращается -1, если возникает какая-либо ошибка; иначе возвращается корректный дескриптор файла.