- •Системное программирование в unix средствами Free Pascal
- •Глава 1. Основные понятия и терминология 13
- •Глава 2. Файл 17
- •Глава 3. Работа с файлами 43
- •Глава 4. Каталоги, файловые системы и специальные файлы 62
- •Глава 5. Процесс 86
- •Глава 6. Сигналы и их обработка 117
- •Глава 7. Межпроцессное взаимодействие при помощи программных каналов 139
- •Глава 8. Дополнительные методы межпроцессного взаимодействия 163
- •Глава 9. Терминал 196
- •Глава 10.Сокеты 224
- •Глава 11. Стандартная библиотека ввода/вывода 239
- •Глава 12. Разные дополнительные системные вызовы и библиотечные процедуры 267
- •Глава 13. Задачи с решениями 287
- •Предисловие о книге
- •Назначение этой книги
- •Спецификация х/Open
- •Структура книги
- •Что вы должны знать
- •Соглашения
- •Глава 1. Основные понятия и терминология
- •1.1. Файл
- •1.1.1. Каталоги и пути
- •1.1.2. Владелец файла и права доступа
- •1.1.3. Обобщение концепции файла
- •1.2. Процесс
- •1.2.1. Межпроцессное взаимодействие
- •1.3. Системные вызовы и библиотечные подпрограммы
- •Глава 2. Файл
- •2.1. Примитивы доступа к файлам в системе unix
- •2.1.1. Введение
- •2.1.2. Системный вызовfdopen
- •Описание
- •Предостережение
- •2.1.3. Создание файла при помощи вызоваfdopen
- •Описание
- •2.1.4. Системный вызов fdcreat
- •Описание
- •2.1.5. Системный вызовfdclose
- •Описание
- •2.1.6. Системный вызовfdread
- •Описание
- •Указатель чтения-записи
- •2.1.7. Системный вызовfdwrite
- •Описание
- •2.1.8. Пример copyfile
- •2.1.9. Эффективность вызововfdread иfdwrite
- •Описание
- •2.1.10. Вызов fdseek и произвольный доступ
- •Описание
- •2.1.11. Пример: гостиница
- •2.1.12. Дописывание данных в конец файла
- •2.1.13. Удаление файла
- •Описание
- •2.1.14. Системный вызов fcntl
- •Описание
- •2.2. Стандартный ввод, стандартный вывод и стандартный вывод диагностики
- •2.2.1. Основные понятия
- •2.2.2. Программа io
- •2.2.3. Использование стандартного вывода диагностики
- •2.3. Стандартная библиотека ввода/вывода: взгляд в будущее
- •Описание
- •Вывод сообщений об ошибках при помощи функции writeln
- •2.4. Системные вызовы и переменнаяlinuxerror
- •2.4.7. Подпрограмма perror
- •Глава 3. Работа с файлами
- •3.1. Файлы в многопользовательской среде
- •3.1.1. Пользователи и права доступа
- •Действующие идентификаторы пользователей и групп
- •3.1.2. Права доступа и режимы файлов
- •Описание
- •3.1.3. Дополнительные права доступа для исполняемых файлов
- •3.1.4. Маска создания файла и системный вызов umask
- •Описание
- •3.1.5. Вызовfdopen и права доступа к файлу
- •3.1.6. Определение доступности файла при помощи вызова access
- •Описание
- •3.1.7. Изменение прав доступа при помощи вызова chmod Описание
- •3.1.8. Изменение владельца при помощи вызова chown
- •Описание
- •3.2. Файлы с несколькими именами
- •3.2.1. Системный вызов link Описание
- •3.2.2. Системный вызов unlink
- •3.2.3. Системный вызов frename
- •Описание
- •3.2.4. Символьные ссылки
- •Описание
- •Описание
- •3.2.5. Еще об именах файлов
- •Описание
- •3.3. Получение информации о файле: вызов fstat
- •Описание
- •Описание
- •3.3.1. Подробнее о вызове chmod
- •Глава 4. Каталоги, файловые системы и специальные файлы
- •4.1. Введение
- •4.2. Каталоги с точки зрения пользователя
- •Текущий рабочий каталог
- •4.3. Реализация каталогов
- •4.3.1. Снова о системных вызовах link и unlink
- •4.3.2. Точка и двойная точка
- •4.3.3. Права доступа к каталогам
- •4.4. Использование каталогов при программировании
- •4.4.1. Создание и удаление каталогов
- •Описание
- •Описание
- •4.4.2. Открытие и закрытие каталогов
- •Описание
- •Описание
- •4.4.3. Чтение каталогов: вызовы readdir и rewinddir
- •Описание
- •Описание
- •Второй пример: процедура find_entry
- •4.4.4. Текущий рабочий каталог
- •4.4.5. Смена рабочего каталога при помощи вызова chdir Описание
- •4.4.6. Определение имени текущего рабочего каталога
- •Описание
- •Описание
- •4.4.7. Обход дерева каталогов
- •Описание
- •Описание
- •4.5. Файловые системы unix
- •4.5.1. Кэширование: вызовы sync и fsync
- •Описание
- •4.6. Имена устройств unix
- •4.6.1. Файлы блочных и символьных устройств
- •4.6.2. Структураtstat
- •4.6.3. Информация о файловой системе
- •Описание
- •4.6.4. Ограничения файловой системы: процедуры pathconf и fpathconf
- •Описание
- •Глава 5. Процесс
- •5.1. Понятие процесса
- •5.2. Создание процессов
- •5.2.1. Системный вызов fork
- •Описание
- •Идентификатор процесса
- •5.3. Запуск новых программ при помощи вызова ехес
- •5.3.1. Семейство вызовов ехес
- •Описание
- •Вызовы execv, execlpи execvp
- •5.3.2. Доступ к аргументам, передаваемым при вызове exec
- •5.4. Совместное использование вызовов ехес и fork
- •Пример docommand
- •5.5. Наследование данных и дескрипторы файлов
- •5.5.1. Вызов fork,файлы и данные
- •5.5.2. Вызов ехес и открытые файлы
- •5.6. Завершение процессов при помощи системного вызова halt Описание
- •5.7. Синхронизация процессов
- •5.7.1. Системный вызов wait Описание
- •5.7.2. Ожидание завершения определенного потомка: вызов waitpid
- •Описание
- •5.8. Зомби-процессы и преждевременное завершение программы
- •5.9. Командный интерпретатор smallsh
- •5.10. Атрибуты процесса
- •5.10.1. Идентификатор процесса
- •5.10.2. Группы процессов и идентификаторы группы процессов
- •Описание
- •5.10.3. Изменение группы процесса
- •Описание
- •5.10.4. Сеансы и идентификатор сеанса
- •Описание
- •Описание
- •5.10.5. Переменные программного окружения
- •Описание
- •5.10.6. Текущий рабочий каталог
- •5.10.7. Текущий корневой каталог
- •Описание
- •5.10.8. Идентификаторы пользователя и группы
- •5.10.9. Ограничения на размер файла: вызов ulimit
- •Описание
- •5.10.10. Приоритеты процессов
- •Описание
- •Глава 6. Сигналы и их обработка
- •6.1. Введение
- •6.1.1. Имена сигналов
- •6.1.2. Нормальное и аварийное завершение
- •6.2. Обработка сигналов
- •6.2.1. Наборы сигналов
- •Описание
- •6.2.2. Задание обработчика сигналов: вызов sigaction
- •Описание
- •Пример 1: перехват сигнала sigint
- •Пример 2: игнорирование сигнала sigint
- •Пример 3: восстановление прежнего действия
- •Пример 4: аккуратный выход
- •6.2.3. Сигналы и системные вызовы
- •6.2.4. Процедуры sigsetjmpи siglongjmp
- •Описание
- •6.3. Блокирование сигналов
- •Описание
- •6.4. Посылка сигналов
- •6.4.1. Посылка сигналов другим процессам: вызов kill
- •Описание
- •6.4.2. Посылка сигналов самому процессу: вызовы sigraiseи alarm
- •Описание
- •Описание
- •6.4.3. Системный вызов pause
- •Описание
- •6.4.4. Системные вызовы sigpending и sigsuspend
- •Описание
- •Глава 7. Межпроцессное взаимодействие при помощи программных каналов
- •7.1. Каналы
- •7.1.1. Каналы на уровне команд
- •7.1.2. Использование каналов в программе
- •Описание
- •7.1.3. Размер канала
- •7.1.4. Закрытие каналов
- •7.1.5. Запись и чтение без блокирования
- •7.1.6. Использование системного вызова select для работы с несколькими каналами
- •Описание
- •Описание
- •Описание
- •7.1.7. Каналы и системный вызов ехес
- •7.2. Именованные каналы, или fifo
- •7.2.1. Программирование при помощи каналов fifo
- •Описание
- •Глава 8. Дополнительные методы межпроцессного взаимодействия
- •8.1. Введение
- •8.2. Блокировка записей
- •8.2.1. Мотивация
- •8.2.2. Блокировка записей при помощи вызова fcntl
- •Описание
- •Установка блокировки при помощи вызова fcntl
- •Снятие блокировки при помощи вызова fcntl
- •Задача об авиакомпании acme Airlines
- •Проверка блокировки
- •8.3. Дополнительные средства межпроцессного взаимодействия
- •8.3.1. Введение и основные понятия
- •Ключи средств межпроцессного взаимодействия
- •Описание
- •Операция get
- •Другие операции
- •Структуры данных статуса
- •8.3.2. Очереди сообщений
- •Описание
- •Работа с очередью сообщений: примитивы msgsndи msgrcv
- •Описание
- •Пример передачи сообщений: очередь с приоритетами
- •Программа etest
- •Программа stest
- •Системный вызов msgctl
- •Описание
- •8.3.3. Семафоры Семафор как теоретическая конструкция
- •Системный вызов semget Описание
- •Системный вызов semctl Описание
- •Операции над семафорами: вызов semop
- •Описание
- •Флаг sem_undo
- •Пример работы с семафорами
- •8.3.4. Разделяемая память
- •Системный вызов shmget
- •Описание
- •Операции с разделяемой памятью: вызовы shmat и shmdt
- •Описание
- •Системный вызов shmctl Описание
- •Пример работы с разделяемой памятью: программа shmcopy
- •8.3.5. Команды ipcsи ipcrm
- •Глава 9. Терминал
- •9.1. Введение
- •9.2. Терминал unix
- •9.2.1. Управляющий терминал
- •9.2.2. Передача данных
- •9.2.3. Эхо-отображение вводимых символов и опережающий ввод с клавиатуры
- •9.2.4. Канонический режим, редактирование строки и специальные символы
- •9.3. Взгляд с точки зрения программы
- •9.3.1. Системный вызовfdopen
- •9.3.2. Системный вызов fdread
- •9.3.3. Системный вызов fdwrite
- •9.3.4. Функции ttynameи isatty
- •Описание
- •9.3.5. Изменение свойств терминала: структура termios
- •Описание
- •Описание
- •Определение структуры termios
- •Массив с_сс
- •Поле c_cflag
- •Описание
- •Поле c_iflag
- •Поле c_oflag
- •Поле с_lflag
- •Описание
- •9.3.6. Параметры min и time
- •9.3.7. Другие системные вызовы для работы с терминалом
- •Описание
- •9.3.8. Сигнал разрыва соединения
- •9.4. Псевдотерминалы
- •9.5. Пример управления терминалом: программа tscript
- •Глава 10.Сокеты
- •10.1. Введение
- •10.2. Типы соединения
- •10.3. Адресация
- •10.3.1. Адресация Internet
- •Описание
- •10.3.2. Порты
- •10.4. Интерфейс сокетов
- •10.4.1. Создание сокета
- •Описание
- •10.5. Программирование в режиме tcp-соединения
- •10.5.1. Связывание
- •Описание
- •10.5.2. Включение приема tcp-соединений
- •Описание
- •10.5.3. Прием запроса на установку tcp-соединения
- •Описание
- •10.5.4. Подключение клиента
- •Описание
- •10.5.5. Пересылка данных
- •Описание
- •10.5.6. Закрытие tcp-соединения
- •10.6. Программирование в режиме пересылок udp-дейтаграмм
- •10.6.1. Прием и передача udp-сообщений
- •Описание
- •10.7. Различия между двумя моделями
- •Глава 11. Стандартная библиотека ввода/вывода
- •11.1. Введение
- •11.2. Структура tfile
- •11.3. Открытие и закрытие потоков: процедуры fopenи fclose Описание
- •Описание
- •11.4. Посимвольный ввод/вывод: процедуры getc и putc Описание
- •11.5. Возврат символов в поток: процедура ungetc Описание
- •11.6. Стандартный ввод, стандартный вывод и стандартный вывод диагностики
- •11.7. Стандартные процедуры опроса состояния
- •Описание
- •11.8. Построчный ввод и вывод
- •Описание
- •Описание
- •11.9. Ввод и вывод бинарных данных: процедуры freadи fwrite Описание
- •11.10. Произвольный доступ к файлу: процедуры fseek, rewindи ftell
- •Описание
- •11.11. Форматированный вывод: семейство процедур printf Описание
- •Задание ширины поля и точности
- •Комплексный пример
- •Специальные символы
- •Процедура sprintf
- •11.12. Форматированный ввод: семейство процедур scanf Описание
- •11.13. Запуск программ при помощи библиотек стандартного ввода/вывода
- •Описание
- •Описание
- •11.14. Вспомогательные процедуры
- •11.14.1. Процедуры freopen и fdopen Описание
- •11.14.2. Управление буфером: процедуры setbufи setvbuf Описание
- •Глава 12. Разные дополнительные системные вызовы и библиотечные процедуры
- •12.1. Введение
- •12.2. Управление динамическим распределением памяти
- •Описание
- •Описание
- •Описание
- •Пример использования функции malloc:связные списки
- •Вызовы brk и sbrk
- •12.3. Ввод/вывод с отображением в память и работа с памятью
- •Описание
- •Системные вызовы ттар и munmap
- •Описание
- •Описание
- •12.4. Время
- •Описание
- •Описание
- •12.5. Работа со строками и символами
- •12.5.1. Семейство процедур strings
- •Описание
- •12.5.2. Преобразование строк в числовые значения
- •Описание
- •12.5.3. Проверка и преобразование символов
- •12.6. Дополнительные средства
- •12.6.1. Дополнение о сокетах
- •12.6.2. Потоки управления
- •Описание
- •12.6.3. Расширения режима реального времени
- •12.6.4. Получение параметров локальной системы
- •12.6.5. Интернационализация
- •12.6.6. Математические функции
- •12.6.7. Работа с портами ввода вывода
- •Глава 13. Задачи с решениями
- •13.1. Введение
- •13.2. Обработка текста
- •13.3. Бинарные файлы
- •13.4. Каталоги
- •13.5. Файловые системы
- •13.6. Файловая системаproc
- •13.7. Управление файлами
- •13.8. Управление процессами
- •13.9. Программные каналы
- •13.10. Управление терминалом
- •13.11. Дата и время
- •13.12. Генератор лексических анализаторовlex
- •Приложение 1. Коды ошибок переменной linuxerror и связанные с ними сообщения Введение
- •Список кодов и сообщений об ошибках
- •Приложение 2. История unix
- •Основные стандарты
- •Ieee/posix
- •Приложение 3. Модульstdio
- •Приложение4. Замечания о компиляции воFree Pascal 2.0
- •Литература
Литература
Бах Морис. Архитектура операционной системы UNIX. (http://lib.ru/BACH/)
Богатырев Андрей. Хрестоматия по программированию на Си в Unix. (http://lib.ru/CTOTOR/book.txt)
Голдт С., ван дер Меер С., Буркетт С., Уэлш М. Руководство программиста для Linux. (http:// www.opennet.ru/docs/RUS/Lpg)
Джонсон Майкл. Ядро ОС Linux. Руководство системного программиста. (www.linuxrsp.ru/docs/books/khg.html)
Керниган Б.В., Пайк Р. UNIX – универсальная среда программирования. – М.: Финансы и статистика, 1992. – 304 с.
Полищук А.П., Семериков С.А. Программирование в X Window средствами Free Pascal. (http://freepascal.ru/article//book/xwin/, http://pascal.sources.ru/graph/xwinfpc/)
Робачевский А.М. Операционная система UNIX. – Спб.: БХВ-Петербург, 2000. – 528 с.
Уолтон Шон. Создание сетевых приложений в среде Linux. Руководство разработчика. – М.: Вильямс, 2001. – 464 с.
Хантер Робин. Основные концепции компиляторов. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. – 256 с.
Хэвиленд К., Грэй Д., Салама Б. Системное программирование в UNIX. Руководство программиста по разработке ПО. – M.: ДМК Пресс, 2000. – 368 с.
Эндрюс Грегори Р. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 512 с.
Draft Standard for Information Technology – Portable Operating System Interface (POSIX) Part 2: Shell and Utilities (IEEE P1003.2 Draft 11.2 – September 1991)
A.D. Marshall. Programming in C. UNIX System Calls and Subroutines using C. (http://www.cm.cf.ac.uk/Dave/C/CE.html)
Mark Mitchell, Jeffrey Oldham, and Alex Samuel. Advanced Linux Programming. – New Riders Publishing, 2001. – 340 p.
Steve D. Pate. UNIX Internals: A Practical Approach. – Addison-Wesley, 1996. – 667 p.
Uresh Vahalia. UNIX Internals: The New Frontiers. – Prentice Hall, 1996. – 601 p.
Kurt Wall, Mark Watson, and Mark Whitis. Linux Programming Unleashed. – Sams, 1999. – 847 p.
1Согласно спецификацииSUSV2 заголовочный файлlimits.hдолжен определять константуOPEN_MAX, задающую это значение.
1Использование suid-программ для нарушения защиты – известнейший способ взлома систем. Существует набор строгих правил составления защищенных suid-программ. Самое простое из этих правил (но явно недостаточное) – не давать никому права читать содержимое таких программ. Благодаря этому иногда можно скрыть слабое место программы от посторонних глаз.
1Фоновый процесс при попытке вывода на консоль остановится, получив сигналSIGTTOU(см. главу 6). Следует придумать иной способ оповещения об изменениях файлов.
1Не следует путать это понятие с понятием потока выполнения, когда несколько копий кода могут работать с одним набором данных. Потоки выполнения сейчас доступны в некоторых реализацияхUNIX,и они охватываются последними расширениями стандарта POSIXи спецификации XSI.Тем не менее мы не будем более подробно описывать сложности многопоточной модели. За дальнейшей информацией обратитесь к справочному руководству системы.
1Здесь следует отметить, что значениеargv[0]– не пустая трата памяти, а весьма важный параметр. Во-первых, он напоминает программе ее имя: признаком хорошего стиля программирования считается вывод диагностики от имени программыargv[0], ведь заранее не известно, как впоследствии переименует программу пользователь. Во-вторых, у исполняемого файла может быть несколько имен (вспомните про ссылки), и это можно выгодно использовать. Часто множество утилит на самом деле является одной программой, которая ведет себя по-разному в зависимости от использованного имени. Это кажется странным, но прекрасно работает. Так, программа удаленного выполнения командrsh,будучи названной именем neibor,ведет себя так, как будто ей сообщили дополнительный первый аргумент neibor.Можно заготовить набор псевдонимов этой программы для запуска команд на соседних системах сети.
1Современные системы, согласно спецификации SUSV2и стандарту POSIX,должны также позволять возвращаться от истинных идентификаторов к сохраненным (saved-set-uid, saved-set-gid)действующим идентификаторам пользователя и группы.
1Некоторые из упомянутых сигналов могут отсутствовать в используемой системе, тогда компилятор сообщит о неизвестном мнемоническом имени. Иногда имя сигнала определено, а данный сигнал отсутствует в системе. В ряде случаев требуется определить наличие определенного сигнала на стадии выполнения программы. В этих ситуациях можно воспользоваться советом, приведенным в информативной части стандарта POSIX1003.1: наличие поддержки сигнала сообщает вызов функцииsigaction()с аргументами actиоасt, имеющими значения NULL.
1Спецификация SUSV2приводит для этих сигналов нормальное завершение в качестве действия по умолчанию; лучшими примерами являются сигналы SIGCHLDи SIGURG.
1Тем не менее при написании сложных систем следует знать некоторые дополнительные детали механизма доставки и обработки сигналов (см. стандарт POSIX1003.1, спецификацию SUSV2,и руководство используемой программистом системы).
1На самом деле программа имеет возможность с помощью операций управления ввода/вывода выяснить тип конечного устройства, используемого в качестве стандартного ввода/вывода (файл, терминал или канал). Некоторые стандартные утилиты UNIXведут себя по-разному в разных ситуаций; сравните вывод lsна терминал и в канал.
1В некоторых реализациях вызов selectизменяет также содержимое структуры timeout:оно заполняется оставшимся временем до истечения первоначально заданного интервала. Данную возможность следует учитывать при вызовеselectс нулевыми масками в качестве высокоточного аналога вызова sleep–тогда использование selectв цикле может привести к неправильным результатам.
1В некоторых версиях UNIXесть также возможность примененияобязательных блокировок (mandatory lock).
2Три упомянутые средства часто называют System V IPC,поскольку впервые это семейство межпроцессных взаимодействий было введено в диалекте System V Unix.Стандарт POSIX1003.1 их не описывает; более того. аналогичные POSIX-средства имеют другой интерфейс и семантику. Тем не менее System V IPCвнесены в спецификацию SUSV2как заимствованные из второй версии спецификацииSVID.
1Клинч иногда является следствием гораздо более запутанной ситуации, если установлению блокировки препятствуют одновременно несколько других блокировок.
1В базовом документе POSIX 1003.1 средства IPC System Vне вводятся.
1Более точно порядок разрешения доступа к объекту IPC описан в спецификации SUSV2.
1Протокол UDPне гарантирует доставку дейтаграмм; кроме того, может быть нарушен исходный порядок сообщений, допускается также случайное дублирование дейтаграмм. Приложения, использующие протокол UDP, должны обеспечивать контроль данных на прикладном уровне, для этого может потребоваться организация подтверждения доставки и повторной пересылки данных.
1Потоки stdin, stdoutи stderrне следует закрывать: это может привести к аварийному завершению процесса, так как соответствующие структуры TFILEчасто размещены в статической, а не динамической памяти.
1Опытные программисты не советуют использовать функциюfscanf (scanf) для ввода данных, кроме случаев простого интерактивного ввода. Вместо функцииfscanf (scanf) предлагается использовать комбинацию вызововfgets(gets) иsscanf. Недостаток функцииfscanf (scanf) в данном случае состоит в том, что при случайном нарушении формата строки вводимых данных эта функция может перейти к чтению следующей строки, поскольку функцияfscanf (scanf) не отличает символ окончания строки от других разделителей полей. В такой ситуации сложно обработать ошибку входных данных корректно, а кроме того, ввод следующей строки тоже будет нарушен.
1Для отладки программ, интенсивно использующих динамическую память, существуют специальные библиотеки, подменяющие стандартный механизм процедур семейства malloc.Эти библиотеки менее производительны, зато выполняют функцию «раннего предупреждения» подобных ошибок, то есть незамедлительно фиксируют нарушения правил работы с динамической памятью.
1Полезно также знать о процедуре setsockopt,управляющей параметрами соединения.