- •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
7.2.1. Программирование при помощи каналов fifo
Программирование при помощи каналов FIFO, в основном, идентично программированию с использованием обычных каналов. Единственное существенное различие заключается в их инициализации. Вместо использования вызова assignpipe канал FIFO создается при помощи вызова mkfifo. В старых версиях UNIX может потребоваться использование более общего вызова mknod.
Описание
uses linux;
Function MkFifo(PathName:String; Mode:Longint):Boolean;
Системный вызов mkfifo создает файл FIFO с именем, заданным первым параметром pathname. Канал FIFO будет иметь права доступа, заданные параметром mode и измененные в соответствии со значением umask процесса.
После создания канала FIFO он должен быть открыт при помощи вызова fdореn. Поэтому, например, фрагмент кода
uses linux;
.
.
mkfifo('/tmp/fifo', octal(0666));
.
.
fd := fdopen('/tmp/fifo', Open_WRONLY);
открывает канал FIFO для записи. Вызов fdopen будет заблокирован до тех пор, пока другой процесс не откроет канал FIFO для чтения (конечно же, если канал FIFO уже был открыт для чтения, то возврат из вызова open произойдет немедленно).
Можно выполнить не блокирующий вызов fdopen для канала FIFO. Для этого во время вызова должен быть установлен флаг Open_NONBLOCK (определенный в файле linux) и один из флагов Open_RDONLY или Open_WRONLY, например:
fd := fdopen('/tmp/fifo', Open_WRONLY or Open_NONBLOCK);
if fd = -1 then
perror('Ошибка вызова open для канала FIFO');
Если не существует процесс, в котором канал FIFO открыт для чтения, то этот вызов fdopen вернет значение -1 вместо блокировки выполнения, а переменная linuxerror будет содержать значение Sys_ENXIO. В случае же успешного вызова fdopen последующие вызовы fdwrite для канала FIFO также будут не блокирующими.
Наступило время привести пример. Представим две программы, которые показывают, как можно использовать канал FIFO для реализации системы обмена сообщениями. Эти программы используют тот факт, что вызовы fdread или fdwrite для каналов FIFO, как и для программных каналов, являются неделимыми (для небольших порций данных). Если при помощи канала FIFO пересылаются сообщения фиксированного размера, то отдельные сообщения будут сохраняться, даже если несколько процессов одновременно выполняют запись в канал.
Рассмотрим вначале программу sendmessage, которая посылает отдельные сообщения в канал FIFO с именем fifo. Она вызывается следующим образом:
$ sendmessage 'текст сообщения 1' 'текст сообщения 2'
Обратите внимание на то, что каждое сообщение заключено в кавычки и поэтому считается просто одним длинным аргументом. Если не сделать этого, то каждое слово будет рассматриваться, как отдельное сообщение. Программа sendmessage имеет следующий исходный текст:
(* Программа sendmessage - пересылка сообщений через FIFO *)
uses linux,stdio,strings;
const
MSGSIZ=63;
fifo = 'fifo';
var
fd,j:integer;
nwrite:longint;
msgbuf:array [0..MSGSIZ] of char;
begin
if paramcount=0 then
begin
writeln (stderr, 'Применение: sendmessage сообщение');
halt (1);
end;
(* Открыть канал fifo, установив флаг Open_NONBLOCK *)
fd := fdopen (fifo, Open_WRONLY or Open_NONBLOCK);
if fd < 0 then
fatal ('Ошибка вызова open для fifo');
(* Посылка сообщений *)
for j := 1 to paramcount do
begin
if length(paramstr(j)) > MSGSIZ then
begin
writeln('Слишком длинное сообщение ', paramstr(j));
continue;
end;
strpcopy(msgbuf, paramstr(j));
nwrite := fdwrite (fd, msgbuf, MSGSIZ + 1);
if nwrite = -1 then
fatal ('Ошибка записи сообщения');
end;
halt(0);
end.
И снова для вывода сообщений об ошибках использована процедура fatal. Сообщения посылаются блоками по 64 байта при помощи не блокируемого вызова fdwrite. В действительности текст сообщения ограничен 63 символами, а последний символ является нулевым.
Программа rcvmessage принимает сообщения при помощи чтения из канала FIFO. Она не выполняет никаких полезных действий и служит только демонстрационным примером:
(* Программа rcvmessage - получение сообщений из канала fifo *)
uses linux,stdio;
const
MSGSIZ=63;
fifo = 'fifo';
var
fd:integer;
msgbuf:array [0..MSGSIZ] of char;
begin
(* Создать канал fifo, если он еще не существует *)
if not mkfifo (fifo, octal(0666)) then
if linuxerror <> Sys_EEXIST then
fatal ('Ошибка приемника: вызов mkfifo');
(* Открыть канал fifo для чтения и записи. *)
fd := fdopen (fifo, Open_RDWR);
if fd < 0 then
fatal ('Ошибка при открытии канала fifo');
(* Прием сообщений *)
while true do
begin
if fdread (fd, msgbuf, MSGSIZ + 1) < 0 then
fatal ('Ошибка при чтении сообщения');
(*
* вывести сообщение; в настоящей программе
* вместо этого могут выполняться какие-либо
* полезные действия.
*)
writeln('Получено сообщение: ', msgbuf);
end;
end.
Обратите внимание на то, что канал FIFO открывается одновременно для чтения и записи (при помощи задания флага Open_RDWR). Чтобы понять, для чего это сделано, предположим, что канал FIFO был открыт только для чтения при помощи задания флага Open_RDONLY. Тогда выполнение программы rcvmessage будет сразу заблокировано в момент вызова fdopen. Когда после старта программы sendmessage в канал FIFO будет произведена запись, вызов fdopen будет разблокирован, программа rcvmessage будет читать все посылаемые сообщения. Когда же канал FIFO станет пустым, а процесс sendmessage завершит работу, вызов fdread начнет возвращать нулевое значение, так как канал FIFO уже не будет открыт на запись ни в одном процессе. При этом программа rcvmessage войдет в бесконечный цикл. Использование флага Open_RDWR позволяет гарантировать, что, по крайней мере, в одном процессе, то есть самом процессе программы rcvmessage, канал FIFO будет открыт для записи. В результате вызов open всегда будет блокироваться то тех пор, пока в канал FIFO снова не будут записаны данные.
Следующий диалог показывает, как можно использовать эти две программы. Программа rcvmessage выполняется в фоновом режиме для получения сообщений от разных процессов, выполняющих программу sendmessage.
$ rcvmessage &
40
$ sendmessage 'сообщение 1' 'сообщение 2'
Получено сообщение: сообщение 1
Получено сообщение: сообщение 2
$ sendmessage 'сообщение номер 3'
Получено сообщение: сообщение номер 3
Упражнение 7.6. Программы sendmessage и rcvmessage образуют основу простой системы обмена данными. Сообщения, посылаемые программе rcvmessage, могут, например, быть именами файлов, которые нужно обработать. Проблема заключается в том, что текущие каталоги программ sendmessage и rcvmessage могут быть различными, поэтому относительные пути будут восприняты неправильно. Как можно разрешить эту проблему? Можно ли создать, скажем, спулер печати в большой системе, используя только каналы FIFO?
Упражнение 7.7. Если программу rcvmessage нужно сделать настоящей серверной программой, то потребуется гарантия того, что в произвольный момент времени выполняется только одна копия сервера. Существует несколько способов достичь этого. Один из методов состоит в создании файла блокировки. Рассмотрим следующую процедуру:
uses linux;
const
lck = '/tmp/lockfile';
function makelock:integer;
var
fd:integer;
begin
fd := fdopen (lck, Open_RDWR or Open_CREAT or Open_EXCL, octal(0600));
if fd < 0 then
begin
if linuxerror = SYS_EEXIST then
halt (1) (* файл занят другим процессом *)
else
halt (127); (* неизвестная ошибка *)
end;
(* Файл блокировки создан, выход из процедуры *)
fdclose (fd);
makelock:=0;
end;
Эта процедура использует тот факт, что вызов open осуществляется за один шаг. Поэтому, если несколько процессов пытаются выполнить процедуру makelock, одному из них это удастся первым, и он создаст файл блокировки и «заблокирует» работу остальных. Добавьте эту процедуру к программе sendmessage. При этом, если выполнение программы sendmessage завершается при помощи сигнала SIGHUP или SIGTERM, то она должна удалять файл блокировки перед выходом. Как вы думаете, почему мы использовали в процедуре makelock вызов fdopen, а не fdcreat?