Рассмотрим следующие четыре системных вызова, которые являются ключевыми для выполнения файлового ввода-вывода (языки программирования и программные пакеты обычно используют их исключительно опосредованно, через библиотеки ввода-вывода).
• fd = open(pathname, flags, mode) — открытие файла, идентифицированного по путевому имени — pathname, с возвращением дескриптора файла, который используется для обращения к открытому файлу в последующих вызовах. Если файл не существует, вызов open() может его создать в зависимости от установки битовой маски аргумента флагов — flags. В аргументе флагов также указывается, с какой целью открывается файл: для чтения, для записи или для проведения обеих операций. Аргумент mode (режим), определяет права доступа, которые будут накладываться на файл, если он создается этим вызовом. Если вызов open() не будет использоваться для создания файла, этот аргумент игнорируется и может быть опущен.
• numread = read(fd, buffer, count) — считывание не более указанного в count количества байтов из открытого файла, ссылка на который дана в fd, и сохранение их в буфере buffer. При вызове read() возвращается количество фактически считанных байтов. Если данные не могут быть считаны (то есть встретился конец файла), read() возвращает 0.
• numwritten = write(fd, buffer, count) — запись из буфера байтов, количество которых указано в count, в открытый файл, ссылка на который дана в fd. При вызове write() возвращается количество фактически записанных байтов, которое может быть меньше значения, указанного в count.
• status = close(fd) — вызывается после завершения ввода-вывода с целью высвобождения дескриптора файла fd и связанных с ним ресурсов ядра.
Перед тем как подробно разбирать эти системные вызовы, посмотрим на небольшую демонстрацию их использования в листинге 4.1. Эта программа является простой версией команды cp(1). Она копирует содержимое существующего файла, чье имя указано в первом аргументе командной строки, в новый файл с именем, указанным во втором аргументе командной строки.
Программой, показанной в листинге 4.1, можно воспользоваться следующим образом:
$ ./copy oldfile newfile
Листинг 4.1. Использование системных вызовов ввода-вывода
fileio/copy.c
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "tlpi_hdr.h"
#ifndef BUF_SIZE /* Позволяет "cc — D" перекрыть определение */
#define BUF_SIZE 1024
#endif
int
main(int argc, char *argv[])
{
int inputFd, outputFd, openFlags;
mode_t filePerms;
ssize_t numRead;
char buf[BUF_SIZE];
if (argc!= 3 || strcmp(argv[1], "-help") == 0)
usageErr("%s old-file new-file\n", argv[0]);
/* Открытие файлов ввода и вывода */
inputFd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (inputFd == -1)
errExit("opening file %s", argv[1]);
openFlags = O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC;
filePerms = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP |
S_IROTH | S_IWOTH; /* rw-rw-rw- */
outputFd = open(argv[2], openFlags, filePerms);
if (outputFd == -1)
errExit("opening file %s", argv[2]);
/* Перемещение данных до достижения конца файла ввода или возникновения ошибки */
while ((numRead = read(inputFd, buf, BUF_SIZE)) > 0)
if (write(outputFd, buf, numRead)!= numRead)
fatal("couldn't write whole buffer");
if (numRead == -1)
errExit("read");
if (close(inputFd) == -1)
errExit("close input");
if (close(outputFd) == -1)
errExit("close output");
exit(EXIT_SUCCESS);
}
fileio/copy.c
Одна из отличительных особенностей модели ввода-вывода UNIX состоит в универсальности ввода-вывода. Это означает, что одни и те же четыре системных вызова — open(), read(), write() и close() — применяются для выполнения ввода-вывода во всех типах файлов, включая устройства, например терминалы. Следовательно, если программа написана с использованием лишь этих системных вызовов, она будет работать с любым типом файла. Например, следующие примеры показывают вполне допустимое использование программы, чей код приведен в листинге 4.1:
$ ./copy test test.old Копирование обычного файла
$ ./copy a.txt /dev/tty Копирование обычного файла в этот терминал
$ ./copy /dev/tty b.txt Копирование ввода с этого терминала в обычный файл
$ ./copy /dev/pts/16 /dev/tty Копирование ввода с другого терминала
Универсальность ввода-вывода достигается обеспечением того, что в каждой файловой системе и в каждом драйвере устройства реализуется один и тот же набор системных вызовов ввода-вывода. Поскольку детали реализации конкретной файловой системы или устройства обрабатываются внутри ядра, при написании прикладных программ мы можем вообще игнорировать факторы, относящиеся к устройству. Когда требуется получить доступ к конкретным свойствам файловой системы или устройства, в программе можно использовать всеобъемлющий системный вызов ioctl() (см. раздел 4.8). Он предоставляет интерфейс для доступа к свойствам, которые выходят за пределы универсальной модели ввода-вывода.