Весь ввод и вывод обеспечиваются двумя системными вызовами, read и write, которые доступны в Си с помощью функций с теми же именами. Для обеих первый аргумент это дескриптор файла, второй массив байтов, который служит источником данных или назначением, а третий число байтов, которые следует передать.
int fd, n, nread, nwritten;
char buf[SIZE];
nread = read(fd, buf, n);
nwritten = write(fd, buf, n);
Каждый вызов возвращает число переданных байтов. При чтении возвращенное число может быть меньше, чем запрошенное, поскольку для чтения оставлено менее n байт. (Когда файлу поставлен в соответствие терминал, read обычно читает до следующей строки, что составляет меньшую часть запрошенного.) Возвращаемое значение 0 подразумевает конец файла, а значение -1 обозначает некоторую ошибку. При записи возвращаемое значение есть число действительно записанных байтов; если оно не равно числу байтов, которое предполагается записать, возникает ошибка. Несмотря на то, что число байтов, которые следует читать или писать, не ограничено, наиболее часто используются два значения: 1, что соответствует одному символу за одно обращение ("не буферизовано"), и размер блока на диске, как правило,- 512 или 1024 байта (такое значение имеет BUFSIZ в <stdio.h>). Для иллюстрации изложенного здесь приведена программа копирования входного потока в выходной. Так как входной и выходной потоки могут переключаться на любой файл или устройство, она действительно скопирует что-нибудь куда-либо: это "скелетная" реализация cat.
/* cat: minimal version */
#define SIZE 512 /* arbitrary */
main() {
char buf[SIZE];
int n;
while ((n = read(0, buf, sizeof buf)) > 0)
write(1, buf, n);
exit(0);
}
Если размер файла не кратен числу SIZE, некоторый вызов read вернет меньшее число байтов, которые должны быть записаны с помощью write; следующий затем вызов read вернет нуль.
Чтение и запись порциями, подходящими для диска, будут наиболее эффективными, но даже ввод-вывод по одному символу за раз осуществим для умеренных объемов буферизуются ядром. Дороже всего обходятся обращения к системе. Программа ed, например, использует однобайтовый способ, чтобы читать стандартный входной поток. Мы хронометрировали работу данной версии cat для файла в 54 000 байт при шести значениях SIZE:
Время (пользователь+система, в сек.)
Размер PDP-11/40 VAX-11/750 1 271.0 188.8 10 29.9 19.3 100 3.8 2.6 512 1.3 1.0 1024 1.2 0.6 5120 1.0 0.6
Размер блока на диске для системы на PDP-11 составляет 512 байт и 1024 байта — для VAX.
Доступ нескольких процессоров к одному и тому же файлу в одно и то же время является совершенно законным: в самом деле, один процесс может писать, в то время как другой читает. Это обескураживает, если не входит в ваши планы, но иногда оказывается полезным. Даже несмотря на то, что при одном обращении к функции read возвращается 0, который сигнализирует о конце файла, следующий вызов read обнаружит наличие некоторого количества байтов, если еще данные пишутся в файл. Это соображение лежит в основе программы readslow, которая продолжает читать свой входной поток вне зависимости от того, достигла она конца файла или нет. Программа readslow удобна для наблюдения за работой программы.
$ slowprog >temp &
5213 идентификатор процесса
$ readslow <temp | grep something
Иными словами, медленная программа выполняет вывод в файл; readslow, возможно, совместно с некоторыми другими программами "наблюдает", как накапливаются данные.
По составу readslow идентична cat, за исключением того, что она зацикливается, а не завершается, когда встречает конец входного потока. Программа readslow должна использовать ввод-вывод низкого уровня, так как стандартная библиотечная функция продолжает выдавать EOF после первого конца файла.
/* readslow: keep reading, waiting for more */
#define SIZE 512 /* arbitrary */
main() {
char buf[SIZE];
int n;
for (;;) {
while ((n = read(0, buf, sizeof buf)) > 0)
write(1, buf, n);
sleep(10);
}
}
Функция sleep заставляет программу остановиться на определенное число секунд (см. справочное руководство по sleep(3)). Мы не хотим, чтобы программа долго занималась поиском дополнительных данных, так как на это расходуется время центрального процессора. Таким образом, наша версия readslow копирует свой входной поток до конца файла, "спит" какое-то время, затем снова возобновляет работу. Если пока она была "в паузе", пришли еще данные, они будут прочитаны следующим read.
Упражнение 7.1
Добавьте readslow аргумент n, так что установленное по умолчанию время паузы может быть изменено на n секунд. Некоторые системы обеспечивают флаг -f ("навсегда") для tail, которая объединяет функции tail и readslow. Прокомментируйте этот вариант.
Упражнение 7.2
Что происходит с readslow, если читаемый файл обрывается? Как бы вы исправили ситуацию? Подсказка: читайте о fstat в разд. 7.3.
Создание файла: open, creat, close, unlink
Все стандартные файлы, кроме установленных по умолчанию, — входной, выходной и файл диагностики вы должны явно открыть для чтения или записи. Это можно сделать с помощью двух системных вызовов — открыть и создать[14].
Функция open весьма похожа на fopen из предыдущей главы, за исключением того, что вместо указателя файла она возвращает дескриптор файла, имеющий тип int.
char *name;
int fd, rwmode;
fd = open(name, rwmode);
Как и для fopen, аргумент name есть символьная строка, содержащая имя файла. Аргумент вида доступа, однако, другой: rwmode равен 0 для чтения, 1 — для записи, 2 — в том случае, когда нужно открыть файл для чтения и записи. При вызове open возвращается -1, если возникает какая-либо ошибка; иначе возвращается корректный дескриптор файла.
Попытка открыть несуществующий файл является ошибкой. Системный вызов creat позволяет создать новые файлы или переписать старые.
int perms;
fd = creat(name, perms);
Вызов creat возвращает дескриптор файла, если можно создать файл name, и -1 в противном случае. Если файл не существует, creat создает его с правами доступа, определяемыми аргументом perms. Существующий файл creat сокращает до нулевой длины, т.е. применение creat к уже существующему файлу не является ошибкой (права доступа при этом не изменяются). Безотносительно к правам доступа файл, к которому было обращение creat, открыт для записи.
Как известно из второй главы, с файлом связаны девять битов информации о защите, контролирующих разрешение на чтение, запись или выполнение, так что число из трех восьмеричных цифр удобно для спецификации этой информации. Например, 0755 дает разрешение владельцу файла читать, писать и выполнять его, а чтение и выполнение файла доступно любому пользователю. Не забывайте о первом нуле, который определяет восьмеричные числа в языке Си.
Иллюстрацией изложенного может служить упрощенная версия cp. Ее главный недостаток состоит в том, что она копирует только один файл и не разрешает использовать в качестве второго аргумента каталог. Кроме того, наша версия не сохраняет права доступа файла-источника; в дальнейшем мы покажем, как это исправить.
/* cp: minimal version */
#include <stdio.h>
#define PERMS 0644 /* RW for owner, R for group, others */
char *progname;
main(argc, argv) /* cp: copy f1 to f2 */
int argc;
char *argv[];
{
int f1, f2, n;
char buf[BUFSIZ];
progname = argv[0];
if (argc != 3)
error("Usage: %s from to", progname);
if ((f1 = open(argv[1], 0)) == -1)
error("can't open %s", argv[1]);
if ((f2 = creat(argv[2], PERMS)) == -1)
error("can't create %s", argv[2]);
while ((n = read(f1, buf, BUFSIZ)) > 0)
if (write(f2, buf, n) != n)
