_syscalls_ sem10 - Интерфейс библиотечных функций и системных вызовов. Работа с файлами. Работа с файловой системой (Мини-учебник с ejudge = Чернокнижка), страница 3

Может бытьзаписано меньше байт, чем запрошено, и это не является ошибкой. Такая ситуация можетвозникнуть, например, при работе с сетевой файловой системой NFS. В этом случае нужноещё раз вызвать write с изменёнными указателем на начало области записываемых данныхи размером области.2 Обратите внимание, что запись по таким адресам самим процессом приведёт к краху программы по сигналуSIGSEGV или SIGBUS.62.3.3 Операции с файлами в многопроцессной системеКогда в системе работает более одного процесса, несколько процессов могут независимо открыть один и тот же файл, причём в разных режимах. Например, два процесса могутоткрыть один и тот же файл на запись.

В отличие от других систем, одновременная работа сфайлом нескольких процессов по умолчанию не запрещена. Для регулярных файлов системаподдерживает атомарность операций чтения и записи. Под атомарностью некоторой операции здесь понимается то, что никакой процесс в системе не сможет наблюдать ситуацию,когда операция уже началась, но ещё не прошла до конца. Если в результате вызова операции чтения или записи процесс был помещён в состояние ожидания поступления данных илиосвобождения буфера, операция не считается начавшейся.Обычно права доступа к файлу проверяются один раз: при открытии файла.

Если пользователь не имеет достаточно прав, чтобы открыть файл в запрошенном режиме, системныйвызов open вернёт соответствующий код ошибки. Изменение прав доступа к файлу никак неповлияет на файловые дескрипторы, которые уже ассоциированы с этим файлом. Например,если файл открывался в режиме записи, а после разрешение записи для данного пользователя было отменено, все операции записи в файл, производимые с использованием этогофайлового дескриптора, будут завершаться успешно.Работа с файлами на сетевой файловой системе NFS и здесь имеет свои особенности.

Поскольку NFS-сервер не поддерживает список открытых файлов для клиента, а клиент каждый раз присылает запросы на чтение или запись с указанием имени файла (точнее, номераустройства и номера индексного дескриптора), смещения от начала файла и размера файла,права доступа к файлу проверяются сервером при каждой операции. Поэтому, если послеоткрытия файла на клиенте, права доступа были изменены, последующие операции с файловым дескриптором будут завершаться ошибочно, если новые права доступа к файлу непозволяют выполнить запрашиваемую операцию.Другая особенность NFS связана с удалением файлов. В UNIX файл не считается удалённым, даже если удалены все записи в каталогах, ссылающиеся на его индексный дескриптор,до тех пор, пока не будет закрыт последний файловый дескриптор, ассоциированный с этимфайлом.

Так как NFS-сервер не имеет информации об открытых на клиенте файлах, он неможет удалять файлы, с которыми, возможно, в данный момент идёт работа у клиента. Поэтому при запросе на удаление файл, в отношении которого сервер имеет подозрение, чтоего может использовать какой-либо клиент, не удаляется, а переименовывается в имя вида .nfs032847.

Такие файлы удаляются либо когда сервер будет точно знать, что никакойклиент его больше не использует, либо при перезагрузке системы.2.3.4 ПозиционированиеКогда файловый дескриптор ассоциирован с регулярным файлом, осмыслено понятие«текущее положение в файле». Это смещение от начала файла, начиная с которого очередной вызов read будет считывать данные, а вызов write записывать данные (если толькофайл не был открыт с режимом O_APPEND). После операции чтения или записи указательтекущего положения в файле продвигается вперёд на количество байт, прочитанное из файлаили записанное в файл.Все клоны некоторого файлового дескриптора (то есть полученные из него явно с помощью системных вызовов dup, dup2 или неявно при создании нового процесса с помощьюfork) разделяют один указатель на текущее положение в файле.

Любая операция, выполненная на одном из таких файловых дескрипторов, которая изменяет текущее положение в7файле, делает это для всех клонов. Поэтому, когда некоторый файловый дескриптор, ассоциированный с регулярным файлом, используется несколькими процессами, необходимоследить за тем, что указатель текущего положения в файле установлен, как требуется.Указатель текущего положения в файле можно произвольным образом изменять с помощью системного вызова lseek.#include <sys/types.h>#include <unistd.h>off_t lseek(int fildes, off_t offset, int whence);Параметр fildes задаёт номер файлового дескриптора, параметр whence задаёт, от какой точки должно отсчитываться смещение, а параметр offset задаётсамо смещение.

Параметр whence может принимать одно из следующих значений:SEEK_SET 0 offset отсчитывается от начала файла.SEEK_CUR 1 offset отсчитывается от текущего положения.SEEK_END 2 offset отсчитывается от текущего размера файла.При успешном завершении lseek возвращает новое положение указателя относительноначала файла, измеренное в байтах.

При ошибке возвращается значение (off_t) -1, ипеременная errno устанавливается в код ошибки.Чтобы узнать текущее положение в файле, нужно вызвать системный вызов lseek с параметрами lseek(fd, 0, SEEK_CUR);.2.4 Файловые дескрипторы и дескрипторы потоковСтандартная библиотека языка Си определяет большое количество функций для работы с файлами, например, fopen, fprintf, fscanf, fclose.

Эти функции предоставляютширокие возможности по управлению форматом записываемых или считываемых данных:построчный ввод или вывод, преобразование стандартных типов в строковое представлениеи обратно и т. д. Поскольку они позволяют вводить и выводить структурированные данные,то данные на более высоком уровне абстракции, чем последовательность байтов, эти функции называются ещё «высокоуровневыми» функциями ввода/вывода, в противоположность«низкоуровневым» функциям, описанным выше.Существенная часть работы высокоуровневых функций ввода вывода (например, форматирование чисел в соответствии со спецификацией формата) производится в стандартнойбиблиотеке языка Си в функциях, которые работают в контексте процесса.

Для выполнениясобственно операции чтения из файла или записи в файл эти функции должны обратитьсяк ядру операционной системы. Поскольку ядро может выполнять только системные вызовынизкого уровня, высокоуровневый ввод/вывод использует (реализован с помощью) низкоуровневые операции работы с файлами. Так, функция fopen после анализа режимов открытия и создания внутренних структур данных (указатель на которые она возвращает) сделаетсистемный вызов open.

Функции записи в дескриптор потока вызовут в итоге системныйвызов write и т. д.Высокоуровневый ввод/вывод по умолчанию буферизуется. Это значит, что в адресномпространстве процесса выделяется память под некоторый буфер фиксированного размера(по умолчанию обычно 512 байт), записываемые данные попадают сначала в буфер, и лишьпотом передаются ядру, считываемые данные сначала считываются в буфер и только затемпередаются в программу. Дескрипторы потока, связанные с устройствами типа терминалов,буферизуются построчно, то есть выводимые данные не будут переданы ядру до тех пор, покапрограмма не выведет символ перевода строки ’\n’.

Исключение составляет стандартные8поток ошибок stderr, который никогда не буферизуется. Буфер потока является полнойсобственностью процесса, и ядро ничего не знает о такой буферизации. Поэтому, когда ядропринудительно завершает процесс (например, при получении процессом необрабатываемого сигнала, который по умолчанию завершает работу процесса), всё содержимое буферовпотоков, предназначенных на запись, теряется. Когда ядро создаёт копию адресного пространства процесса (при вызове fork), копируется и содержимое буферов, и состояние дескрипторов потока.Чтобы изменить режим буферизации данного дескриптора потока используется функцияsetvbuf.#include <stdio.h>int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);Параметр stream задаёт дескриптор потока, параметр mode задаёт новый режим буферизации.

Поддерживаются три режима:• Режим без буферизации (параметр mode должен быть равен константе _IONBF). Вэтом случае значения параметров buf и size игнорируются.• Режим с построчной буферизацией (параметр mode равен _IOLBF). Параметр bufдолжен указывать на начало буфера (области памяти), который имеет размер по крайней мере size байт. Если параметр buf равен NULL, буфер заданного размера будетвыделен с помощью malloc при следующей операции ввода/вывода.• Режим с полной буферизацией (параметр mode равен _IOFBF).

Параметр buf долженуказывать на начало буфера (области памяти), который имеет размер по крайней мереsize байт. Если параметр buf равен NULL, буфер заданного размера будет выделен спомощью malloc при следующей операции ввода/вывода.Изменение режима будет иметь эффект, только если поток не активен, то есть его буферпуст, что бывает либо после открытия, но до выполнения операций ввода/вывода, либо послевызова функции fflush.Если адрес буфера задаётся в функции setvbuf явно, буфер должен существовать, когда поток будет закрываться. Если поток не закрывается явно в самой программе, буфердолжен существовать и тогда, когда закончит своё выполнение функция main, то есть буферне должен быть локальной переменной функции main.Использование режимов без буферизации и режима полной буферизации может даватьнежелательный результат, когда несколько процессов одновременно модифицируют (например, дописывают) один и тот же текстовый файл.

Если поток переведён в режим без буферизации, использование fprintf одновременно несколькими процессами может привестик тому, что вывод процессов будет произвольным образом перемешан даже в пределах одной выводимой строки. Хотя каждая операция write сама по себе атомарна, при обработке форматной строки write может быть вызвана несколько раз.

Если же включён режимполной буферизации, вывод будет производиться блоками по (по умолчанию) 512 байт. Приэтом граница выводимого блока может не совпадать с границей выводимой строки. Безопаснее всего использовать режим с построчной буферизацией, либо (что то же самое) сначалаподготавливать строку в памяти с помощью функции sprintf, затем её выводить целикомс помощью fputs или fwrite.9Если файл открыт в режиме чтение и запись несколькими процессами (такие файлычаще всего содержат бинарные данные) и активно модифицируется, система не гарантирует, что буфер в памяти будет отражать последние изменения в файле. Перед модификацией содержимого файла необходимо сделать пустую операцию над потоком, напримерfseek(f, 0, SEEK_CUR);, а после модификации необходимо сохранить буфер вызовомfflush.