Дескрипторы файлов

В операционной системе UNIX весь ввод и вывод осуществ-

ляется посредством чтения файлов или их записи, потому что

все периферийные устройства, включая даже терминал пользова-

теля, являются файлами определенной файловой системы. Это

означает, что один однородный интерфейс управляет всеми свя-

зями между программой и периферийными устройствами.

В наиболее общем случае перед чтением из файла или за-

писью в файл необходимо сообщить системе о вашем намерении;

этот процесс называется "открытием" файла. Система выясня-

ет,имеете ли вы право поступать таким образом (существует ли

этот файл? имеется ли у вас разрешение на обращение к не-

му?), и если все в порядке, возвращает в программу небольшое

положительное целое число, называемое дескриптором файла.

всякий раз, когда этот файл используется для ввода или выво-

да, для идентификации файла употребляется дескриптор файла,

а не его имя. (Здесь существует примерная аналогия с исполь-

зованием READ (5,...) и WRITE (6,...) в фортране). Вся ин-

формация об открытом файле содержится в системе; программа

пользователя обращается к файлу только через дескриптор фай-

ла.

Для удобства выполнения обычных операций ввода и вывода

с помощью терминала пользователя существуют специальные сог-

лашения. Когда интерпретатор команд ("SHELL") прогоняет

программу, он открывает три файла, называемые стандартным

вводом, стандартным выводом и стандартным выводом ошибок,

которые имеют соответственно числа 0, 1 и 2 в качестве деск-

рипторов этих файлов. В нормальном состоянии все они связаны

с терминалом, так что если программа читает с дескриптором

файла 0 и пишет с дескрипторами файлов 1 и 2, то она может

осуществлять ввод и вывод с помощью терминала, не заботясь

об открытии соответствующих файлов.

Пользователь программы может перенаправлять ввод и вывод

на файлы, используя операции командного интерпретатора SHELL

"<" и ">":

PROG <INFILE>OUTFILE

В этом случае интерпретатор команд SHELL изменит присваива-

ние по умолчанию дескрипторов файлов 0 и 1 с терминала на

указанные файлы. Нормально дескриптор файла 2 остается свя-

занным с терминалом, так что сообщения об ошибках могут пос-

тупать туда. Подобные замечания справедливы и тогда, когда

ввод и вывод связан с каналом. Следует отметить, что во всех

случаях прикрепления файлов изменяются интерпретатором

SHELL, а не программой. Сама программа, пока она использует

файл 0 для ввода и файлы 1 и 2 для вывода, не знает ни отку-

да приходит ее ввод, ни куда поступает ее выдача.

8.2. Низкоуровневый ввод/вывод - операторы READ и WRITE

Самый низкий уровень ввода/вывода в системе UNIX не пре-

дусматривает ни какой-либо буферизации, ни какого-либо дру-

гого сервиса; он по существу является непосредственным вхо-

дом в операционную систему. Весь ввод и вывод осуществляется

двумя функциями: READ и WRITE. Первым аргументом обеих функ-

ций является дескриптор файла. Вторым аргументом является

буфер в вашей программе, откуда или куда должны поступать

данные. Третий аргумент - это число подлежащих пересылке

байтов. Обращения к этим функциям имеют вид:

N_READ=READ(FD,BUF,N);

N_WRITTEN=WRITE(FD,BUF,N);

При каждом обращении возвращается счетчик байтов, указываю-

щий фактическое число переданных байтов. При чтении возвра-

щенное число байтов может оказаться меньше, чем запрошенное

число. Возвращенное нулевое число байтов означает конец фай-

ла, а "-1" указывает на наличие какой-либо ошибки. При запи-

си возвращенное значение равно числу фактически записанных

байтов; несовпадение этого числа с числом байтов, которое

предполагалось записать, обычно свидетельствует об ошибке.

Количество байтов, подлежащих чтению или записи, может

быть совершенно произвольным. Двумя самыми распространенными

величинами являются "1", которая означает передачу одного

символа за обращение (т.е. Без использования буфера), и

"512", которая соответствует физическому размеру блока на

многих периферийных устройствах. Этот последний размер будет

наиболее эффективным, но даже ввод или вывод по одному сим-

волу за обращение не будет необыкновенно дорогим.

Объединив все эти факты, мы написали простую программу

для копирования ввода на вывод, эквивалентную программе ко-

пировки файлов, написанной в главе 1. На системе UNIX эта

программа будет копировать что угодно куда угодно, потому

что ввод и вывод могут быть перенаправлены на любой файл или

устройство.

#DEFINE BUFSIZE 512 /*BEST SIZE FOR PDP-11 UNIX*/

MAIN() /*COPY INPUT TO OUTPUT*/

\(

CHAR BUF[BUFSIZE];

INT N;

WHILE((N=READ(0,BUF,BUFSIZE))>0)

WRITE(1,BUF,N);

\)

Если размер файла не будет кратен BUFSIZE, то при некотором

обращении к READ будет возвращено меньшее число байтов, ко-

торые затем записываются с помощью WRITE; при следующем пос-

ле этого обращении к READ будет возвращен нуль.

Поучительно разобраться, как можно использовать функции

READ и WRITE для построения процедур более высокого уровня,

таких как GETCHAR, PUTCHAR и т.д. Вот, например, вариант

функции GETCHAR, осуществляющий ввод без использования буфе-

ра.

#DEFINE CMASK 0377 /*FOR MAKING CHAR'S > 0*/

GETCHAR() /*UNBUFFERED SINGLE CHARACTER INPUT*/

\(

CHAR C;

RETURN((READ(0,&C,1)>0 7 & CMASK: EOF);

\)

Переменная "C" должна быть описана как CHAR, потому что фун-

кция READ принимает указатель на символы. Возвращаемый сим-

вол должен быть маскирован числом 0377 для гарантии его по-

ложительности; в противном случае знаковый разряд может сде-

лать его значение отрицательным. (Константа 0377 подходит

для эвм PDP-11, но не обязательно для других машин).

Второй вариант функции GETCHAR осуществляет ввод больши-

ми порциями, а выдает символы по одному за обращение.

#DEFINE CMASK 0377 /*FOR MAKING CHAR'S>0*/

#DEFINE BUFSIZE 512

GETCHAR() /*BUFFERED VERSION*/

\(

STATIC CHAR BUF[BUFSIZE];

STATIC CHAR *BUFP = BUF;

STATIC INT N = 0;

IF (N==0) \(/*BUFFER IS EMPTY*/

N=READ(0,BUF,BUFSIZE);

BUFP = BUF;

\)

RETURN((--N>=0)? *BUFP++ & CMASK: EOF);

\)