Основные системные вызовы файловой системы

Ядро ОС UNIX поддерживает для работы с файлами несколько системных вызовов. Среди них наиболее важными являются open(2), creat(2), close(2), read(2), readv(2), write(2), writev(2), lseek(2), dup(2), dup2(2), pipe(2), fcntl(2).

Подробное описание и примеры использования этих функций приведено в лабораторных работах и нет смысла их приводить в конспекте лекций.

Важно отметить, что хотя внутри подсистемы управления файлами обычный файл представляется в виде набора блоков внешней памяти, для пользователей обеспечивается представление файла в виде линейной последовательности байтов. Такое представление позволяет использовать абстракцию файла при работе с внешними устройствами, при организации межпроцессных взаимодействий и т.д.

Файл в системных вызовах, обеспечивающих реальный доступ к данным, идентифицируется своим дескриптором (целым значением). Дескриптор файла выдается системными вызовами open(2) (открыть файл) и creat(2) (создать файл). Основным параметром операций открытия и создания файла является полное или относительное имя файла. Кроме того, при открытии файла указывается также режим открытия (только чтение, только запись, запись и чтение и т.д.) и характеристика, определяющая возможности доступа к файлу: По историческим причинам и для обеспечения совместимости с предыдущими версиями ОС UNIX отдельно поддерживается системный вызов creat, выполняющий практически те же функции, что и open.

Функции dup(2) и dup2(2) используются для дублирования файлового дескриптора. уже открытого файла. Дескриптор должен быть предварительно получен с помощью функций open(2), creat(2), dup(2), dup2(2) или pipe(2). В случае успеха функция dup(2) возвращает новый файловый дескриптор для файла. Эти действия часто требуются при реализации слияния потоков в командном интерпретаторе.

Открытый файл может использоваться для чтения и записи последовательностей байтов. Для этого поддерживаются два системных вызова:

read(fd, buffer, count) и write(fd, buffer, count)

Здесь fd - дескриптор файла (полученный при ранее выполненном системном вызове open или creat); buffer - указатель символьного массива, в который помещаются данные или из которого извлекаются данные; count - число байтов, которые должны быть прочитаны из файла или в него записаны. Возвращаемое значение функции read(2) или write(2) - целое число, которое совпадает со значением count, если операция заканчивается успешно, равно нулю при достижении конца файла и отрицательно при возникновении ошибок.

Функции readv(2) и writev(2) позволяют выполнить несколько последовательных операция чтения или записи за одно обращение.

В каждом открытом файле существует текущая позиция. Сразу после открытия файл позиционируется на первый байт. Другими словами, если сразу после открытия файла выполняется системный вызов read (или write), то будут прочитаны (или записаны) первые count байтов содержимого файла (конечно, они будут успешно прочитаны только в том случае, если файл реально содержит, по крайней мере, count байтов). После выполнения системного вызова read (или write) указатель чтения/записи файла будет установлен в позицию count+1 и т.д.

Такой, чисто последовательный стиль работы, оказывается во многих случаях достаточным, но часто бывает необходимо читать или изменять файл с произвольной позиции (например, как без такой возможности хранить в файле прямо индексируемые массивы данных?). Для явного позиционирования файла служит системный вызов

lseek(fd, offset, origin)

Как и раньше, здесь fd - дескриптор ранее открытого файла. Параметр offset задает значение относительного смещения указателя чтения/записи, а параметр origin указывает, относительно какой позиции должно применяться смещение. Возможны три значения параметра origin. Значение 0 указывает, что значение offset должно рассматриваться как смещение относительно начала файла. Значение 1 означает, что значение offset является смещением относительно текущей позиции файла. Наконец, значение 2 говорит о том, что задается смещение относительно конца файла. Заметим, что типом данных параметра offset является long int. Это значит, что, во-первых, могут задаваться достаточно длинные смещения и, во-вторых, смещения могут быть положительными и отрицательными.

Например, после выполнения системного вызова

lseek(fd, 0, 0)

указатель чтения/записи соответствующего файла будет установлен на начало (на первый байт) файла. Системный вызов

lseek(fd, 0, 2)

установит указатель на конец файла. Наконец, выполнение системного вызова

lseek(fd, 10, 1)

приведет к увеличению текущего значения указателя на 10.

Естественно, системный вызов успешно завершается только в том случае, когда заново сформированное значение указателя не выходит за пределы существующих размеров файла.

Функция pipe(2) служит для создания однонаправленного (симплексного) канала (анонимного канала) обмена данными между двумя родственными процессами. Функция возвращает два файловых дескриптора, причем один из них служит для чтения данных из канала, а второй – для записи данных в канал. Пример: для создания программных каналов в интерпретаторе.

Чтение и запись в канал связаны с дисковым вводом/выводом, что сказывается на производительности этого механизма. Современные ОС предлагают и более совершенные механизмы (именованные каналы, специальная файловая система HPPS High Perfomance Pipe System), которая буферизует данные в ОП, что значительно ускоряет операции записи и считывания.

Функция fcntl(2) позволяет процессу выполнить ряд действий с файлом, используя его дескриптор, после того как файл открыт. Перечислим некоторые из них:

- создать новый файловый дескриптор;

- возвратить режим доступа к файлу, заданный при его открытии функцией ope(2);

- установить режим доступа к файлу;

- различные функции, связанные с блокировкой

Сейчас невозможно найти два варианта ОС UNIX с разными названиями, наборы системных вызовов которых полностью бы совпадали. Однако любой такой вариант поддерживает системные вызовы, которые специфицированы в стандартах. К полностью стандартным системным вызовам относятся системные вызовы для работы с файлами (включая специальные файлы), системные вызовы для управления процессами (fork и семейство exec), системные вызовы класса IPC. Правило прикладного мобильного программирования с использованием системных вызовов:

Проектируя и разрабатывая прикладную систему, убедитесь, что вы не используете системные вызовы, не входящие в стандарт.

Придерживаясь этого правила, с большой вероятностью вы не будете иметь проблем с переносом программы в среду другого варианта ОС UNIX по причине несовместимости наборов системных вызовов.

Дата добавления: 2014-01-11