WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 8 |

«Андрей Робачевский Операционная система Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений ...»

-- [ Страница 2 ] --

Общий синтаксис скрипта Как уже было замечено, скрипт представляет собой обычный текстовый файл, в котором записаны инструкции, понятные командному интерпре татору. Это могут быть команды, выражения shell или функции. Команд ный интерпретатор считывает эти инструкции из файла и последовательно выполняет их.

Безусловно, как и в случае любого другого языка программирования, при менение комментариев существенно облегчает последующее использова ние и модификацию написанной программы. В Bourne shell комментарии начинаются с символа '#':

Этот скрипт выполняет поиск "мусора" (забытых временных файлов, файлов core и т.п.) в каталогах пользователей Комментарии могут занимать не всю строку, а следовать после команды:

find /home name core print Выполним поиск файлов core Поскольку в системе могут существовать скрипты для различных интер претаторов, имя интерпретирующей команды обычно помещается в пер вой строке следующим образом:

В данном случае последующий текст скрипта будет интерпретироваться Bourne shell. Заметим, что при запуске скрипта из командной строки (для piracy@books-shop.com 60 Глава 1. Работа в операционной UNIX этого он должен обладать правом на выполнение — х), будет запущен но вый командный интерпретатор, ввод команд для которого будет выпол няться из файла скрипта.

Переменные В командной строке или скрипте командного интерпретатора можно оп ределить и использовать переменные. Значением переменной является строка, которая передается присвоением:

где var — имя переменной, a value — ее значение.

Значение переменной можно получить, используя знак Например, вы вести значение переменной name на экран можно с помощью команды echo следующим образом:

$ echo Так же можно присвоить другой переменной значение перемен ной name:

$ Значение переменной можно присвоить иначе. Поскольку значение пред ставляет собой строку, shell предоставляет удобный способ генерации строк из потока вывода команды. Синтаксис присвоения при этом сле дующий:

Так, например, где var — имя переменной, a command — название коман ды, команда выводит строку со значением текущего каталога:

$ pwd Можно присвоить переменной значение текущего каталога, которое сохранится в ней:

$ $ echo $cdir $ cd /usr/bin $ pwd /usr/bin $ cd $cdir $ pwd При использовании переменной, например var, командный интерпретатор подставляет вместо $var ее значение. Более сложные синтаксические кон струкции получения значения переменной приведены в табл. 1.7.

www.books-shop.com Пользовательская UNIX Таблица 1.7. Способы получения значения переменной $var Значение var;

ничего, если переменная var не определена То же, но отделяет имя переменной var от последующих символов Значение var, если определено;

в противном случае — string.

Значение var при этом не изменяется То же, но если переменнвя var не определена, ей присваивается значение строки string Если переменная var не определена, выводится строка string и интерпретатор прекращает работу. Если строка string пуста, то выводится сообщение var: parameter not set Строка переменная var определена, в противном слу чае — ничего Приведем несколько примеров, используя команду echo:

$ var=userl $ varl=user $ echo $varl user $ echo userll $ echo want to redefine do you want to redefine var?

Для нормальной работы в UNIX ряд переменных должен быть определен и зависит от тех приложений, с которыми вы работаете. Приведем не сколько наиболее употребительных переменных:

Имя Описание Возможное значение НОМЕ Каталог верхнего уровня пользователя PATH Поисковый путь MAIL Имя почтового ящика TERM Имя терминала ansi PS1 Первичное приглашение shell # > PS2 Вторичное приглашение shell Начальное окружение вашего сеанса устанавливается программой исходя из записей в файле паролей, и имеет следующий вид:

Переменная окружения Поле файла паролей N В данном примере утилита выводит регистрационное имя пользователя, таким образом для пользователя переменная НОМЕ примет следующее значение:

www.books-shop.com 62 Глава 1. Работа в операционной системе UNIX (продолжение) Переменная окружения Поле файла паролей PATH=/usr/bin:

определено системой Переменная НОМЕ в основном используется в команде которая слу жит для перехода в каталог:

$ pwd /u/usr $ cd some/new/directory $ pwd В результате текущим каталогом (команда выводит на терминал полное имя текущего каталога) становится Вы зов команды cd без параметра эквивалентен следующему вызову:

$ cd $HOME который вернет вас в домашний каталог.

Переменная PATH служит для поиска командным интерпретатором запус каемых на выполнение программ, если их имя не содержит пути. Напри мер, при запуске программы:

$ run интерпретатор попытается найти файл run в каталогах пути поиска. В то же время при запуске программы run с указанием пути, переменная PATH использоваться не будет:

$ В последнем примере было задано относительное имя программы (отно сительно текущего каталога, обозначаемого точкой). Предполагается, что файл программы имеется в текущем каталоге, в противном случае shell вы ведет сообщение об ошибке.

Каталоги поиска в переменной PATH разделены символом ':'. Заметим, что текущий каталог поиска должен быть задан явно ('.'), shell не произво дит поиск в текущем каталоге по умолчанию.

Поиск запускаемых программ в текущем каталоге таит потенциальную опасность, поэтому для суперпользователя переменная PATH обычно инициализируется без '.'. Рассмотрим следующую ситуацию. Злоумышлен ник создает программу, наносящую вред системе (удаляющую файл паро лей), помещает ее в каталог общего пользования, например в /tmp, откры тый на запись всем пользователям системы, с именем Известно, что в www.books-shop.com UNIX UNIX существует стандартная команда (она обычно находится в ката логе выводящая на экран список файлов каталога. Допустим теперь, что администратор системы делает текущим каталог и хочет вывести список файлов данного каталога. Если текущий каталог ('.') расположен в пути поиска (переменной PATH) раньше каталога то выполнится программа, "подложенная" злоумышленником. Даже если текущий каталог указан последним в пути поиска, все равно существует вероятность, что вы захотите запустить команду, которая расположена в каталоге, не попавшем в переменную PATH, на самом деле вы можете запустить троянского коня.

Переменная MAIL определяет местоположение вашего почтового ящика, программы работы с электронной почтой используют эту переменную.

Переменная MAIL инициализируется программой Переменная TERM содержит имя терминала и используется программами для доступа к базе данных терминалов. Обычно это программы, обеспечи вающие полноэкранный режим работы, цвета и системы меню (редакторы, различные пользовательские оболочки). Поскольку наборы команд работы с различными терминалами отличаются друг от друга, используется специ альная база данных, где хранятся конкретные команды для конкретного терминала.

Переменные PS1 и PS2 устанавливают первичное и вторичное приглаше ния командного интерпретатора. Первичное приглашение указывает на го товность интерпретатора к вводу команд. Значение этой переменной уста навливается при исполнении скрипта при входе пользователя в систему, и имеет вид для обычных пользователей и для суперпользователя. Однако вид приглашения легко изменить, соответствующим образом задав значение переменной PS1. Например, ес ли вы хотите, чтобы в приглашении присутствовало имя хоста, на котором вы работаете, задайте значение PS1 следующим образом:

— В этом случае, если имя вашей системы, например, telemak, при входе в систему командный интерпретатор выведет следующее приглашение:

Вторичное приглашение появляется, если вы нажали клавишу , син таксически не закончив ввод команды. Например:

$ while : нажатие клавиши > do нажатие клавиши > echo нажатие клавиши > done нажатие клавиши После этого вы увидите слово выводимое на экран в бесконеч ном цикле. (Если вы все таки воспроизвели этот пример, нажмите клави ши .) www.books-shop.com (54 Глава 1. Работа в UNIX Переменные, которые определены, являются внутренними переменными командного интерпретатора и не попадают в его окружение автоматически.

Таким образом, они не могут быть использованы другими программами, запускаемыми из shell (окружение наследуется порожденными процессами).

Для того чтобы поместить необходимые переменные в окружение shell и тем самым сделать их доступными для других приложений, эти переменные должны быть отмечены как экспортируемые. В этом случае при вызове ка кой либо программы они автоматически попадут в ее окружение. Например, программа работы с электронной почтой получает имя файла — почтового ящика через переменную MAIL, программы, работающие с терминалом, например полноэкранный редактор, обращаются к базе данных терминалов, используя переменную TERM. Разработанная вами программа также может получать часть информации через переменные окружения. Для этого она должна использовать соответствующие функции и которые мы подробнее рассмотрим в следующей главе.

Встроенные переменные Помимо переменных, определяемых явно, shell имеет ряд внутренних пере менных, значения которых устанавливаются самим интерпретатором. По скольку это внутренние переменные, имя переменной вне контекста полу чения ее значения не имеет смысла (т. е. не существует переменной #, име ет смысл лишь ее значение $#). Эти переменные приведены в табл. 1.8.

Таблица 1.8. Внутренние переменные shell $2,... Позиционные параметры скрипта Число позиционных параметров скрипта $ Код возврата последнего выполненного процесса текущего shell РЮ последнего процесса, запущенного в фоновом режиме Все параметры, переданные скрипту. Передаются как единое слово, будучи заключенным в кавычки:

$2 $3..

$@ Все параметры, переданные скрипту. Передаются как отдельные слова, будучи заключенным в кавычки:

..

Эти переменные редко используются при работе в командной строке, основ ная область их применения — скрипты. Рассмотрим несколько примеров.

Текст скрипта Запуск скрипта а echo $ echo $1 $2 $ а2 аЗ а echo $1 $2 $ www.books-shop.com UNIX Переменные $1, $2,... $9 содержат значения позиционных параметров — аргументов запущенного скрипта. В $1 находится первый аргумент в $2 — а2 и т. д. до девятого аргумента. При необходимости передать боль шее число аргументов, требуется использовать команду shift n, производя щую сдвиг значений аргументов на п позиций (по умолчанию — на одну позицию). Приведенный скрипт иллюстрирует этот прием. В переменной $0 находится имя запущенного скрипта. Здесь наблюдается полная ана логия с массивом параметров argv[], передаваемом программе на языке С.

Значение $# равно числу позиционных параметров. Его удобно использо вать при проверке соответствия числа введенных пользователем парамет ров требуемому.

Текст скрипта Запуск скрипта $ test2.sh if [ $# 2 ] usage: test2.sh arg then $ h echo usage: $0 argl arg2 $ exit fi В данном примере использовано условное выражение if и проверка, кото рые мы рассмотрим ниже.

Код возврата последней выполненной задачи ($?) удобно использовать в ус ловных выражениях. По правилам успешным завершением задачи считается код возврата, равный 0, ненулевой код возврата свидетельствует об ошибке.

Код возврата скриптов генерируется с помощью команды exit п, где п — код возврата (см. предыдущий пример). В приведенном ниже примере определя ется, зарегистрирован ли в системе пользователь с именем Для этого программой grep(l) производится поиск слова sergey в файле паролей.

В случае удачи grep(l) возвращает 0. Если слово не найдено, то grep(l) воз вращает ненулевое значение, в данном случае это свидетельствует, что поль зователь с именем sergey в системе не зарегистрирован.

Текст скрипта test3.sh:

grep sergey /etc/passwd if [ $? ne 0 ] then echo пользователь sergey в системе не зарегистрирован fi Каждый активный процесс в UNIX имеет уникальный идентификатор процесса, PID. Запуская скрипт, вы порождаете в системе процесс с уни кальным PID. Значение PID сохраняется в переменной $$. Эту перемен ную удобно использовать в названиях временных файлов, поскольку их имена будут уникальными, например:

www.books-shop.com 66 1. Работа в системе UNIX Текст скрипта test4.sh:

$ Перенаправление ввода/вывода Каждая запущенная из командного интерпретатора программа получает три открытых потока ввода/вывода:

П стандартный ввод стандартный вывод стандартный вывод ошибок По умолчанию все эти потоки ассоциированы с терминалом. То есть лю бая программа, не использующая потоки, кроме стандартных, будет ожи дать ввода с клавиатуры терминала, весь вывод этой программы, включая сообщения об ошибках, будет происходить на экран терминала. Большое число утилит, с которыми вам предстоит работать, используют только стандартные потоки. Для таких программ shell позволяет независимо пе ренаправлять потоки ввода/вывода. Например, можно подавить вывод со общений об ошибках, установить ввод или вывод из файла и даже пере дать вывод одной программы на ввод другой.

В табл. 1.9 приведен синтаксис перенаправления ввода/вывода, а на рис. 1. схематически показаны примеры перенаправления потоков.

Таблица 1.9. Перенаправление потоков >file Перенаправление стандартного потока вывода в файл file Добавление в файл file данных из стандартного потока вывода file Переключение потока вывода из файла с дескриптором п в файл file To же, но записи добавляются в файл file n>&m Слияние потоков с дескрипторами "Ввод здесь": используется стандартный поток ввода до подстроки str.

При этом выполняются подстановки метасимволов командного интерпре татора To же, но подстановки не выполняются Рассмотрим несколько примеров перенаправления потоков.

Запуск некой программы ведения журнала можно выполнить следующим образом:

$ logger www.books-shop.com среда UNIX При этом вывод программы logger будет записываться в конец файла сохраняя все предыдущие записи. Если файла file.log не существу ет, он будет создан. В отличие от этого, использование символа '>' указы вает, что сначала следует очистить файл, а затем производить запись.

Стандартным потокам ввода, вывода и вывода ошибок присваиваются де скрипторы — числовые значения, являющиеся указателями на соответст вующий поток. Они, соответственно, равны О, 1 и 2. Перенаправлять по токи можно, используя эти числовые значения. Таким образом, предыду щему примеру эквивалентна следующая запись:

$ logger. log Рис. 1.9. Пример перенаправления стандартных потоков Чаще всего числовое значение дескриптора потока используется для пото ка ошибок. Например, чтобы подавить вывод ошибок, можно использо вать следующую запись:

$ run 2>/dev/null где является псевдоустройством, удаляющим все введенные в него символы.

Командный интерпретатор предоставляет возможность слияния потоков.

Например, при запуске команды $ 2>S1 & сообщения об ошибках будут также выводиться в файл /dev/null. Символ '&' перед именем потока необходим, чтобы отличить его от файла с име нем 1. Заметим, что изменение порядка двух перенаправлений потоков приведет к тому, что сообщения об ошибках будут по прежнему выводить ся на экран. Дело в том, что Shell анализирует командную строку слева направо, таким образом сначала будет осуществлено слияние потоков и www.books-shop.com Глава Работа в системе UNIX оба будут указывать на терминал пользователя, а затем стандартный поток вывода будет перенаправлен в файл Передача потока вывода одной программы в поток ввода другой осуществ ляется с помощью конвейера (программного канала). Программные ка налы часто используются для фильтрации вывода некоторой команды:

$ ps — ef I grep позволяет получить информацию о конкретном процессе myproc. Утилита ps(l) выводит на экран информацию обо всех процессах в системе, про грамма grep(l) фильтрует этот поток, оставляя лишь строки, в которых присутствует слово Можно усложнить задачу и попытаться получить идентификатор процесса myproc. Однако здесь нам не обойтись без других средств системы. В дан ном случае мы будем использовать интерпретатор $ ps ef | grep myproc I awk print $ Идея заключается в фильтрации второго поля записи о процессе myproc, содержащего идентификатор процесса (см. описание утилиты Иногда возникает необходимость разместить поток ввода вместе с коман дой. Для этого используется выражение "ввод здесь". Проиллюстрируем его на примере:

$ at Dec cat | elm Новым Годом" По определению, команда at(l) устанавливает вызов команды, полученной ею со стандартного ввода (клавиатуры терминала), на определенное время (в данном случае — на 31 декабря каждого года). С помощью выражения "ввод здесь" мы явно задали вид этой команды, точнее комплекса команд:

cat(l) передает текст поздравления программе отвечающей за от правление сообщения электронной почты.

Команды, функции и программы Все команды, которые вводятся в строке приглашения shell, относятся к одной из следующих категорий:

Более правильно было бы записать:

$ ps ef I grep myproc | grep v grep Дело в том, что в списке, созданном командой будут две строки, содержащие слово myproc: собственно строка процесса myproc и строка процесса grep(l) с параметром myproc (ps имя породившей процесс, вместе со всеми пара метрами).

www.books-shop.com Пользовательская UNIX встроенные функции функции shell, определенные пользователем внешние программы и утилиты Непосредственное отношение к shell имеют только первые две категории, а программы и утилиты являются обычными исполняемыми файлами.

Запуск встроенной функции не требует порождения нового процесса, по скольку эта функция реализована в самой программе shell (например, Соответственно, встроенные функции shell выполняются быстрее всего. Рассмотрим важнейшие встроенные функции shell.

: Пустая команда. Код возврата всегда 0 (успех).

Пустая команда удобна для создания бесконечных циклов, например:

while :

do done Текущий командный интерпретатор выполняет команды, указанные в файле При этом не происходит поро ждения нового shell, как в случае запуска на выполнение runme. Например, использование в скрипте команды. выполнит команды фай ла include_script, как если бы они являлись частью теку щего скрипта.

. runme break [л] Производит выход из цикла for или while. Если пара метр л указан, происходит выход из вложенных циклов ps ef I awk print $1 I while read uid pid do if [$pid eq $PID] then echo pid=$pid user=$uid break fi done cd Осуществляет переход в каталог Если параметр не указан, происходит переход в домашний каталог echo [string] Строка string выводится на стандартное устройство вы вода (терминал) exec Выполняет программу runme, заменяя ею текущий ко мандный интерпретатор. Например, если в login shell (командном интерпретаторе, запускаемом при регистра ции пользователя в системе) мы вызовем exec Is, то после вывода имен файлов текущего каталога произойдет за вершение работы в системе piracy@books-shop.com j obs www.books-shop.com Пользовательская UNIX Определяет команду command, которая будет выполнена trap command при получении сигналов, указанных в качестве аргументов sig sig. См. раздел "Сигналы" ранее в этой главе Показывает, как name будет интерпретироваться команд type name ным интерпретатором Выводит или устанавливает значение пределов, ограничи вающих использование задачей системных ресурсов (времени процессора, памяти, дискового пространства).

рассматриваться в главе Устанавливает маску прав доступа для вновь создаваемых файлов равной ппп Удаляет переменные, указанные в качестве аргументов, из unset var2.

списка определенных переменных командного интерпре татора. Некоторые переменные, например PATH, PS1, PS2, не могут быть удалены Ожидает завершения выполнения процесса с идентифи wait pad катором и возвращает его код возврата Пользователь может определить функцию командного интерпретатора и использовать ее как встроенную функцию shell. С другой стороны, функ ции мало отличаются от скриптов, включая синтаксис и передачу аргумен тов. Однако являясь частью shell, функции работают быстрее.

Синтаксис функции имеет следующий вид:

{ } Как можно заметить, телом функции является обычный скрипт shell.

В качестве примера приведем функцию позволяющую отобразить в приглашении shell имя текущего каталога.

mcd { cd } Подстановки, выполняемые командным интерпретатором Прежде чем выполнить команду, указанную либо в командной строке, ли бо в скрипте, командный интерпретатор производит определенную после довательность действий:

1. Анализирует синтаксис команды. В случае, если обнаружена синтак сическая ошибка, выводится соответствующее сообщение. Естествен www.books-shop.com 72 Глава Работа в системе UNIX но, shell анализирует командную строку в соответствии с синтаксисом собственного языка, а не семантику вызова конкретной команды, на пример, наличие тех или иных аргументов.

2. Производит подстановки, а именно:

• Заменяет все указанные переменные их значениями.

Например, если значение переменной var равно то при вызове команды find $var name sh print переменная будет заменена ее значением. Другими словами, фактиче ский запуск команды будет иметь вид:

find /usr/bin name sh print • Формирует списки файлов, заменяя шаблоны. При этом произ водится подстановка следующих шаблонов:

* — соответствует любому имени файла (или его части), кроме начинающихся с символа '.', [abc] — соответствует любому символу из перечисленных (а или или с), ? — соответствует любому одиночному символу.

Делает соответствующие назначения потоков ввода/вывода. Если в строке присутствуют символы перенаправления (>, <, |), shell производит соответствующее перенаправление потоков. Программный интерфейс ввода/вывода мы рассмотрим в разделе "Работа с файлами" следующей главы.

4. Выполняет команду, передавая ей аргументы с выполненными подста новками. При этом:

• Если команда является функцией, определенной пользователем, вызывается функция.

В противном случае, если команда является встроенной коман дой shell, запускается встроенная команда.

• В противном случае производится поиск программы в каталогах, указанных переменной если имя команды задано без пути. Если имя команды задано явно, т. е. содержит элементы пути (относительный или абсолютный путь), производится за пуск программы. В случае, если программа не найдена, выво дится сообщение об ошибке.

Описанные подстановки, выполняемые интерпретатором, следует иметь в виду при запуске команд. Например, запуск команды rm приведет к уда лению всех файлов данного каталога:

$ Вывести список файлов каталога client server $ rm * Удалить файлы $ $ Каталог пуст www.books-shop.com UNIX Команда rm(l) без колебаний выполнит свою функцию, поскольку в каче стве аргументов она получит обычный список файлов. Замену символа '*' на список всех файлов каталога произведет shell, и трудно догадать ся, что вы собираетесь удалить все файлы. Реальный же вызов rm(l) будет иметь вид:

client server Точно так же запускаемые программы ничего не знают о перенаправлении потоков ввода/вывода, произведенных командным интерпретатором. На помним, что перенаправление ввода/вывода возможно лишь для стандарт ных потоков ввода, вывода и сообщений об ошибках. Впрочем, большин ство утилит UNIX используют только стандартные потоки.

Запуск команд Как уже говорилось, запускаемые команды могут являться либо функция ми, определенными пользователем, либо встроенными командами интер претатора, либо исполняемыми файлами — прикладными программами и утилитами. В любом случае, синтаксис их вызова одинаков.

Если необходимо запустить сразу несколько команд, это можно сделать в одной строке, разделив команды символом ';

'• Например:

$ date Apr 18 1997 21: Заметим, что команды будут выполнены последовательно: сначала выпол нится команда которая выведет имя текущего каталога, а затем которая покажет дату и время.

Можно запустить программу в фоновом режиме. В этом случае shell не бу дет ожидать завершения выполнения программы, а сразу выведет пригла шение, и вы сможете продолжить работу в командном интерпретаторе.

Для этого строку команды необходимо завершить символом '&':

$ find print & $ Пока утилита find(l) производит поиск файла с именем скани руя файловую систему, вы сможете выполнить еще массу полезных дел, например, отправить почту или распечатать документ на принтере. Мы вернемся к этой схеме запуска программ далее в этой главе при обсужде нии системы управления заданиями.

Наконец, командный интерпретатор предоставляет возможность условного запуска команд. Например, если необходимо выполнить команду только в случае успешного завершения предыдущей, следует воспользоваться сле дующей синтаксической конструкцией:

& & www.books-shop.com 74 Глава Работа в операционной системе UNIX В качестве примера рассмотрим поиск имени пользователя в файле паро лей, и в случае успеха — поиск его имени в файле групп:

$ grep sergey grep sergey /etc/group Успехом считается нулевой код возврата программы, неудачей — все дру гие значения.

Можно назначить выполнение команды только в случае неудачного за вершения предыдущей. Для этого команды следует разделить двумя сим волами $ \ \ echo Команда завершилась неудачно Приведенный синтаксис является упрощенной формой условного выраже ния. Командный интерпретатор имеет гораздо более широкие возможно сти проверки тех или иных условий, которые мы рассмотрим в следующем разделе.

Условные выражения Язык Bourne shell позволяет осуществлять ветвление программы, предос тавляя оператор if. Приведем синтаксис этого оператора:

if условие then fi Команды commandl, и т. д. будут выполнены, если истинно ус ловие. Условие может генерироваться одной или несколькими командами.

По существу, ложность или истинность условия определяется кодом воз врата последней выполненной команды. Например:

if grep sergey then echo пользователь sergey найден в файле паролей fi Если слово sergey будет найдено программой grep(l) в файле паролей (код возврата равен 0), то будет выведено соответствующее сообщение.

Возможны более сложные формы оператора if.

set Установим позиционные параметры равными значениям полей вывода программы if [ = ] Девятое поле вывода — предыдущий уровень выполнения системы;

символ означает однопользовательский режим then echo Система загружается www.books-shop.com Пользовательская UNIX if [ = "2" ] Седьмое поле — текущий уровень echo Переход на уровень выполнения else echo Переход на уровень выполнения fi Данный фрагмент скрипта проверяет уровень выполнения, с которого сис тема совершила переход, и текущий уровень выполнения системы. Соот ветствующие сообщения выводятся на консоль администратора. В этом фрагменте условие генерируется командой test, эквивалентной (и более наглядной) формой которой является Команда test является наиболее распространенным способом генерации условия для оператора if.

Команда test Команда test имеет следующий синтаксис:

test выражение или [ выражение ] Команда вычисляет логическое выражение (табл. 1.10) и возвращает 0, ес ли выражение истинно, и 1 в противном случае.

Таблица 1.10. Выражения, используемые в команде test Выражения с файлами s file Размер файла больше О Для файла file разрешен доступ на чтение w file Для файла разрешен доступ на запись х Для файла разрешено выполнение f Файл существует и является обычным файлом file Файл file является каталогом с file Файл file является специальным файлом символьного устройства b file Файл является специальным файлом блочного устройства р file Файл является поименованным каналом file Файл file имеет установленный флаг g file Файл file имеет установленный флаг SGID k file Файл file имеет установленный флаг sticky bit Выражения со строками z string Строка имеет нулевую длину n string string О = string2 Две строки идентичны stringl != string2 Две строки различны www.books-shop.com 76 Глава Работа в операционной UNIX Таблица 1.10 (продолжение) Сравнение целых чисел — eq равно 11 пе 12 не равно 12 11 строго меньше 11 1е 11 меньше или равно 11 12 строго больше де 12 11 больше или равно Более сложные выражения могут быть образованы с помощью логических операторов:

.' выражение Истинно, если выражение ложно (оператор NOT) а если оба выражения истинны (оператор AND) о Истинно, если хотя бы одно из выражений истинно (оператор OR) Приведем несколько примеров использования выражений.

Фрагмент скрипта, используемый при регистрации нового пользователя.

Скрипт проверяет наличие в домашнем каталоге скрипта и в случае его отсутствия копирует шаблон:

if [ ! f ] then echo "файла не существует — скопируем шаблон" ср fi Фрагмент скрипта, проверяющего наличие новой почты в почтовом ящике пользователя if [ s $MAIL ] then echo "Пришла почта" fi Фрагмент скрипта инициализации системы — запуска "суперсервера" Internet Если исполняемый файл /etc/inetd существует, он за пускается на выполнение.

if [ х /etc/inetd ] then /etc/inetd echo "запущен сервер fi Фрагмент скрипта, анализирующий ввод пользователя, сохраненный в пе ременной Если пользователь ввел или скрипт завершает свою работу.

www.books-shop.com UNIX if [ = о = ] then exit fi Циклы Язык программирования Bourne shell имеет несколько операторов цикла.

Приведем их синтаксис:

1) while условие do done 2) until условие do commandl done 3) for var in список do commandl done С помощью оператора while команды commandl, и т. д. будут выполняться, пока условие не станет ложным. Как и в случае с операто ром if, условие генерируется кодом возврата команды, например, test.

В случае оператора until команды commandl, и т. д. будут вы полняться, пока условие не станет истинным.

Оператор for обеспечивает выполнение цикла столько раз, сколько слов в списке. При этом переменная var последовательно принимает значения, равные словам из списка. Список может формироваться различными спо собами, например как вывод некоторой команды или с помощью шаблонов shell.

В другой форме for, когда список отсутствует, переменная var принимает значения позиционных параметров, переданных скрипту.

Чтобы наглядно представить себе приведенные операторы, обратимся к конкретным примерам.

Например, скрипт монтирования всех файловых систем для системы Solaris 2.5 включает в себя их проверку, исходя из данных, ука занных в файле При этом используется оператор while.

www.books-shop.com 78 Глава 1. Работа в операционной системе UNIX cat /etc/vfsck | while read special fsckdev fstype fsckpass mntopts Построчно считывает записи файла vfsck и присваивает переменным # fsckdev и т. д. значения соответствующих конфигурационных do case $special in ' ' * | ' ' ) # Игнорируем комментарии continue tt Игнорируем строки, не требующие действия continue esac Последовательно проверяем файловые системы с помощью утилиты # F $fstype $fsckdev >/dev/null 2>& done Скрипт очистки давно не используемых файлов во временных каталогах (обычно он запускается при загрузке системы) использует оператор for.

for dir in do find $dir ! type d +7 exec done При этом удаляются все файлы в указанных каталогах /usr/tmp и последний доступ к которым осуществлялся более недели назад.

Селекторы Оператор case предоставляет удобную форму селектора:

case слово in command command esac Значение слово сравнивается с шаблонами, начиная с первого. Если совпа дение найдено, то выполняются команды соответствующего раздела, кото рый заканчивается двумя символами ';

'• Шаблоны допускают наличие масок, которые были рассмотрены нами в разделе "Подстановки, выполняемые ко www.books-shop.com Пользовательская среда UNIX интерпретатором". Раздел с шаблоном аналогичен разделу default в синтаксисе селектора switch языка С: если совпадения с другими шаблона ми не произошло, то будут выполняться команды раздела '*)'.

В качестве примера использования селектора приведем скрипт запуска и останова системы печати в SCO UNIX.

state=$l set case $state in if [ $9 = "2" o $9 = "3" ] then exit fi [ f ] [ f ] *) echo "usage $ esac В случае, когда скрипт вызван с параметром start, будет произведен за пуск системы печати. Если параметр скрипта — stop, то система печати будет остановлена. Запуск скрипта с любым другим параметром приведет к выводу сообщения об ошибке.

Ввод Как мы уже видели, присвоение значений переменным может осуществ ляться явно или с помощью вывода некоторой программы. Команда read предоставляет удобный способ присвоить переменным значения, считан ные из стандартного потока ввода. Это может быть строка, введенная пользователем или считанная из файла в случае перенаправления потока.

Команда read считывает строку из стандартного потока ввода и последова тельно присваивает переменным, переданным в качестве параметров, зна чения слов строки. Если число слов в строке превышает число перемен ных, то в последней переменной будут сохранены все оставшиеся слова.

Продемонстрируем это на простом примере:

Текст скрипта Запуск скрипта $ echo "input: input: пример работы команды read while read var2 var do echo varl=$varl read echo var2=$var2 еще пример echo var3 =$var echo "input:

done var3= $ piracy@books-shop.com 80 Глава 1. Работа в операционной системе UNIX В приведенном примере read в цикле считывает пользовательский ввод.

Цикл завершается, когда достигнут конец файла (что эквивалентно пользо вательскому вводу поскольку при этом read возвращает неуда чу (код возврата равен 1) и while завершает работу. В первом цикле число введенных слов превышает количество переменных, поэтому значение пе ременной var3 состоит из двух слов. Во втором цикле значение var3 пусто.

Система управления заданиями Командный интерпретатор может поддерживать управление заданиями.

Для Bourne shell который мы рассматриваем, систему управления заданиями включает парный ему интерпретатор В остальном этот интерпретатор имеет те же возможности.

В системе управления заданиями каждая команда (простая или составная), которую пользователь запускает со своего терминала, называется заданием.

Все задания могут выполняться либо в текущем режиме, либо в фоновом режиме, либо быть приостановлены. Задание в каждом из этих состояний обладает рядом характеристик:

Состояние задания Характеристики Выполняется в текущем режиме Задание может считывать данные и выводить данные на терминал пользователя Выполняется в фоновом режиме Заданию запрещен ввод с терминала. Возмож ность вывода на терминал определяется дополни тельными установками Приостановлено Задание не выполняется Каждое задание при запуске получает уникальный идентификатор, назы ваемый номером задания, который используется в командах системы управ ления. Синтаксис номера задания, применяемый в командах:

% где может принимать следующие значения:

% или + Текущее задание — самое последнее запущенное или вновь запущен ное задание Предыдущее задание (по отношению к текущему) строка Задание, для которого строка присутствует в командной строке запуска Задание с номером п Задание, на которое можно уникально указать префиксом pref, на пример, команда ls(1), запущенная в фоновом режиме, адресуется за данием %ls Система управления заданиями позволяет использовать следующие допол нительные команды:

www.books-shop.com Пользовательская UNIX bg Продолжает выполнение остановленного задания в фоновом режиме. Без парамет ра относится к текущему заданию.

fg Продолжает выполнение остановленного задания в текущем режиме. Если задание выполнялось в фоновом режиме, ко манда перемещает его в текущий режим.

jobs [ p | 1] Выводит информацию об остановленных и фоновых заданиях с указанными номера ми. Если последний аргумент опущен, вы водится информация обо всех остановлен ных и фоновых заданиях. Приведенные ниже опции изменяют формат вывода:

1 Вывести идентификатор группы про цессов и рабочий каталог.

Вывести только идентификатор группы процессов.

kill Обеспечивает те же возможности, что и ко манда но по отношению к заданиям.

stop Останавливает выполнения фонового за дания.

wait Ожидает завершения выполнения задания jobid и возвращает его код возврата.

Приведенный ниже пример иллюстрирует использование команд управле ния заданиями и не нуждается в комментариях:

$ & [1] $ [2] $ jobs [1] — Running + Running comml $ stop % $ jobs [1] — Stopped (signal) inf.j [2] + Running comml $ stop %% $ jobs [1] 9112 Stopped (signal) inf.j (wd: /home/andy/SH/JOB) [2] + 9113 Stopped (signal) comml (wd:

$ bg [1] inf.j & $ jobs [1] + Running [2] — Stopped (signal) comml $ kill $ jobs www.books-shop.com 82 Глава /. Работа в операционной системе UNIX [1] + [2] Done $ Основные утилиты UNIX В предыдущих разделах мы использовали некоторые утилиты UNIX. Ниже приводятся краткие характеристики утилит, выпавших из поля нашего зрения. Более подробно с различными утилитами можно познакомиться в электронном справочнике Утилиты для работы с файлами Поле [opt] содержит конкретные опции каждой утилиты.

cd [dir] Изменяет текущий каталог. При задании без параметра — производит переход в домашний каталог пользователя.

[opt] file2 Утилита cmp(1) сравнивает два файла, указанных в ка diff [opt] filel file2 аргументов. Если файлы одинаковы, никакого сообщения не выводится. В противном случае выводятся данные о первом несоответствии между этими файлами (в данном примере первое различие найдено в 13 м символе 4 й строки):

$ cat filel 2 7 8 9 11 12 13 14 $ cat file 2 7 8 9 11 12 13 14 15 di f f $ cmp filel file filel file2 differ: char 13, line Утилита также сравнивает два файла и выводит список изменений, которые необходимо внести в содер жимое этих файлов для того, чтобы преобразовать первый файл во второй. По существу, вывод утилиты пред ставляет собой команды редактора ed(1), необходимые для преобразования filel в file2:

$ filel file За > diffl < 11 12 13 14 > 11 12 13 14 15 diff www.books-shop.com Пользовательская среда UNIX ср [opt] filel file2 Утилита ср(1) служит для копирования файлов. При этом создается не жесткая связь, а новый файл:

ср [opt] filel dir $ ср filel file [opt] filel file $ filel file mv [opt] filel dir 261425 1 andy user 49 Dec 24 filel 261427 1 andy user 49 Dec 24 file Утилита mv(1) изменяет имя файла.

Если последний параметр является каталогом, то число аргументов утилит ср(1) или mv(1) может превышать 2. В этом случае будет производиться копирование или пе ремещение указанных файлов в каталог.

[opt] filel... Утилиты удаления файлов и каталогов. При этом удаля ются только записи имен файлов в соответствующих каталогах, фактическое содержимое файла (мета данные и дисковые данные) будет удалено, если число жестких связей для файла станет равным 0.

[opt] filel file2 Без параметров утилита ls(1) выводит имена файлов текущего каталога. В качестве параметров можно задать имена каталогов, содержимое которых необходимо вы вести, или имена файлов, информацию о которых нужно получить. Опции утилиты позволяют получить список различной информативности и формата.

[opt] source target Утилита создает жесткую связь имени source с файлом, адресуемым именем target. При использовании опции s будет создана символическая связь.

mode] [ p] Создать каталог.

dirl...

pwd Вывести имя текущего каталога.

fgrep [opt] Утилиты поиска фрагментов текста в файлах. Могут ис filel...

пользоваться в качестве фильтров в программных каналах.

grep [opt] Для поиска подстроки в файлах можно использовать filel.

самую простую из утилит fgrep(1) (fast grep).

egrep Если подстрока поиска содержит пробелы или знаки filel.

табуляции, ее необходимо заключить в кавычки. Если подстрока уже содержит кавычки, их надо экранировать, поместив символ непосредственно перед кавычками:

5 fgrep "рассмотрим в разделе chap* Если вы хотите сделать поиск нечувствительным к за главным/строчным символам, используйте ключ у. Для поиска строк, не содержащих указанную подстроку, ис пользуется ключ v.

Утилиты grep(1) и egrep(1) позволяют производить более сложный поиск, например, когда вы не уверены в напи сании искомого слова, или хотите найти слова, распо ложенные в определенных местах файла. В этом случае www.books-shop.com 84 Глава 1. Работа в операционной системе UNIX в качестве подстроки поиска указывается регулярное выражение Например, чтобы произвести поиск слова "центр" в аме риканском (center) и британском (centre) написании, можно задать следующую команду:

$ grep file ИЛИ $ grep file [er] является регулярным выражением, соответствую щим либо символу ' либо ' Регулярное выраже ние должно быть заключено в кавычки для предотвра щения интерпретации специальных символов команд ным интерпретатором shell.

cat [opt] file Утилиты просмотра содержимого файла.

more [opt] e Команда cat file выводит содержимое файла file head file терминала. Если у вас есть подозрение, что tail [opt] file файл не текстовый, т. е. содержит "непечатные" симво лы, лучше запустить cat(1) с ключом v. В этом случае вывод таких символов (которые, кстати, могут нарушить настройки вашего терминала) будет подавлен.

Если размер файла велик и его содержимое не поме щается в терминальном окне, удобнее будет воспользо ваться утилитами рд(1) и more(1), позволяющими выво дить файл порциями.

Посмотреть только начало (первые n строк) или конец (последние n строк) файла можно с помощью утилит head(1) и tail(1), соответственно.

Для сортировки строк файла используется утилита Например, для сортировки текста в алфавитном порядке необходимо ввести следующую команду:

$ sort file Вы можете указать номер слова строки, по которому необходимо произвести сортировку (точнее, номер поля записи;

по умолчанию записью является строка, а поля разделены пробелами). Например, для сортировки строк файла Андрей Май Борис Январь Владимир Март по месяцам, можно использовать команду $ sort +1 file в результате получим:

Борис Январь Владимир Март Андрей Май www.books-shop.com UNIX Опция определяет сортировку по месяцам (не по ал фавиту), опция +1 указывает, что сортировку необходи мо проводить по второму полю каждой строки.

cut Позволяет отфильтровать указанные поля строк файла.

Разделитель полей указывается опцией d. На пример, чтобы получить реальные имена пользователей системы (пятое поле файла паролей), можно использо вать следующую команду:

$ cat /etc/passwd | cut d:

WWW Administrator Yuri Korenev Serge Smirnoff W3 group Konstantin Fedorov Andrei Robachevsky Sergey Petrov Позволяет вывести число строк, слов и символов текста файла.

find [opt] Выполняет поиск файла в файловой системе UNIX, на чиная с каталога dir. Например, для вывода полного имени исполняемого файла командного интерпретатора Bourne shell введите команду:

$ find / name sh print 2>/dev/null /usr/bin/sh /sbin/sh С помощью опции name указывается имя искомого файла, а с помощью опции print — действие (вывести полное имя).

С помощью find(1) можно производить поиск файлов по другим критериям, например, размеру, последнему времени модификации и т. д. Например, чтобы найти файлы с именем core (образ процесса, создаваемый при неудачном его завершении и используемый в целях отладки), последнее обращение к которым было, ска жем, более месяца назад (скорее всего такие файлы не нужны пользователям и только "засоряют" файловую систему), можно задать команду:

$ find / name core atime +30 print www.books-shop.com 86 Глава Работа в операционной системе UNIX Если вы сторонник жесткого администрирования, то можно применить следующую команду:

$ / name core +30 exec которая автоматически удалит все найденные файлы.

user file. Изменяет владельца пользователя указанных файлов.

chgrp group file Изменяет владельца группу указанных файлов.

mode file. Изменяет права доступа и дополнительные атрибуты файлов.

... Сканирует начало файла и пытается определить его тип.

Если это текстовый файл (ASCII), file(1) пытается опре делить его синтаксис (текст, программа на С и т. д.).

Если это бинарный файл, то классификация ведется по так называемому magic number, определения которого находятся в файле /etc/magic.

$ file * tar archive report.doc: ascii text work: directory с program text ELF 32 bit MSB executable figure.gif: data Утилиты для управления процессами nice [ command Утилита применяется для запуска программы на renice new nice полнение с относительным приоритетом (nice number), отлич от принятого по умолчанию. Например, ввод команды:

$ nice приведет к запуску с большим значением nice. В UNIX чем больше значение nice number, тем меньший приоритет имеет процесс. Таким образом, при планировании выполнения процессов вероятность того, что ядро операционной системы выберет именно для запуска, уменьшится. Как следствие, big_program станет выполняться дольше, но будет ме нее интенсивно потреблять процессорные ресурсы.

Только администратор системы может повысить приори тет процесса (уменьшить значение nice number):

$ nice Утилита renice(1) позволяет изменять приоритет процес са во время его выполнения. Например, команда $ renice 5 устанавливает значение nice number процесса с иден тификатором 1836 равным 5. Как и в случае команды nice(1), увеличить приоритет процесса может только ад министратор системы.

www.books-shop.com Пользовательская среда UNIX ps Утилита ps(1) выводит информацию о существующих процессах. При использовании различных опций она позволяет получить следующую информацию:

F статус процесса (системный процесс, блокировки в памяти и т. д.) S состояние процесса (О — выполняется процессором, S — находится в состоянии сна, R — готов к выполнению, I — созда ется, Z — зомби) UID идентификатор (имя) пользователя — владельца процесса PID идентификатор процесса PPID идентификатор родительского процесса PRI текущий динамический приоритет процес са значение nice number процесса TTY управляющий терминал процесса ('?' — означает отсутствие управляющего тер минала) TIME суммарное время выполнения процесса процессором время создания процесса (может отли чаться от времени запуска команды) COMMAND имя команды, соответствующей процессу kill Посылает процессам с идентификаторами и т. д. сигнал signo. Сигнал signo может быть указан как в числовой, так и в символьной форме. Команда kill I выводит таблицу соответствия между символьными име нами сигналов и их числовыми значениями:

$ kill I 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) SIGFPE 9) 10) 11) 12) SIGSYS 13) SIGPIPE 14) 15) 16) Таким образом, следующие две команды эквивалентны:

$ kill 9 $ kill SIGKILL at [opt] Утилита at(1) считывает команды стандартного потока ввода и группирует их в задание at, которое будет вы полнено в указанное пользователем время. Для выпол нения задания будет запущен командный интерпретатор, в среде которого и будут исполнены команды.

Например, следующая команда, позволит вам поздра вить друга с днем рождения в назначенное время:

www.books-shop.com Глава Работа в операционной системе UNIX $ at May cat I elm Днем Вы можете добавить опцию т, и после выполнения за дания вам будет отправлено уведомление по электрон ной почте.

Об администрировании UNIX Достаточно открыть оглавление любого "Руководства системного админи стратора" для UNIX, чтобы оценить то многообразие задач и проблем, с которыми приходится сталкиваться при обслуживании системы:

Настройка жизненно важных для пользователей подсистем, таких как файловая система, система печати и сетевая поддержка. Каждая из них, в свою очередь, может быть разделена на десятки подзадач.

О Регистрация пользователей. Каждый новый пользователь добавляет "забот" администратору системы, но какой же UNIX без пользовате лей!

Постоянный мониторинг системы и борьба с авариями. Причем, как правило, неполадки возникают в самый неподходящий момент и там, где их совсем не ждешь. Здесь от администратора потребуется хорошее знание не только операционной системы, но и аппаратуры, на которой она работает.

Настройка производительности системы.

Обучение, наставление, "ссоры" и "примирения" с пользователями операционной системы, которую вы обслуживаете.

В этой книге вы не найдете практического руководства по администриро ванию системы. Вместо этого в следующих главах мы попытаемся взгля нуть на UNIX изнутри, понять как устроена эта система и как она работа ет. Может быть после этого вы посмотрите на руководства другими глаза ми, а администрирование системы не сведется к простому заучиванию команд.

В качестве компенсации за отсутствие практического руководства предла гаю вашему вниманию перевод материала, найденный мною на одном из WWW серверов Internet, в котором приведена забавная классификация системных администраторов.

Можно выделить четыре типа системных администраторов UNIX:

Технический бандит. Обычно в прошлом системный программист, вынужденный заниматься системным администрированием. Пишет www.books-shop.com Пользовательская UNIX скрипты на смеси языков интерпретатора Bourne shell, sed, С, awk, perl и APL.

Администратор фашист. Обычно это законченный тунеядец (реже — бывшая ведьма секретарша), вынужденный заниматься системным администрированием.

Маньяк. Стареющий хакер, обнаруживший, что ни ни Куба не собираются достойно оплачивать его услуги по компьютерному шпионажу, вследствие чего подавшийся в системные администраторы.

Идиот. Полный кретин или старый программист на Коболе, вы бранный в системные администраторы комитетом, состоящим из та ких же кретинов или старых программистов на Коболе.

Как определить, к какому типу принадлежит ваш системный админи стратор?

Ситуация Нехватка дискового пространства Технический бандит. Пишет набор скриптов для мониторинга использова ния дискового пространства, для сопровождения базы данных статистики использования диска, для прогнозирования будущего использования с по мощью регрессионного анализа, для выявления пользователей, которые превысили стандартное отклонение от среднего значения и, наконец, для отправления нарушителям почтовых сообщений. Помещает скрипты под управление В результате свободное дисковое пространство не уве личивается, поскольку "дисковые обжоры" обычно не читают почту.

Администратор фашист. Помещает правила использования диска в сооб щение дня Активно пользуется квотированием дискового простран ства. Не допускает никаких исключений, чем полностью останавливает деятельность разработчиков. Блокирует регистрацию пользователей, пре высивших квоту.

Маньяк: # cd /home # rf s * | sort I head 1 | awk Идиот: # cd /home cat s * | sort rn | head 1 I awk printf I compress Ситуация 2. Избыточная загрузка процессора Технический бандит. Пишет набор скриптов для мониторинга использова ния вычислительных ресурсов, для сопровождения базы данных статисти ки их использования, для выявления процессов, превысивших стандартное значение и для изменения приоритета таких процессов. Помещает скрип ты под управление В результате понижения приоритета офисной базы данных, предает ее забвению, ставя всю работу на грань срыва к не малой радости поклонников игры в piracy@books-shop.com 90 Глава I. Работа в операционной UNIX Администратор фашист. Помещает правила использования вычислитель ных ресурсов в сообщение дня motd. Активно пользуется квотированием процессорных ресурсов. Не допускает никаких исключений, чем полно стью останавливает деятельность разработчиков к немалой радости по клонников игры в Маньяк: # kill 9 | sort rn +8 9 1 head 1 | Идиот: # compress augxww | sort rn +8 9 | head I awk ' $2} Ситуация З. Регистрация новых пользователей Технический бандит. Пишет скрипт на языке Perl, создающий домашний каталог пользователя, определяющий непонятное окружение и помещаю щий записи в файлы /etc/passwd, /etc/shadow и /etc/group. Устанавливает на скрипт бит и обязывает секретаршу обеспечить регистрацию но вых пользователей. Поскольку обычно секретарша так и не может разо браться в разнице между и ни один новый пользователь не зарегистрирован.

Администратор фашист. Помещает правила регистрации пользователей в сообщение дня motd. Поскольку незарегистрированные пользователи не могут прочитать это сообщение, никто не выполняет бюрократических требований, и, как следствие, ни один новый пользователь не зарегистри рован.

Маньяк. "Если ты настолько глуп, что не можешь взломать машину и са мостоятельно зарегистрироваться, тебе нечего делать в моей системе. В этом ящике и так слишком много придурков".

Идиот: # cd /home;

mkdir home directory" echo "Bob f" > /etc/passwd Ситуация 4. Авария загрузочного диска Технический бандит. Чинит диск. Обычно ему удается восстановить фай ловую систему прямо из приглашения загрузки. Если это не помогает, за пускает микроядро, которое запускает на соседнем компьютере скрипт, копирующий на аварийную машину загрузочный код, переформатирую щий диск и инсталлирующий операционную систему. Оставляет скрипт работать до конца уик энда, а сам отправляется в поход в горы.

Администратор фашист. Начинает расследование аварии. Отказывается ис править аварию до тех пор, пока виновный не найден, и с него не взыска на стоимость сломанного оборудования.

www.books-shop.com среда UNIX Маньяк. Извлекает диск. С помощью кузнечного молота пытается подо гнать отдельные пластины. Звонит производителю. Во время установки нового диска и операционной системы наносит оскорбления присланному инженеру.

Идиот. Не замечает ничего необычного.

Ситуация 5. Слабая производительность сети Технический бандит. Пишет скрипт для мониторинга сети, переписывает программное обеспечение, чем повышает производительность на 2%. По жимает плечами, говорит: "Я сделал все, что мог", и отправляется в поход в горы.

Администратор фашист. Помещает правила работы в сети в сообщение дня Звонит в Беркли и в AT&T, приставая к ним, как установить сете вые квоты. Пытается уволить поклонников игры в xtrek.

Маньяк. Каждые два часа размыкает кабель Ethernet и ждет тайм аута на сетевых соединениях.

Идиот: # compress f /dev/enO Ситуация 6. "Глупые" вопросы пользователей Технический бандит. Отвечает на вопросы в или дво ичном виде, иногда по французски, пока пользователь не уходит.

Администратор фашист. Блокирует вход пользователя в систему, пока тот не представит веские доказательства своей квалификации.

Маньяк: # cat cshrc alias vi v BoZo > ~/.z;

f Идиот. Отвечает на все вопросы в меру своего понимания. Приглашает пользователя в группу администрирования системы.

Ситуация 7. Установка новой версии операционной системы Технический бандит. Изучает исходные тексты новой версии и выбирает из них только то, что ему нравится.

Администратор фашист. В первую очередь изучает законодательные акты про тив производителя, поставляющего программное обеспечение с ошибками.

Маньяк: # uptime l:33pm up 19 days, 2 2 : 4 9, users, load average: 6. 49, 6.45, 6. www.books-shop.com 92 Глава Работа в операционной системе UNIX wall Итак, настало время установки новой версии. Займет несколько часов, и если нам повезет — управимся к 5 00. Мы работаем для Идиот: # Ситуация 8. Пользователям необходима электронная телефонная книга Технический бандит. Пишет программу на RDBMS, perl и Smalltalk. Отча явшиеся пользователи возвращаются к использованию записных книжек.

Администратор фашист. Устанавливает Oracle. Отчаявшиеся пользователи возвращаются к использованию записных книжек.

Маньяк. Предлагает пользователям хранить данные в едином сплошном файле и применять grep(l) для поиска телефонных номеров.

Идиот: % dd ibs=80 if=/dev/rdisk001s7 | grep "Fred" Заключение Эта глава знакомит с пользовательской средой UNIX, а также с основны ми подсистемами этой операционной системы — файловой подсистемой, подсистемой управления процессами и памятью, и с подсистемой вво да/вывода.

Большое внимание уделено командному интерпретатору shell, и его языку программирования. Это, как вы убедились, достаточно мощный инстру мент, который, в частности, используется при администрировании систе мы и конфигурации процесса инициализации UNIX. В конце главы при ведены наиболее распространенные утилиты, которые можно найти в лю бой версии UNIX.

www.books-shop.com программирования UNIX Одной из целей, которые изначально ставились перед разработчиками UNIX, являлось создание удобной среды программирования. Во многом это справедливо и сегодня.

Разговор в данной главе пойдет о программировании в UNIX. Может по казаться, что предлагаемый материал интересен лишь разработчикам про граммного обеспечения. Это не совсем так. Безусловно, разработка про грамм невозможна без знания интерфейса системных вызовов и без пони мания внутренних структур и функций, предоставляемых операционной системой. Однако осмысленное администрирование системы также за труднительно без представления о том, как работает UNIX. Программный интерфейс UNIX позволяет наглядно показать внутренние механизмы этой операционной системы.

В начале главы дана общая характеристика программного интерфейса UNIX и связанной с ним среды разработки;

затронуты такие важные те мы, как обработка ошибок, различия между системными вызовами и функциями стандартных библиотек, форматы исполняемых файлов и раз мещение образа программы в памяти;

также описано, как происходит за пуск и завершение программы с точки зрения программиста.

Следующие два раздела посвящены подробному обсуждению программ ного интерфейса двух важнейших подсистем операционной системы UNIX: файловой подсистемы и подсистемы управления процессами и па мятью. В них рассматриваются важнейшие системные вызовы работы с фай лами, функции стандартной библиотеки ввода/вывода, системные вызовы создания процесса, запуска новой программы и управления процессами.

В заключение приводятся два типичных приложения: демон и командный интерпретатор, на примере которых проиллюстрированы темы, затронутые в данной главе.

Программный интерфейс UNIX Системные вызовы и функции стандартных библиотек Все версии UNIX предоставляют строго определенный ограниченный на бор входов в ядро операционной системы, через которые прикладные за www.books-shop.com 94 Глава 2. Среда программирования UNIX дачи имеют возможность воспользоваться базовыми услугами, предостав ляемыми UNIX. Эти точки входа получили название системных вызовов (system calls). Системный вызов, таким образом, определяет функцию, вы полняемую ядром операционной системы от имени процесса, выполнив шего вызов, и является интерфейсом самого низкого уровня взаимодейст вия прикладных процессов с ядром. Седьмая редакция UNIX включала около 50 системных вызовов, современные версии, например, SVR4, пред лагают более 120.

Системные вызовы обычно документированы в разделе 2 электронного справочника. В среде программирования UNIX они определяются как функции С, независимо от фактической реализации вызова функции ядра операционной системы. В UNIX используется подход, при котором каж дый системный вызов имеет соответствующую функцию (или функции) с тем же именем, хранящуюся в стандартной библиотеке языка С (в даль нейшем эти функции будем для простоты называть системными вызова ми). Функции библиотеки выполняют необходимое преобразование аргу ментов и вызывают требуемую процедуру ядра, используя различные приемы. Заметим, что в этом случае библиотечный код выполняет только роль оболочки, в то время как фактические инструкции расположены в ядре операционной системы.

Помимо системных вызовов программисту предлагается большой набор функций общего назначения. Эти функции не являются точками входа в ядро операционной системы, хотя в процессе выполнения многие из них выполняют системные вызовы. Например, функция использует системный вызов для записи данных в файл, в то время как функ ции strcpy(3C) (копирование строки) или (преобразование символа в его числовое значение) вообще не прибегают к услугам операционной системы. Функции, о которых идет речь, хранятся в стандартных библио теках С и наряду с системными вызовами составляют основу среды про граммирования в UNIX. Подробное описание этих функций приведено в разделе 3 электронного справочника.

Таким образом, часть библиотечных функций является "надстройкой" над системными вызовами, обеспечивающей более удобный способ получения системных услуг. В качестве примера рассмотрим процесс получения те кущей даты и времени. Соответствующий системный вызов воз вращает время в секундах, прошедшее с момента Epoch: 1 января 1970 го да. Дополнительная интерпретация этого значения, такая как преобразо вание в вид, удобный для восприятия (дата и время) с учетом временной зоны, осуществляется библиотечными функциями и т. д.). К этим функциям можно отнести функции библиотеки вво да/вывода, функции распределения памяти, часть функций управления процессами и т. д.

www.books-shop.com Программный интерфейс UNIX На рис. 2.1 показана схема взаимодействия приложения с ядром операци онной системы при использовании системных вызовов и библиотечных функций.

Процесс Интерфейс системных вызовов Рис. Системные вызовы и библиотечные функции Обработка ошибок В предыдущем разделе мы обсудили разницу между системными вызовами и библиотечными функциями. Они также различаются по способу переда чи процессу информации об ошибке, произошедшей во время выполнения системного вызова или функции библиотеки.

Обычно в случае возникновения ошибки системные вызовы возвращают и устанавливают значение переменной errno, указывающее причину воз никновения ошибки. Так, например, существует более десятка причин за вершения вызова с ошибкой, и все они могут быть определены с помощью переменной errno. Файл заголовков содержит коды ошибок, значения которых может принимать переменная errno, с кратки ми комментариями.

Библиотечные функции, как правило, не устанавливают значение пере менной errno, а код возврата различен для разных функций. Для уточне ния возвращаемого значения библиотечной функции необходимо обра титься к электронному справочнику Поскольку базовым способом получения услуг ядра являются системные вызовы, рассмотрим более подробно обработку ошибок в этом случае.

Переменная errno определена следующим образом:

external int errno;

www.books-shop.com 96 Глава 2. программирования UNIX Следует обратить внимание, что значение не обнуляется следующим нормально завершившимся системным вызовом. Таким образом, значение errno имеет смысл только после системного вызова, который завершился с ошибкой.

Стандарт ANSI С определяет две функции, помогающие сообщить причи ну ошибочной ситуации: и Функция имеет вид:

ttinclude char Функция принимает в качестве аргумента errnum номер ошибки и возвра щает указатель на строку, содержащую сообщение о причине ошибочной ситуации.

Функция объявлена следующим образом:

void char Функция выводит в стандартный поток сообщений об ошибках информа цию об ошибочной ситуации, основываясь на значении переменной errno.

Строка s, передаваемая функции, предваряет это сообщение и может слу жить дополнительной информацией, например содержа название функции или программы, в которой произошла ошибка.

Следующий пример иллюстрирует использование этих двух функций:

argc, char { errno = perror (argv [ ) } Запустив программу, мы получим следующий результат на экране:

$ ENOMEM: Not enough space Exec format error Эти функции используются, в частности, командным интерпретатором и большинством стандартных утилит UNIX. Например:

$ No such file or directory ошибка ENOENT $ pg do_not_read: Permission denied ошибка EACCESS $ www.books-shop.com Программный интерфейс UNIX В табл. 2.1 приведены наиболее общие ошибки системных вызовов, вклю чая сообщения, которые обычно выводят функции и а также их краткое описание.

Таблица 2.1. Некоторые ошибки системных вызовов Код ошибки и сообщение Описание Размер списка аргументов, переданных систем E2BIG ному вызову плюс размер экспортируе Arg list too long мых переменных окружения превышает ARG_MAX байт Попытка доступа к файлу с недостаточными пра EACCESS вами для данного класса (определяемого эффек Permission denied тивным и GID процесса и соответствующими идентификаторами файла) EAGAIN Превышен предел использования некоторого ре сурса, например, переполнена таблица процессов Resource temporarily unavailable или пользователь превысил ограничение по коли честву процессов с одинаковым UID. Причиной также может являться недостаток памяти или превышение соответствующего ограничения (см.

раздел "Ограничения" далее в этой главе) EALREADY Попытка операции с неблокируемым объектом, Operation already in progress уже обслуживающим некоторую операцию EBADF Попытка операции с файловым дескриптором, не адресующим никакой файл;

также попытка опе Bad file number рации чтения или записи с файловым дескрипто ром, полученным при открытии файла на запись или чтение, соответственно EBADFD Файловый дескриптор не адресует открытый файл или попытка операции чтения с файловым File descriptor in bad state дескриптором, полученным при открытии файла только на запись EBUSY Попытка монтирования устройства (файловой системы), которое уже примонтировано;

попытка Device busy размонтировать файловую систему, имеющую открытые файлы;

попытка обращения к недоступ ным ресурсам (семафоры, блокираторы и т. п.) ECHILD Вызов функции процессом, не имеющим дочерних процессов или процессов, для которых No child processes уже был сделан вызов EDQUOT Попытка записи в файл, создание каталога или файла при превышении квоты пользователя на Disk quota exceeded дисковые блоки, попытка создания файла при превышении пользовательской квоты на число inode www.books-shop.com 98 Глава 2. программирования UNIX Таблица 2.1 (продолжение) Код ошибки и Описание EEXIST Имя существующего файла использовано в недо File exists пустимом контексте, например, сделана попытка создания символической связи с именем уже существующего файла EFAULT Аппаратная ошибка при попытке использования Bad address системой аргумента функции, например, в каче стве указателя передан недопустимый адрес EFBIG Размер файла превысил установленное ограни File too large чение RLIMIT_FSIZE или максимально допусти мый размер для данной файловой системы (см.

раздел "Ограничения" далее в этой главе) EINPROGRESS Попытка длительной операции (например, уста Operation now in progress новление сетевого соединения) для неблокируе мого объекта EINTR Получение асинхронного сигнала, например, сиг Interrupted system call нала SIGINT или во время обработки сис темного вызова. Если выполнение процесса будет продолжено после обработки сигнала, прерванный системный вызов завершится с этой ошибкой EINVAL Передача неверного аргумента системному вызо Invalid argument ву. Например, размонтирование устройства (фай ловой системы), которое не было примонтирова но. Другой пример — передача номера несущест вующего сигнала системному вызову kill(2) физического устройства ЕЮ Ошибка I/O error EISDIR Попытка операции, недопустимой для каталога, Is a directory например, запись в каталог с помощью вызова ELOOP При попытке трансляции имени файла было обна Number of symbolic links encoun ружено недопустимо большое число символических tered during path name traversal связей, превышающее значение MAXSYMLINKS exceeds EMFILE Число открытых файлов для процесса превысило Too many open files максимальное значение OPEN MAX Длина полного имени файла (включая путь) пре File name too long высила максимальное значение PATH MAX Переполнение файловой таблицы File table overflow ENODEV Попытка недопустимой операции для устройства. На No such device пример, попытка чтения устройства только для записи или операция для несуществующего устройства www.books-shop.com Программный интерфейс UNIX Таблица 2.1 (продолжение) Код ошибки и сообщение Описание ENOENT Файл с указанным именем не существует или No such file or directory отсутствует каталог, указанный в полном имени файла ENOEXEC Попытка запуска на выполнение файла, который Exec format error имеет права на выполнение, но не является фай лом допустимого исполняемого формата ENOMEM При попытке запуска программы или Not enough space размещения памяти размер запрашивае мой памяти превысил максимально возможный в системе Попытка получения сообщения определенного No message of desired type типа, которого не существует в очереди (см. раз дел "Сообщения" в главе 3) ENOSPC Попытка записи в файл или создания нового ка No space left on device талога при отсутствии свободного места на уст ройстве (в файловой системе) ENOSR Отсутствие очередей или головных модулей при Out of stream resources попытке открытия устройства STREAMS. Это со стояние является временным. После освобожде ния соответствующих ресурсов другими процес сами операция может пройти успешно ENOSTR Попытка применения операции, определенной Not a stream device для устройств типа STREAMS (например систем ного вызова putmsg(2) или для устрой ства другого типа ENOTDIR В операции, предусматривающей в качестве ар Not a directory гумента имя каталога, было указано имя файла другого типа (например, в пути для полного имени файла) ENOTTY Попытка системного вызова ioctl(2) для устройст Inappropriate for device ва, которое не является символьным EPERM Попытка модификации файла, способом, разре Not owner шенным только владельцу и суперпользователю и запрещенным остальным пользователям. Попыт ка операции, разрешенной только суперпользо вателю EPIPE Попытка записи в канал (pipe), для которого не Broken pipe существует процесса, принимающего данные. В этой ситуации процессу обычно отправляется со ответствующий сигнал. Ошибка возвращается при сигнала piracy@books-shop.com Глава 2. Среда программирования UNIX Таблица 2.1 (окончание) Код ошибки и сообщение Описание EROFS Попытка модификации файла или каталога для Read only file system устройства (файловой системы), примонтирован ного только на чтение ESRCH Процесс с указанным PID не существует в системе No such process Создание программы Создание любой программы обычно начинается с базовой идеи (но не все гда), разработки ее блок схемы (современные программисты часто пропус кают этот этап), интерфейса пользователя (весьма ответственный процесс) и написания исходного текста. Далее следуют этапы компиляции и отладки.

В этом разделе рассмотрен процесс создания написанного на языке С и разработанного для операционной системы UNIX. Предвидя обвинения в архаизме, мы все таки остановимся на добротном ANSI С и базовой среде разработки UNIX, во первых, полагая, что старый друг лучше новых двух, а во вторых потому, что объектом нашего обсуждения все же является UNIX, а не современные средства создания приложений.

Заметим также, что язык программирования С является "родным" языком UNIX, поскольку ядро операционной системы написано на этом Это, безусловно, не ограничивает возможности других языков и техноло гий программирования, которые сегодня, наверное, используются даже чаще, чем обсуждаемый нами традиционный подход.

Опустим также процесс рождения базовой идеи и разработку блок схем, полагая, что все это уже сделано. Итак, начнем с исходного текста буду щей программы.

Исходный текст Исходные тексты программы, разработанной для UNIX, по большому сче ту мало отличаются от текстов приложений, создаваемых для других опе рационных систем. Можно сказать уверенно, что синтаксис языка опреде ляется не операционной системой. Все, что вам потребуется, это хорошее знание самого языка и особенностей системы UNIX, а именно — ее сис темных вызовов.

Несмотря на то, что многие современные версии UNIX (особенно коммерческие) постав ляются без исходных текстов, основная часть кода ядра в них получена компиляции С модулей.

www.books-shop.com программы Во первых, не забудьте включить в исходный текст необходимые файлы заголовков. Во вторых, уточните синтаксис вызова библиотечных и сис темных функций. В третьих, используйте их по назначению. В четвертых, не пренебрегайте комментариями.

В этом (за исключением, пожалуй, четвертого совета) вам помогут элек тронный справочник ваш опыт, и, надеюсь, эта книга.

Заголовки Использование системных функций обычно требует включения в текст программы файлов содержащих определения — чис ло передаваемых аргументов, типы аргументов и возвращаемого значения.

Большинство системных файлов заголовков расположены в каталогах или Если вы планируете использовать мало знакомую системную функцию, будет нелишним изучить соответствующий раздел электронного справочника тап(1). Там же, помимо описания фор мата функции, возвращаемого значения и особых ситуаций, вы найдете указание, какие файлы заголовков следует включить в программу.

Файлы заголовков включаются в программу с помощью директивы #include. При этом, если имя файла заключено в угловые скобки (<>), это означает, что поиск файла будет производиться в общепринятых каталогах хранения файлов заголовков. Если же имя файла заголовка заключено в кавычки, то используется явно указанное абсолютное или относительное имя файла.

Например, системный вызов creat(2) служащий для создания обычного файла, объявлен в файле следующим образом:

linclude ttinclude int char Включение в исходный текст прототипа системного вызова creat(2) позво ляет компилятору произвести дополнительную проверку правильности ис пользования этой функции, а именно — числа аргументов и их типов.

Можно заметить, что наряду со стандартными типами языка С, например char, для второго аргумента используется производный тип — В ранних версиях UNIX большинство системных вызовов исполь зовали стандартные типы, например, creat(2) для второго аргумента охотно принимала тип int. Производные типы переменных, имеющие окончание _t, которые вы в большом количестве встретите при программировании в UNIX, получили название примитивов системных данных. Большинство этих типов определены в файле , а их назначение заключает ся в улучшении переносимости написанных программ. Вместо конкретных типов данных, каковыми являются int, char и т. п., приложению предлага www.books-shop.com Глава 2.

UNIX ется набор системных типов, гарантированно неизменных в контексте сис темных вызовов. Другими словами, во всех версиях UNIX сегодня и спустя десять лет, системный вызов creat(2) в качестве второго аргумента будет принимать переменную типа mode_t. Фактический размер переменных этого типа может быть разным для различных версий системы, но это от разится в изменении соответствующего файла заголовков и потребует только перекомпиляции вашей программы.

Среда программирования UNIX определяется несколькими стандартами, обсуждавшимися во введении, и может незначительно различаться для разных версий системы. В частности, стандарты ANSI С, POSIX. 1 и XPG4, определяют названия и назначения файлов заголовков, приведенных в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Стандартные файлы заголовков Файл заголовка Назначение Содержит прототип функции используемой для диагностики Содержит определения, используемые для файловых архи вов cpio(1) Содержит определения символьных типов, а также прототи пы функций определения классов символов (ASCII, печат ные, цифровые и т. д.) — isdigit(3C) и Содержит определения структур данных каталога, а также прототипы функций работы с каталогами и т. д.

Содержит определения кодов ошибок (см. раздел "Обра ботка ошибок" в начале главы) Содержит прототипы системных вызовов open(2) и creat(2), а также определения констант и структур данных, необходимых при работе с файлами Содержит определения констант, необходимых для опера ций с плавающей точкой Содержит прототипы функций, используемых для сканиро вания дерева файловой системы (file tree walk) ftw(3C) и nftw(3C), a также определения используемых констант Содержит прототипы функций и определения структур дан ных, используемых для работы с группами пользователей:

getgrnam(3C), getgrgid(3C) и т. д.

Содержит определения языковых констант: дни недели, названия месяцев и т. д., а также прототип функции www.books-shop.com программы ЮЗ Таблица 2.2 (продолжение) Файл Назначение Содержит определения констант, определяющих значения ограничений для данной реализации: минимальные и мак симальные значения основных типов данных, максимальное значение файловых связей, максимальная длина имени файла и т. д.

Содержит определения констант, используемых для созда ния пользовательской среды, зависящей от языковых и культурных традиций (форматы дат, денежные форматы и т. д.), а также прототип функции setlocale(3C) Содержит определения математических констант (я, е, и Содержит определения для каталогов сообщений (message catalog), а также прототипы функций catopen(3C) и catclose(3C) Содержит определение структуры файла паролей /etc/passwd, а также прототипы функций работы с ним:

getpwnam(3C), getpwent(3C), и т. д.

Содержит определения констант и структур данных, исполь зуемых в регулярных выражениях, а также прототипы функ ций для работы с ними: и т. д.

Содержит определения констант и структур данных, а также прототипы функций, необходимых для поиска: hsearch(3C), hcreate(3C), Содержит прототипы функций перехода setjmp(3C), siglongjmp(3C), a также опреде ления связанных с ними структур данных Содержит определения констант и прототипы функций, не обходимых для работы с сигналами:

sigemptyset(3C), и т. д. (см. раздел "Сигналы" далее в этой главе) Содержит определения, необходимые для поддержки спи сков аргументов переменной длины Содержит стандартные определения (например size_t) Содержит определения стандартной библиотеки вво Содержит определения стандартной библиотеки Содержит прототипы функций работы со строками string(3C), strcasecmp(3C), strcat(3C), strcpy(3C) и т. д.

Содержит определения, используемые для файловых архи вов tar(1) www.books-shop.com Глава 2. программирования UNIX Таблица 2.2 (продолжение) Файл заголовка Назначение Содержит определения констант, структур данных и прото типы функций для обработки терминального Содержит определения типов, констант и прототипы функ ций для работы со временем и датами: time(2), ctime(3C), localtime(3C), tzset(3C), а также определения, относящиеся к таймерам getitimer(2), setitimer(2). Таймеры будут рас смотрены в главе Содержит определения констант и прототип системного вызова ulimit(2) для управления ограничениями, наклады ваемыми на процесс. См. также раздел "Ограничения" да лее в этой главе Содержит определения системных символьных констант, а также прототипы большинства системных вызовов Содержит определения структур данных и прототип систем ного вызова utime(2) для работы с временными характери стиками файла (временем доступа и модификации) Содержит определения, относящиеся к системе межпро цессного взаимодействия (IPC), которые рассматриваются в главе Содержит определения, относящиеся к (сообщениям) под системе IPC. См. также раздел "Сообщения" главы Содержит определения констант и прототипы системных вызовов управления размерами ресурсов, доступных про цессу: getrlimit(2) и setrlimit(2). Более подробно ограничения на ресурсы обсуждаются в разделе "Ограничения" далее в этой главе Содержит определения, относящиеся к (семафорам) под системе IPC. См. также раздел "Семафоры" главы Содержит определения, относящиеся к (разделяемой памя ти) подсистеме IPC. См. также раздел "Разделяемая па мять" главы Содержит определения структур данных и прототипы сис темных вызовов, необходимых для получения информации о файле: stat(2), lstat(2), Подробнее эти системные вызовы рассмотрены в разделе "Метаданные файла" далее в этой главе Содержит определения структур данных и прототипа сис темного вызова times(2), служащего для получения стати стики выполнения процесса (времени выполнения в режиме ядра, задачи и т. д.) Содержит определения примитивов системных данных www.books-shop.com программы Таблица 2.2 (окончание) Файл заголовка Назначение Содержит определения структур данных и прототип систем ного вызова используемого для получения имен системы (компьютера, операционной системы, версии и т.д.) Содержит определения констант и прототипы системных вызовов используемых для синхрониза ции выполнения родственных процессов Компиляция Процедура создания большинства приложений является общей и приведе на на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема компиляции программы www.books-shop.com 2. программирования UNIX Первой фазой является стадия компиляции, когда файлы с исходными текстами программы, включая файлы заголовков, обрабатываются компи лятором сс(1). Параметры компиляции задаются либо с помощью файла (или Makefile), либо явным указанием необходимых опций ком пилятора в командной строке. В итоге компилятор создает набор проме жуточных объектных файлов. Традиционно имена созданных объектных файлов имеют суффикс На следующей стадии эти файлы с помощью редактора связей связы ваются друг с другом и с различными библиотеками, включая стандартную библиотеку по умолчанию и библиотеки, указанные пользователем в каче стве параметров. При этом редактор связей может выполняться в двух ре жимах: статическом и динамическом, что задается соответствующими оп циями. В статическом, наиболее традиционном режиме связываются все объектные модули и статические библиотеки (их имена имеют суффикс производится разрешение всех внешних ссылок модулей и создается единый исполняемый файл, содержащий весь необходимый для выполне ния код. Во втором случае, редактор связей по возможности подключает разделяемые библиотеки (имена этих библиотек имеют суффикс В результате создается исполняемый файл, к которому в процессе запуска на выполнение будут подключены все разделяемые объекты. В обоих случаях по умолчанию создается исполняемый файл с именем Для достаточно простых задач все фазы автоматически выполняются вызо вом команды:

$ make prog или эквивалентной ей $ о prog которые создают исполняемый файл с именем prog. В этом случае умалчи ваемое имя исполняемого файла изменено на prog с помощью оп ции о.

Впрочем, указанные стадии можно выполнять и раздельно, с использова нием команд и Заметим, что на самом деле команда явля ется программной оболочкой и компилятора и редактора связей, которую и рекомендуется использовать при создании программ.

Проиллюстрируем процесс создания более сложной программы с помо щью конкретных вызовов команд.

$ с f с f ile2. с Создадим промежуточные объектные файлы и file2.o $ о prog filel.o Создадим исполняемый файл с именем prog, используя промежуточные объ ектные файлы и библиотеку или www.books-shop.com программы / Форматы исполняемых файлов Виртуальная память процесса состоит из нескольких сегментов или облас тей памяти. Размер, содержимое и расположение сегментов в памяти оп ределяется как самой программой, например, использованием библиотек, размером кода и данных, так и форматом исполняемого файла этой про граммы. В большинстве современных операционных систем UNIX исполь зуются два стандартных формата исполняемых файлов — COFF (Common Object File Format) и ELF (Executable and Linking Format).

Описание форматов исполняемых файлов может показаться лишним, одна ко представление о них необходимо для описания базовой функционально сти ядра операционной системы. В частности, информация, хранящаяся в исполняемых файлах форматов COFF и ELF позволяет ответить на ряд во просов весьма важных для работы приложения и системы в целом:

Какие части программы необходимо загрузить в память?

Как создается область для неинициализированных данных?

П Какие части процесса должны быть сохранены в дисковой области свопинга (специальной области дискового пространства, предназна ченной для временного хранения фрагментов адресного пространст ва процесса), например, при замещении страниц, а какие могут быть при необходимости считаны из файла, и таким образом не требуют сохранения?

П Где в памяти располагаются инструкции и данные программы?

П Какие библиотеки необходимы для выполнения программы?

П Как связаны исполняемый файл на диске, образ программы в памя ти и дисковая область свопинга?

На рис. 2.3 приведена базовая структура памяти для процессов, загружен ных из исполняемых файлов форматов COFF и ELF, соответственно. Хотя расположение сегментов различается для этих двух форматов, основные компоненты одни и те же. Оба процесса имеют сегменты кода (text), дан ных (data), стека (stack). Как видно из рисунка, размер сегментов данных и стека может изменяться, а направление этого изменения определяется форматом исполняемого файла. Размер стека автоматически изменяется операционной системой, в то время как управление размером сегмента данных производится самим приложением. Эти вопросы мы подробно об судим в разделе "Выделение памяти" далее в этой главе.

Сегмент данных включает инициализированные данные, копируемые в память из соответствующих разделов исполняемого файла, и неинициали зированные данные, которые заполняются нулями перед началом выпол нения процесса. Неинициализированные данные часто называют сегмен том BSS.

www.books-shop.com 108 Глава 2. программирования UNIX Рис. 2.3. Исполняемые образы программ форматов COFF и ELF Формат ELF Формат ELF имеет файлы нескольких типов, которые до сих пор мы на зывали по разному, например, исполняемый файл или объектный файл.

Тем не менее стандарт ELF различает следующие типы:

1. Перемещаемый файл (relocatable хранящий инструкции и данные, которые могут быть связаны с другими объектными файлами. Резуль татом такого связывания может быть исполняемый файл или разде ляемый объектный файл.

2. Разделяемый объектный файл (shared object file) также содержит инст рукции и данные, но может быть использован двумя способами. В первом случае, он может быть связан с другими перемещаемыми фай лами и разделяемыми объектными файлами, в результате будет создан новый объектный файл. Во втором случае, при запуске про граммы на выполнение операционная система может динамически связать его с исполняемым файлом программы, в результате чего будет создан исполняемый образ программы. В последнем случае речь идет о разделяемых библиотеках.

Исполняемый файл хранит полное описание, позволяющее системе соз дать образ процесса. Он содержит инструкции, данные, описание не обходимых разделяемых объектных файлов, а также необходимую символьную и отладочную информацию.

www.books-shop.com программы На рис. 2.4 приведена структура исполняемого файла, с помощью кото рого операционная система может создать образ программы и запустить программу на выполнение.

Заголовок имеет фиксированное расположение в файле. Остальные ком поненты размещаются в соответствии с информацией, хранящейся в заго ловке. Таким образом заголовок содержит общее описание структуры фай ла, расположение отдельных компонентов и их размеры.

2.4. Структура исполняемого файла в формате ELF Поскольку заголовок ELF файла определяет его структуру, рассмотрим его более подробно (табл. 2.4).

Таблица 2.3. Поля заголовка ELF файла Поле Описание [ ] Массив байт, каждый из которых определяет некоторую общую харак теристику файла: формат файла номер версии, архитектуру системы (32 разрядная или 64 разрядная) и т. д.

e_type Тип файла, поскольку формат ELF поддерживает несколько типов piracy@books-shop.com Глава 2. Среда программирования UNIX Таблица 2.3 (продолжение) Поле Описание Архитектура аппаратной платформы, для которой создан данный файл. В табл. 2.4 приведены возможные значения этого поля Номер версии ELF формата. Обычно определяется как EV_CURRENC (текущая), что означает последнюю версию Виртуальный адрес, по которому системой будет передано управле ние после загрузки программы (точка входа) e_phoff Расположение (смещение от начала файла) таблицы заголовков программы е shoff Расположение таблицы заголовков секций е Размер заголовка Размер каждого заголовка программы e_phnum Число заголовков программы e_shentsize Размер каждого заголовка сегмента (секции) е Число заголовков сегментов (секций) Расположение сегмента, содержащего таблицу строк Таблица 2.4. Значения поля e_machine заголовка ELF файла Значение Аппаратная платформа ЕМ ЕМ Sun SPARC ЕМ Intel ЕМ 68К Motorola ЕМ 88К Motorola ЕМ Intel ЕМ Intel i ЕМ MIPS MIPS RS3000 Big Endian EM MIPS RS3 LE MIPS RS EM RS RS EM PA RISC PA RISC EM nCUBE EM VPP Fujitsu VPP EM SPARC32PLUS Sun SPARC 32+ Информация, содержащаяся в таблице заголовков программы, указывает ядру, как создать образ процесса из сегментов. Большинство сегментов www.books-shop.com программы копируются (отображаются) в память и представляют собой соответствую щие сегменты процесса при его выполнении, например, сегменты кода или данных.

Каждый заголовок сегмента программы описывает один сегмент и содер жит следующую информацию:

Тип сегмента и действия операционной системы с данным сегментом Расположение сегмента в файле Стартовый адрес сегмента в виртуальной памяти процесса Размер сегмента в файле П Размер сегмента в памяти Флаги доступа к сегменту (запись, чтение, выполнение) Часть сегментов имеет тип LOAD, предписывающий ядру при запуске программы на выполнение создать соответствующие этим сегментам структуры данных, называемые областями, определяющие непрерывные участки виртуальной памяти процесса и связанные с ними атрибуты. Сег мент, расположение которого в ELF файле указано в соответствующем заголовке программы, будет отображен в созданную область, виртуальный адрес начала которой также указан в заголовке программы. К сегментам такого типа относятся, например, сегменты, содержащие инструкции про граммы (код) и ее данные. Если размер сегмента меньше размера области, неиспользованное пространство может быть заполнено нулями. Такой ме ханизм, в частности используется при создании неинициализированных данных процесса (BSS). Подробнее об областях мы поговорим в главе 3.

В сегменте типа INTERP хранится программный интерпретатор. Данный тип сегмента используется для программ, которым необходимо динамиче ское связывание. Суть динамического связывания заключается в том, что отдельные компоненты исполняемого файла (разделяемые объектные фай лы) подключаются не на этапе компиляции, а на этапе запуска программы на выполнение. Имя файла, являющегося динамическим редактором хранится в данном сегменте. В процессе запуска программы на ние ядро создает образ процесса, используя указанный редактор связей.

Таким образом, первоначально в память загружается не исходная про грамма, а динамический редактор связей. На следующем этапе динамиче ский редактор связей совместно с ядром UNIX создают полный образ ис полняемого файла. Динамический редактор загружает необходимые разде ляемые объектные файлы, имена которых хранятся в отдельных сегментах исходного исполняемого файла, и производит требуемое размещение и связывание. В заключение управление передается исходной программе.

Наконец, завершает файл таблица заголовков или секций (section).

Разделы (секций) определяют разделы файла, используемые для связывания с другими модулями в процессе компиляции или при динамическом связы вании. Соответственно, заголовки содержат всю необходимую информацию www.books-shop.com Глава 2. программирования UNIX для описания этих разделов. Как правило разделы содержат более детальную информацию о сегментах. Так, например, сегмент кода может состоять из нескольких разделов, таких как хэш таблица для хранения индексов исполь зуемых в программе символов, раздел кода програм мы, таблица связывания, используемая динамическим редактором, а также раздел, содержащий собственно инструкции программы.

Мы еще вернемся к формату ELF в главе 3 при обсуждении организации виртуальной памяти процесса, а пока перейдем к следующему распростра ненному формату — COFF.

COFF На рис. 2.5 приведена структура исполняемого файла формата COFF. Ис полняемый файл содержит два основных заголовка — заголовок COFF и стандартный заголовок системы UNIX — Далее следуют заголовки разделов и сами разделы файла, в которых хранятся инструкции и данные программы. Наконец, в файле также хранится символьная информация, необходимая для отладки.

Рис. 2.5. Структура исполняемого файла в формате COFF В файле находятся только инициализированные данные. Поскольку не инициализированные данные всегда заполняются нулями при загрузке www.books-shop.com Создание программы программы на выполнение, для них необходимо хранить только размер и расположение в памяти.

Символьная информация состоит из таблицы символов (symbol table) и таблицы строк (string table). В первой таблице хранятся символы, их адреса и типы. Например, мы можем определить, что символ locptr является указателем и его виртуальный адрес равен Ox7fehO. Далее, используя этот адрес, мы можем выяснить значение символа для выполняющегося про цесса. Записи таблицы символов имеют фиксированный размер. Если длина символа превышает восемь знаков, его имя хранится во второй таб лице — таблице строк. Обычно обе эти таблицы присутствуют в объектных и исполняемых файлах, если они явно не удалены, например, командой strip(l).

Как и в случае ELF файла, заголовок содержит общую информацию, позво ляющую определить местоположение остальных компонентов (табл. 2.5).

Таблица 2.5. Поля заголовка COFF файла Поле Описание Аппаратная платформа, для которой создан файл Количество разделов в файле f_timdat Время и дата создания файла Расположение таблицы символов в файле Количество записей в таблице символов Размер заголовка f_f lags Флаги, указывающие на тип файла, присутствие символьной инфор мации и т. д.

Заголовок COFF присутствует в исполняемых файлах, промежуточных объектных файлах и библиотечных архивах. Каждый исполняемый файл кроме заголовка COFF содержит заголовок хранящий информацию, необходимую ядру системы для запуска (табл. 2.6).

Таблица 2.6. Поля заголовка Поле Описание Номер версии заголовка tsize Размер раздела инструкций (text) dsize Размер инициализированных данных (data) bsize Размер неинициализированных данных (bss) В SCO UNIX заголовок самого ядра используется программой начальной загрузки для запуска ядра и передачи ему управления при инициализации системы.

www.books-shop.com Глава 2. программирования UNIX Таблица 2.6 (продолжение) Поле Описание entry Точка входа программы text_start Адрес в начала сегмента инструкций виртуальной памяти data_start Адрес в начала сегмента данных виртуальной памяти Все файлы формата COFF имеют один или более разделов, каждый из ко торых описывается своим заголовком. В заголовке хранится имя раздела.bss или любое другое, установленное соответствующей дирек тивой ассемблера), размер раздела, его расположение в файле и виртуаль ной адрес после запуска программы на выполнение. Заголовки разделов следуют сразу за заголовком файла.

Таблицы символов и строк являются основой системы отладки. Символом является любая переменная, имя функции или метка, определенные в программе.

Каждая запись в таблице символов хранит имя символа, его виртуальный адрес, номер раздела, в котором определен символ, тип, класс хранения (автоматический, регистровый и т. д.). Если имя символа занимает больше восьми байт, то оно хранится в таблице строк. В этом случае в поле имени символа указывается смещение имени символа в таблице строк.

С помощью символьной информации можно определить виртуальный ад рес некоторого символа. Одним из очевидных применений этой возмож ности является использование символьной информации в программах отладчиках. Эта возможность используется некоторыми программами, на пример, утилитой ps(l), отображающей состояние процессов в системе.

Выполнение программы в операционной системе UNIX Выполнение программы начинается с создания в памяти ее образа и свя занных с процессом структур ядра операционной системы, инициализации и передаче управления инструкциям программы. Завершение программы ведет к освобождению памяти и соответствующих структур ядра. Образ программы в памяти содержит, как минимум, сегменты инструкций и данных, созданные компилятором, а также стек для хранения ских переменных при выполнении программы.

Запуск Функция является первой функцией, определенной пользователем (т. е. явно описанной в исходном тексте программы), которой будет перс www.books-shop.com Выполнение программы в операционной системе UNIX дано управление после создания соответствующего окружения запускае мой на выполнение программы. Традиционно функция определяет ся следующим образом:

argc, char char Первый аргумент (argc) определяет число параметров, переданных про грамме, включая ее имя.

Указатели на каждый из параметров передаются в массиве argv [ таким образом, через адресуется строка, содержащая имя программы, argv указывает на первый параметр и т. д. до argv Массив envp [ ] содержит указатели на переменные окружения, передавае мые программе. Каждая переменная представляет собой строку вида Мы уже познакомились с пере менными окружения в главе 1, когда обсуждали командный интерпрета тор. Сейчас же мы остановимся на их программной "анатомии".

Стандарт ANSI С определяет только два первых аргумента функции — argc и argv. Стандарт POSIX.1 определяет также аргумент envp, хотя рекомендует передачу окружения программы производить через гло бальную переменную environ, как это показано на рис. 2.6:

extern char Рекомендуется следовать последнему формату передачи для лучшей пере носимости программ на другие платформы UNIX.

Рис. 2.6. Передача переменных окружения Приведем пример программы, соответствующую стандарту кото рая выводит значения всех аргументов, переданных функции число переданных параметров, сами параметры и значения первых десяти пере менных окружения.

ttinclude extern char argc, char www.books-shop.com 2. программирования UNIX int i параметров, переданных программе равно argv[0], for i++) = for i++) if (environ[i] != NULL) В результате компиляции будет создан исполняемый файл программы (по умолчанию a.out). Запустив его, мы увидим следующую информацию:

$ a.out first second число параметров, переданных программе равно argv[l] = first = second argv[3] = Максимальный объем памяти для хранения параметров и переменных ок ружения программы ограничен величиной определенной в фай ле Это и другие системные ограничения могут быть получены с помощью функции sysconf(2).

Для получения и установки значений конкретных переменных окружения используются две функции: и ttinclude char char возвращает значение переменной окружения name, a int char помещает переменную и ее значение в окружение программы.

В качестве примера приведем программу, похожую по своей функцио нальности на предыдущую, которая выборочно выводит значения пере менных и устанавливает новые значения по желанию пользователя.

ttinclude tinclude www.books-shop.com Выполнение программы в операционной системе UNIX argc, { char char определена ли переменная if = == NULL) /*Если переменная не определена, получим от пользователя ее значение и поместим переменную в окружение { TERM не определена, введите } else /*Если переменная TERM определена, предоставим пользователю возможность изменить ее значение, после чего поместим ее в окружение { Change?

gets if || { } } Сначала программа проверяет, определена ли переменная TERM. Если пе ременная TERM не определена, пользователю предлагается ввести ее значе ние. Если же переменная TERM определена, пользователю предлагается из менить ее значение, после чего новое значение помещается в окружение программы.

Запуск этой программы приведет к следующим результатам:

$ TERM=ansi. Change? [N]y TERM=vtlOO new $ К сожалению, введенное значение переменной будет действительно только для данного процесса и порожденных им процессов: если после завершения программы a.out вывести значение TERM, то видно, что оно не изменилось:

$ echo ansi $ www.books-shop.com Глава 2. программирования UNIX Наследование окружения программы мы обсудим в разделе "Создание и управление процессами" далее в этой главе.

Переменные окружения, как и параметры, позволяют передавать програм ме некоторую информацию. Однако если программа является интерактив ной, основную информацию она, скорее всего, будет получать непосредст венно от пользователя. В связи с этим встает вопрос: каким образом про грамма узнает, где находится пользователь, чтобы правильно считывать и выводить информацию? Другими словами, программе необходимо знать, с каким терминальным устройством работает пользователь, запустивший ее.

Обычно при запуске программы на выполнение из командной строки shell автоматически устанавливает для нее три стандартных потока вво да/вывода: для ввода данных, для вывода информации и для вывода сооб щений об ошибках. Начальную ассоциацию этих потоков (их файловых дескрипторов) с конкретными устройствами производит терминальный сер вер (в большинстве систем это процесс который открывает спе циальный файл устройства, связанный с терминалом пользователя, и по лучает соответствующие дескрипторы. Эти потоки наследует командный интерпретатор shell и передает их запускаемой программе. При этом shell может изменить стандартные направления (по умолчанию все три потока связаны с терминалом пользователя), если пользователь указал на это с помощью специальных директив перенаправления потока (>, <, см. главу 1, раздел "Пользовательская среда UNIX"). Раздел "Группы и се ансы" внесет окончательную ясность в этот вопрос при описании управ ляющего терминала.

Такой механизм позволяет программисту не задумываться о местонахож дении пользователя, и в то же время обеспечить получение и передачу данных именно запустившему данную программу пользователю.

Завершая разговор о запуске программ, заметим, что при компиляции программы редактор связей устанавливает точку входа в программу, ука зывающую на библиотечную функцию Эта функция инициализи рует процесс, создавая кадр стека, устанавливая значения переменных и, в конечном итоге, вызывая функцию main().

Завершение Существует несколько способов завершения программы. Основными яв ляются возврат из функции и вызов функций exit(2), оба приводят к завершению выполнения задачи. Заметим, что процесс может завер шиться по не зависящим от него обстоятельствам, например, при получе Начальная функция запуска программы на выполнение написана таким что exit(2) вызывается автоматически при возврате из функции В языке С она име ет следующий вид:

www.books-shop.com Выполнение программы в операционной системе UNIX нии сигнала, действие по умолчанию для большинства из которых приво дит к завершению выполнения (см. раздел "Сигналы" далее в этой главе). В этом случае функция exit(2) будет вызвана ядром от имени процесса.

Системный вызов exit(2) выглядит следующим образом:

void Аргумент status, передаваемый функции возвращается родитель скому процессу и представляет собой код возврата программы. По согла шению программа возвращает 0 в случае успеха и другую величину в слу чае неудачи. Значение кода неудачи может иметь дополнительную трак товку, определяемую самой программой. Например, программа grep(l), выполняющая поиск заданных подстрок в файлах, определяет следующие коды возврата:

совпадение было найдено 1 совпадений найдено не было 2 синтаксическая ошибка или недоступны файлы поиска Наличие кода возврата позволяет программам взаимодействовать друг с другом. Например, следующая программа (назовем ее fail) может являться условием неудачи и использоваться в соответствующих синтаксических конструкциях shell:

{ } $ fail $ echo $? Выведем код возврата программы fail i $ | | echo Конструкция shell, использующая условие неудачи fail fail Помимо передачи кода возврата, функция exit(2) производит ряд действий, в частности выводит данные и закрывает потоки вво да/вывода. Альтернативой ей является функция _exit(2), которая не произ водит вызовов библиотеки ввода/вывода, а сразу вызывает системную функцию завершения ядра. Более подробно о процедурах завершения процесса см. раздел "Создание и управление процессами".

Задача может зарегистрировать обработчики выхода (exit handler), — функ ции, которые вызываются после вызова exit(2), но до окончательного за В английском языке такое завершение выполнения называется более откровенно — "убийство процесса".

piracy@books-shop.com Глава 2. программирования UNIX вершения процесса. Эти обработчики, вызываемые по принципу LIFO (последний зарегистрированный обработчик будет вызван первым), запус каются только при "добровольном" завершении процесса. Например, при получении процессом сигнала обработчики выхода вызываться не будут.

Для обработки таких ситуаций следует использовать специальные функ ции — обработчики сигналов (см. раздел "Сигналы" далее в этой главе).

Обработчики выхода регистрируются с помощью функции #include int Функцией atexit(l) может быть зарегистрировано до 32 обработчиков.

На рис. 2.7 проиллюстрированы возможные варианты запуска и заверше ния программы, написанной на языке С.

Рис. 2.7. Запуск и завершение www.books-shop.com Работа с файлами 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 опера ционной системы.

2. Стандартная библиотека ввода/вывода, предлагающая функции буфе ризированного 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 представ ляет 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 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 сис темные вызовы, рассматриваются в следующем разделе.

Таблица 2.7. Основные системные функции работы с файлами функция Служит для получения доступа на чтение и/или запись к указанно му файлу. Если файл существует, он открывается, и процессу воз вращается файловый дескриптор, адресующий дальнейшие опе рации 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 Возвращает дубликат файлового дескриптора www.books-shop.com ]22 Глава 2. Среда программирования UNIX Таблица 2.7 (продолжение) Описание функция dup2(2) Возвращает дубликат файлового дескриптора, но позволяет явно указать его значение lseek(2) Устанавливает файловый указатель на определенное место фай ла. Дальнейшие операции чтения/записи будут производиться, начиная с этого смещения Производит чтение указанного количества байтов из файла Производит несколько операций чтения указанного количества байтов из файла 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 де скриптора fcntl(2) Обеспечивает интерфейс управления открытым файлом Кратко рассмотрим каждую из этих функций.

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

int char *path, int Первый аргумент (path) является указателем на имя файла. Это имя мо жет быть как абсолютным (начинающимся с корневого каталога /), так и относительным (указанным относительно текущего каталога). Аргумент lag 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 ре жима работы с файлом, операция открытия файла будет запрещена, и функция ореп(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 может использоваться и для создания файла) и рассматривается при описании функции в разделе "Права доступа" этой главы.

Таблица 2.8. Флаги, определяющие режим открытия файла Флаг Описание O_RDONLY Открыть файл только для чтения 0_WRONLY Открыть файл только для записи www.books-shop.com Работа с файлами Таблица 2.8 (продолжение) Описание O_RDWR Открыть файл для чтения и записи O_APPEND Производить добавление в файл, т. е. устанавливать фай ловый указатель на конец файла перед каждой записью в файл Если указанный файл уже существует, этот флаг не прини мается во внимание. В противном случае, создается файл, атрибуты которого установлены по умолчанию (см. разделы "Владельцы файлов" и "Права доступа к файлу" в главе или с помощью аргумента mode 0_EXCL Если указан совместно с O_CREAT, то вызов ореп(2) за вершится 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 0_TRUNC Если файл существует и является обычным файлом, его длина будет установлена равной O_NONBLOCK Изменяет режим выполнения операций read(2) и write(2) для этого файла на неблокируемый. При невозможности произ вести 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 последую щих 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 откры тые файлы), вызов ореп(2) возвратит значение Это свойство может быть использовано в коде командного интерпретатора при перенаправлении потоков ввода/вывода:

$ Фрагмент кода ассоциацию стандартного потока вывода (1) с файлом close /*Назначим стандартный поток вывода в файл Поскольку файловый дескриптор 1 свободен, мы можем рассчитывать на его =, 0 I 0 CREATE ] www.books-shop.com }24 Глава 2. программирования UNIX В случае неудачи возвратит 1, а глобальная переменная errno бу дет содержать код ошибки (см. раздел "Обработка ошибок").

Заметим, что только один из флагов 0_RDONLY, и может быть указан в аргументе of lag.

Флаг o_SYNC гарантирует, что данные, записанные в файл и связанные с операцией записи изменения метаданных файла, будут сохранены на дис ке до возврата из функции 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 записыва ются на диск. По умолчанию возврат из функции происходит по сле записи в буферный кэш, не дожидаясь записи данных на диск. Более подробно работу буферного кэша мы рассмотрим в главе 4.

Флаг изменяет стандартное поведение функций чтения/записи файла. При указании этого флага возврат из функций и бу дет происходить немедленно с кодом ошибки и установленным значением errno = EAGAIN, если ядро не может передать данные при чтении, на пример, 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 атрибу тов и имеет следующий вид:

ttinclude int creat (const char Как и в случае аргумент path определяет имя файла в файловой системе, a mode — устанавливаемые права доступа к файлу. При этом вы полняется ряд правил:

Если идентификатор группы (GID) создаваемого файла не совпадает с эффективным идентификатором группы (EGID) или идентифика тором одной из дополнительных групп процесса, бит SGID аргумен та mode очищается (если он был установлен).

О Очищаются все биты, установленные в маске процесса Очищается флаг Sticky bit.

Права доступа к файлу обсуждались в главе 1. Более детальная информа ция приведена в разделе "Права доступа" этой главы.

Если файл уже существует, его длина сокращается до 0, а права доступа и владельцы сохраняются прежними. Вызов creat(2) эквивалентен следую щему вызову функции О | О | О mode);

www.books-shop.com Работа с файлами Функция Функция разрывает связь между файловым дескриптором и откры тым файлом, созданную функциями или Функция имеет вид:

int В случае успеха возвращает нулевое значение, в противном случае возвращается а значение переменной errno указывает на причину не удачи.

Многие программы явно не используют close(2) при завершении выполне ния. Дело в том, что функция exit(2), вызываемая явно или неявно при завершении выполнения программы, автоматически закрывает открытые файлы.

Функции и dup2(2) Функция используется для дублирования существующего файлового дескриптора:

int Файловый дескриптор fildes должен быть предварительно получен с по мощью функций ореп(2), creat(2), или pipe(2). В случае ус пешного завершения функции возвращается новый файловый деск риптор, свойства которого идентичны свойствам дескриптора fildes. Оба указывают на один и тот же файл, одно и то же смещение, начиная с ко торого будет производиться следующая операция чтения или записи (файловый указатель), и определяют один и тот же режим работы с фай лом. Правило размещения нового файлового дескриптора аналогично ис пользуемому в функции Функция делает то же самое, однако позволяет указать номер фай лового дескриптора, который требуется получить после дублирования:

int fildes, int Файловый дескриптор, подлежащий дублированию, передается в первом аргументе а новый дескриптор должен быть равен fildes2. Ес ли дескриптор fildes2 уже занят, сначала выполняется функция В качестве примера использования системного вызова рассмотрим вариант реализации слияния потоков в командном интерпретаторе shell:

$ 2> Фрагмент кода ассоциацию стандартного потока вывода (1) с файлом www.books-shop.com 126 Глава 2. Среда программирования UNIX стандартный поток вывода в файл fd = I | слияние Функция lseek(2) С файловым дескриптором связан файловый указатель, определяющий те кущее смещение в файле, начиная с которого будет произведена после дующая операция чтения или записи. В свою очередь каждая операция чтения или записи увеличивают значение файлового указателя на число считанных или записанных байт. При открытии файла, файловый указа тель устанавливается равным 0 или, если указан флаг равным размеру файла. С помощью функции lseek(2) можно установить файловый указатель на любое место файла и тем самым обеспечить прямой доступ к любой части файла. Функция имеет следующий вид:

ttinclude off_t lseek(int fildes, off_t offset, whence);

Интерпретация аргумента offset зависит от аргумента whence, который может принимать следующие значения:

SEEK_CUR Указатель смещается на байт от текущего положения SEEK_END Указатель смещается на байт от конца файла Указатель устанавливается равным В случае успеха функция возвращает положительное целое, равное теку щему значению файлового указателя.

Относительно системного вызова lseek(2) необходимо сделать два замеча ния. Во первых, lseek(2) не инициирует никакой операции ввода/вывода, лишь изменяя значения файлового указателя в файловой таблице ядра.

Во вторых, смещение, указанное в качестве аргумента lseek(2), может вы ходить за пределы файла. В этом случае, последующие операции записи приведут к увеличению размера файла и, в то же время, к образованию дыры — пространства, формально незаполненного данными. В реальности, дыры заполняются нулями, но могут в ряде случаев привести к неприят ным последствиям, с причиной и описанием которых вы сможете ознако миться в главе 4 при обсуждении внутренней структуры файла.

Функция read(2) и readv(2) Функции read(2) и readv(2) позволяют считывать данные из файла, на ко торый указывает файловый дескриптор, полученный с помощью функций www.books-shop.com Работа с файлами pipe(2) или fcntl(2). Функции имеют сле дующий вид:

ssize_t fildes, void *buf, size_t ttinclude ssize_t fildes, struct iovec *iov, Аргументы, передаваемые функции указывают, что следует считать nbyte байт из файла, связанного с дескриптором fildes, начиная с теку щего значения файлового указателя. Считанные данные помещаются в бу фер приложения, указатель на который передается в аргументе buf. После завершения операции значение файлового указателя будет увеличено на nbyte.

Функция позволяет выполнить iovcnt последовательных опера ций чтения за одно обращение к readv(2). Аргумент iov указывает на мас сив структур, каждый элемент которого имеет вид:

struct { void Указатель на начало буфера iov_len;

Размер буфера Функция считывает данные из файла и последовательно размеща ет 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 нор мальной ситуации равно сумме размеров указанных буферов.

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

ttinclude ssize_t fildes, void size_t ssize_t fildes, struct iovec int iovcnt);

Аргументы, передаваемые функции указывают, что следует запи сать nbyte байт в файл, связанный с дескриптором fildes, начиная с те кущего значения файлового указателя. Данные для записи находятся в бу фере приложения, указанном аргументом buf. После завершения опера ции значение файлового указателя будет увеличено на nbyte.

Аналогично функции функция позволяет выполнить iovcnt последовательных операций записи за одно обращение к www.books-shop.com Глава 2. Среда программирования Такая операция ввода/вывода получила название gather (собирать), а функции ввода/вывода, использующие набор буферов, — общее название Файл Рис. 2.8. Чтение файла с использованием нескольких буферов Функция 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 полу чить доступ к одному и тому же каналу. Этот аспект станет более понят ным в ходе обсуждения в разделе "Создание и управление процессами" далее в этой главе. Функция имеет вид:

int Функция возвращает два файловых дескриптора в массиве f ildes [ при чем служит для чтения данных из канала, a для записи данных в канал.

Каналы являются одним из способов организации межпроцессного взаи модействия и будут подробно рассмотрены в главе 3. В качестве примера www.books-shop.com Работа с файлами использования pipe(2) можно привести возможность командного интерпре татора — создание программных каналов, рассмотренное в главе Отметим, что буферизация данных в канале стандартно осуществляется пу тем выделения дискового пространства в структуре файловой системы. Та ким образом, чтение и запись в канал связаны с дисковым вводом/выводом, что, безусловно, сказывается на производительности этого механизма. Со временные операционные системы наряду с более совершенными средства ми межпроцессного взаимодействия предлагают и более эффективные меха низмы каналов. Так, например, SCO UNIX 5.0) обеспечивает работу каналов через специальную файловую систему — HPPS (High Per formance Pipe System). С помощью HPPS данные в опера тивной памяти, что существенно ускоряет операции записи и чтения.

Функция fcntl(2) После открытия файла и получения ссылки на него в виде файлового де скриптора процесс может производить различные файловые операции.

Функция позволяет процессу выполнить ряд действий с файлом, используя его дескриптор, передаваемый в качестве первого аргумента:

int int cmd, Функция 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 дескрип тор будет указывать на тот же открытый файл, что и f ildes. Дейст вие аналогично вызову функции или fddup = F_DUPFD, fildes2) F_GETFD Возвратить признак сохранения дескриптора при запуске новой программы (выполнении системного вызова — флаг (FD_CLOEXEC). Если флаг установлен, то при вызове ехес(2) файл, ассоциированный с данным дескриптором, будет закрыт F_SETFD Установить флаг согласно значению, заданному третьим аргументом F_GETFL Возвратить режим доступа к файлу, ассоциированному с данным де скриптором. Флаги, установленные в возвращаемом значении, пол ностью соответствуют режимам открытия файла, задаваемым функ ции ореп(2). Их значения приведены в табл. 2.8. Рассмотрим пример:

= F_GETFL, биты, определяющие режим accbits = & if (accbits == 0_RDONLY) открыт только для else if (accbits == открыт только для else if (accbits открыт для чтения и piracy@books-shop.com 130 Глава 2. Среда UNIX F_SETFL Установить режим доступа к файлу согласно значению, переданно му в третьем аргументе. Могут быть изменены только флаги 0_APPEND, 0_NONBLOCK, 0_SYNC И 0_ASYNC.

F_GETLK Проверить существование блокирования записи файла. Блокирова ние записи, подлежащее проверке, описывается структурой указатель на которую передается в качестве третьего аргумента.

Если существующие установки не позволяют выполнить блокирова ние, определенное структурой последняя будет возвращена с описанием текущего блокирования записи. Данная команда не устанавливает блокирование, а служит для проверки его возможно сти. Более подробно блокирование записей описано в главе 4, в разделе "Блокирование доступа к файлу".

F_SETLK Установить блокирование записи файла. Структура описыва ет 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 со стояние сна, ожидая, пока последние будут освобождены. Послед няя 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 ввод/вывод и более удобный стиль программирования. Для использования функций этой библиотеки в программу должен быть включен файл заго ловков . Эти функции входят в стандартную библиотеку С (libc.so или которая, как правило, подключается по умолчанию на этапе связывания.

Вместо использования файлового дескриптора библиотека определяет ука затель на специальную структуру данных (структура FILE), называемый потоком или файловым указателем. Стандартные потоки ввода/вывода обозначаются символическими именами stdout, stderr соответ ственно для потоков ввода, вывода и сообщений об ошибках. Они опреде лены следующим образом:

extern FILE extern FILE extern FILE www.books-shop.com Работа с файлами Связь потоков стандартной библиотеки с файловыми дескрипторами при ведена в табл. 2.9.

Таблица 2.9. Стандартные потоки и их дескрипторы Файловый дескриптор Поток (указатель) Описание Стандартный ввод 1 Стандартный вывод 2 stderr Сообщения об ошибках Таблица 2.10. Наиболее употребительные функции стандартной библиотеки Функция Назначение fopen(3S) Открывает файл с указанным именем и возвращает файловый ука затель, ассоциированный с данным файлом fclose(3S) Закрывает поток, освобождая буферы Очищает буфер потока, открытого на запись getc(3S) Считывает символ из потока putc(3S) Записывает символ в поток gets(3S) Считывает строку из потока Записывает строку в поток Считывает указанное число байтов из потока (бинарный ввод) Записывает указанное число байтов в поток (бинарный вывод) fseek(3S) Позиционирует указатель в потоке Производит форматированный вывод scanf(3S) Производит форматированный ввод Возвращает файловый дескриптор данного потока Выбор между функциями интерфейса системных вызовов и стандартной библиотеки зависит от многих факторов, в частности, степени контроля ввода/вывода, переносимости программы, простоты. Взгляните, например, на следующие эквивалентные строки программы:

(1, "Здравствуй, printf В первой строке сообщение выводится с использованием системной функ ции во второй — с помощью библиотечной функции printf(3S).

Помимо того, что второй вариант кажется более лаконичным, отметим еще ряд особенностей. В первом варианте пришлось сделать предположе ние о том, что файловый дескриптор стандартного вывода равен 1, что может оказаться несправедливым для некоторых систем. Также пришлось www.books-shop.com Глава 2. программирования UNIX явно указать число символов в строке, т. к. не делает никаких предположений о формате вывода, трактуя его как последовательность байтов. В отличие от распознает строки, представляющие собой последовательность символов, заканчивающихся нулем. Функция также позволяет отформатировать выводимые данные для пред ставления их в требуемом виде.

Но основным достоинством функций библиотеки является буферизация ввода/вывода, позволяющая минимизировать число системных вызовов read(2) и При открытии файла и создании потока функции биб лиотеки автоматически размещают необходимые буферы, позволяя прило жению не заботиться о них.

Библиотека предоставляет три типа буферизации:

Полная буферизация. В этом случае операция чтения или записи за вершается после того, как будет заполнен буфер ввода/вывода.

Ввод/вывод для дисковых файлов, как правило, полностью буфери зируется. Буфер размещается с помощью функции malloc(3C) при первом обращении к потоку для чтения или записи и заполняется системными вызовами или Это означает, что после дующие вызовы getc(3S), gets(3S), puts(3S) и т. д. не иниции руют обращений к системным функциям, а будут производить чте ние или запись из буфера библиотеки. Содержимое буфера очищает ся (т. е. данные сохраняются на диске) автоматически, либо при вы зове функции буферизация. В этом случае библиотека выполняет фак тический ввод/вывод (т. е. производит системные вызовы read(2) или построчно при обнаружении конца строки (символа перево да каретки). Такой тип буферизации обычно используется для ассо циированных с терминальными устройствами потоков, которыми, как правило являются стандартные потоки ввода и вывода.

Отсутствие буферизации. В этом случае библиотека не производит никакой буферизации, фактически являясь только программной оболочкой системных вызовов. При этом достигаются минимальные задержки операций чтения и записи, необходимые, например, при выводе сообщений об ошибках. Отсутствие буферизации характерно для стандартного потока вывода сообщений об ошибках.

Характер буферизации может быть изменен с помощью функций:

void char int char *buf, int type, Функция setbuf(3S) позволяет включить или отключить буферизацию для потока stream. В первом случае buf должен указывать на буфер размером во втором его значение должно быть равно NULL.

www.books-shop.com Работа с файлами Функция позволяет производить более тонкое управление буфе ризацией, явно указывая, какой ее тип мы хотим установить. Для этого ис пользуется аргумент type, который может принимать следующие значения:

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 8 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.