Теория вычислительных процессов и структур

Алексеев Игорь Геннадиевич, Бранцевич Петр Юльянович

Учебно-методическое пособие для студентов специальности «Программное обеспечение информационных технологий» дневной формы обучения

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Минск 2004

В пособии рассмотрены основные команды операционной системы UNIX, предназначенные для работы с файлами и каталогами, а также для создания процессов и организации взаимодействия между ними. Даны структуры лабораторных работ по курсу «ТВПиС»

1. Основные команды ос unix Вход в систему и выход

В ответ на приглашение системы ввести Logon вводим: sxtxx, например s5t03, где 5 – номер Вашей группы, а 03 – Ваш порядковый номер в группе. Затем после входа в систему устанавливаем с помощью команды passwd свой пароль длиной не менее 6 символов. Не забывайте свой логин и пароль! Пароль нельзя восстановить!

Пароль в зашифрованном виде находится в каталоге ./etс в файле shadow и для его сброса необходимо удалить набор символов после имени пользователя между двоеточиями. Например, пользователь stud1, запись в файле shadow:

stud1:gdwiefu@#@#$%66reHHrrnCvcn:12060:………

после удаления пароля запись должна быть следующая:

stud1::12060:………

Выход из системы можно осуществить по команде exit

Рабочие каталоги и файлы

Ваш рабочий каталог: /home/sxtxx, где x и xx – номер группы и порядковый номер студента в группе.

Включаемые файлы типа: stdio.h, stdlib.h и т.п. находятся в каталоге: /usr/include/

Работа с каталогами и файлами

Для вывода содержимого текущего каталога можно использовать команду: dir или ls, для изменения текущего каталога – команду: cd.

Для вывода полного имени текущего каталога можно использовать команду: pwd, для создания или удаления каталога – команды: mkdir и rmdir.

Для вывода на терминал содержимого файла можно использовать команду: cat имя_файла, например: cat prog.txt.

Для вызова файл-менеджера типа Norton`а набираем: mc (вызов оболочки файл-менеджера Midnight Commander) и далее работаем с его меню.

Для вызова текстового редактора набираем: joe или joe имя_создаваемого_или_редактируемого_файла. В самом редакторе практически все команды начинаются с последовательности ctrl-k, и нажатия нужного символа. Например, ctrl-k h выведет справку по основным командам редактора, а ctrl-k x завершит работу редактора с сохранением редактируемого файла.

Работа с программами и процессами

Запуск программы на выполнение:

./имя_программы например: ./prog1.exe

Для компиляции программ на С/С++ вызываем компилятор:

cc имя_входного_файла – о имя_выходного_файла или:

gcc имя_входного_файла – о имя_выходного_файла ,

где имя_входного_файла обязательно должно быть с расширением *.с или *.cpp, а имя_выходного_файла может быть любым (желательно совпадать с именем входного файла, кроме расширения).

Например: cc myprog1.c –o myprog1

или

gcc myprog1.c –o myprog1

Для вывода списка запущенных процессов можно использовать команду:

ps, например: ps –x выведет список всех запущенных процессов.

Для снятия задачи (процесса) можно использовать команду: kill pid_процесса, предварительно узнав его pid командой ps.

В каталоге ./proc находятся сведения обо всех запущенных процессах в системе, их состоянии, распределении памяти и т.д.

Типовой вид каталога:

./proc/1081/……..,

./proc/1085/………, где 1081 и 1082 соответственно pid запущенных процессов в системе.

Справку по командам системы или по языку С можно получить по команде:

man имя_команды, например: man ls

2. Лабораторные работы

Лабораторная работа №1

Работа с файлами и каталогами ОС UNIX

Цель работы – изучить основные команды ОС UNIX для работы с файлами и каталогами.

Теоретическая часть

Для выполнения операций записи и чтения данных в существующем файле его следует открыть при помощи системного вызова open. Ниже приведено описание этого вызова:

# include <sys / types.h>

# include <sys / stat.h>

# include <fcnt1.h>

int open (const char *pathname, int flags, [mode_t mode]);

Первый аргумент, pathname, является указателем на строку маршрутного имени открываемого файла. Значение pathname может быть абсолютным путём, например: /usr / keith / junk. Данный путь задаёт положение файла по отношению к корневому каталогу. Аргумент pathname может также быть относительным путём, задающим маршрут от текущего каталога к файлу, например: keith / junk или просто junk. В последнем случае программа откроет файл junk в текущем каталоге. В общем случае, если один из аргументов системного вызова или библиотечной процедуры – имя файла, то в качестве него можно задать любое допустимое маршрутное имя файла UNIX.

Второй аргумент системного вызова open - flags - имеет целочисленный тип и определяет метод доступа. Параметр flags принимает одно из значений, заданных постоянными в заголовочном файле <fcnt1.h> при помощи директивы препроцессора #define ( fcnt1 является сокращением от file control - «управление файлом»). В файле <fcnt1.h> определены три постоянных:

O_RDONLY – открыть файл только для чтения,

O_WRONLY – открыть файл только для записи,

O_RDWR – открыть файл для чтения и записи.

В случае успешного завершения вызова open и открытия файла возвращаемое вызовом open значение будет содержать неотрицательное целое число – дескриптор файла. В случае ошибки вызов open возвращает вместо дескриптора файла значение –1. Это может произойти, например, если файл не существует.

Третий параметр mode, является необязательным, он используется только вместе с флагом O_CREAT.

Следующий фрагмент программы открывает файл junk для чтения и записи и проверяет, не возникает ли при этом ошибка. Этот последний момент особенно важен: имеет смысл устанавливать проверку ошибок во все программы, которые используют системные вызовы, поскольку каким бы простым ни было приложение, иногда может произойти сбой. В приведенном ниже примере используются библиотечные процедуры printf для вывода сообщения и exit – для завершения процесса:

# include <stdlib.h> /* Для вызова exit */

# include <fcnt1.h>

char workfile=”junk”; / Задать имя рабочего файла */

main()

{

int filedes;

/* Открыть файл, используя постоянную O_RDWR из <fcnt1.h> */

/* Файл открывается для чтения / записи */

if ((filedes=open(workfile, O_RDWR)) = = -1)

{

printf (“Невозможно открыть %sn”, workfile);

exit (1); /* Выход по ошибке */

}

/* Остальная программа */

exit (0); /* Нормальный выход */

}

Вызов open может использоваться для создания файла, например:

filedes = open (“/tmp/newfile”, O_WRONLY | O_CREAT, 0644);

Здесь объединены флаги O_CREAT и O_WRONLY, задающие создание файла /tmp/newfile при помощи вызова open. Если /tmp/newfile не существует, то будет создан файл нулевой длины с таким именем и открыт только для записи.

Параметр mode содержит число, определяющее права доступа к файлу, указывающие, кто из пользователей системы может осуществлять чтение, запись или выполнение файла. Пользователь, создавший файл, может выполнять чтение из файла и запись в него. Остальные пользователи будут иметь доступ только для чтения файла.

Следующая программа создаёт файл newfile в текущем каталоге:

# include <stdlib.h>

# include <fcnt1.h>

#define PERMS 0644 /* Права доступа при открытии с O_CREAT */

char *filename=”newfile”;

main()

{

int filedes;

if ((filedes=open (filename, O_RDWR | O_CREAT, PERMS)) = = -1)

{

printf (“Невозможно открыть %sn”, filename);

exit (1); /* Выход по ошибке */

}

/* Остальная программа */

exit (0);

}

Другой способ создания файла заключается в использовании системного вызова creat. Так же, как и вызов open, он возвращает либо ненулевой дескриптор файла, либо –1 в случае ошибки. Если файл успешно создан, то возвращаемое значение является дескриптором этого файла, открытого для записи. Вызов creat осуществляется так:

# include <sys / types.h>

# include <sys / stat.h>

# include <fcnt1.h>

int creat (const char *pathname, mode_t mode);

Первый параметр pathname указывает на маршрутное имя файла UNIX, определяющее имя создаваемого файла и путь к нему. Так же, как и в случае вызова open, параметр mode задаёт права доступа. При этом, если файл существует, то второй параметр также игнорируется. Тем не менее, в отличие от вызова open, в результате вызова creat файл всегда будет усечён до нулевой длины. Пример использования вызова creat:

filedes = creat (“/tmp/newfile”, 0644);

что эквивалентно вызову:

filedes = open (“/tmp/newfile”, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);

Следует отметить, что вызов creat всегда открывает файл только для записи. Например, программа не может создать файл при помощи creat, записать в него данные, затем вернуться назад и попытаться прочитать данные из файла, если предварительно не закроет его и не откроет снова при помощи вызова open.

Библиотечная процедура fopen является эквивалентом вызова open:

#include <stdio.h>

FILE *fopen (const char *filename, const char *type);

Процедура fopen открывает файл, заданный параметром filename, и связывает с ним структуру FILE. В случае успешного завершения процедура fopen возвращает указатель на структуру FILE, идентифицирующую открытый файл; объект FILE * также часто называют открытым потоком ввода / вывода (эта структура FILE является элементом внутренней таблицы). В случае неудачи процедура fopen возвращает нулевой указатель NULL. При этом, так же, как и для open, переменная errno будет содержать код ошибки, указывающий на её причину.

Второй параметр процедуры fopen указывает на строку, определяющую режим доступа. Она может принимать следующие основные значения:

r - открыть файл filename только для чтения (если файл не существует, то процедура fopen вернёт нулевой указатель NULL);

w - создать файл filename и открыть его только для записи (если файл не существует, то он будет усечён до нулевой длины);

а - открыть файл filename только для записи, все данные будут добавляться в конец файла (если файл не существует, он создаётся).

Следующий пример программы показывает использование процедуры fopen. При этом, если файл indata существует, то он открывается для чтения, а файл outdata создаётся (или усекается до нулевой длины, если он существует). Процедура fatal предназначена для вывода сообщения об ошибке. Она просто передаёт свой аргумент процедуре perror, а затем вызывается exit для завершения работы программы:

#include <stdio.h>

char *inname = “indata”;

char *outname = “outdata”;

main()

{

FILE *inf, *outf;

if ((inf = fopen (inname, “r”)) = = NULL)

fatal (“Невозможно открыть входной файл”);

if ((outf = fopen (outname, “w”)) = = NULL)

fatal (“Невозможно открыть выходной файл”);

/* Выполняются какие-либо действия */

exit (0);

}

Основные процедуры для ввода строк называются gets и fgets:

# include <stdio.h>

char *gets (char *buf);

char *fgets (char *buf, int nsize, FILE *inf);

Процедура gets считывает последовательность символов из потока стандартного ввода (stdin), помещая все символы в буфер, на который указывает аргумент buf. Символы считываются до тех пор, пока не встретится символ перевода строки или конца файла. Символ перевода строки newline отбрасывается, и вместо него в буфер помещается нулевой символ, образуя завершённую строку. В случае возникновения ошибки или при достижении конца файла возвращается значение NULL.

Процедура fgets является обобщённой версией процедуры gets. Она считывает из потока inf в буфер buf до тех пор, пока не будет считано nsize-1 символов или не встретится раньше символ перевода строки newline, или не будет достигнут конец файла. В процедуре fgets символы перевода строки newline не отбрасываются, а помещаются в конец буфера (это позволяет вызывающей функции определить, в результате чего произошёл возврат из процедуры fgets). Как и процедура gets, процедура fgets возвращает указатель на буфер buf в случае успеха и NULL – в противном случае.

Следующая процедура yesno использует процедуру fgets для получения положительного или отрицательного ответа от пользователя, она также вызывает макрос isspace для пропуска пробельных символов в строке ответа:

# include <stdio.h>

# include <stype.h>

#define YES 1

#define NO 0

#define ANSWSZ 80

static char *pdefault = “Наберите ‘y’ (YES), или ‘n’ (NO)”;

static char *error = “Неопределённый ответ”;

int yesno (char *prompt)

{

char buf [ANSWSZ], *p_use, *p;

/* Выводит приглашение, если оно не равно NULL

Иначе использует приглашение по умолчанию pdefault */

p_use = (prompt != NULL) ? prompt : pdefault;

/* Бесконечный цикл до получения правильного ответа */

for (;;)

{

/* Выводит приглашение */

printf (“%s >”, p_use );

if (fgets (buf, ANSWSZ, stdin) = = NULL)

return EOF;

/* Удаляет пробельные символы */

for (p = buf; isspace (*p); p++)

;

switch (*p)

{

case ‘Y’:

case ‘y’:

return (YES);

case ‘N’:

case ‘n’:

return (NO);

default:

printf (“n%sn”, error);

}

}

}

Обратными процедурами для gets и fgets будут соответственно процедуры puts и fputs:

# include <stdio.h>

int puts (const char *string);

int fputs (const char *string, FILE *outf);

Процедура puts записывает все символы (кроме завершающего нулевого символа) из строки string на стандартный вывод (stdout). Процедура fputs записывает строку string в поток outf. Для обеспечения совместимости со старыми версиями системы процедура puts добавляет в конце символ перевода строки, процедура же fputs не делает этого. Обе функции возвращают в случае ошибки значение EOF.

Для осуществления форматированного вывода используются процедуры printf и fprintf:

# include <stdio.h>

int printf (const char *fmt, arg1, arg2 … argn);

int fprintf (FILE *outf, const char *fmt, arg1, arg2 … argn);

Каждая из этих процедур получает строку формата вывода fmt и переменное число аргументов произвольного типа, используемых для формирования выходной строки вывода. В выходную строку выводится информация из параметров arg1 … argn согласно формату, заданному аргументом fmt . В случае процедуры printf эта строка затем копируется в stdout. Процедура fprintf направляет выходную строку в файл outf.

Для каждого из аргументов arg1 … argn должна быть задана своя спецификация формата, которая указывает тип соответствующего аргумента и способ его преобразования в выходную последовательность символов ASCII.

Рассмотрим пример, демонстрирующий использование формата процедуры printf в двух простых случаях:

int iarg = 34;

…

printf (“Hello, world!n”);

printf (“Значение переменной iarg равно %dn”, iarg);

Результат:

Hello, world!

Значение переменной iarg равно 34

Возможные типы спецификаций (кодов) формата:

Целочисленные форматы:

%d - общеупотребительный код формата для значений типа int. Если значение является отрицательным, то будет автоматически добавлен знак минуса;

%u - тип unsigned int, выводится в десятичной форме;

%o - тип unsigned int, выводится как восьмеричное число без знака;

%x - тип unsigned int, выводится как шестнадцатеричное число без знака;

%ld - тип long со знаком, выводится в десятичной форме.

Можно также использовать спецификации %lo, %lu, %x.

Форматы вещественных чисел:

%f - тип float или double, выводится в стандартной десятичной форме;

%е - тип float или double, выводится в экспоненциальной форме (для обозначения экспоненты будет использоваться символ е);

%g - объединение спецификаций %e и %f - аргумент имеет тип float или double в зависимости от величины числа, оно будет выводиться либо в обычном формате, либо в формате экспоненциальной записи.

Форматирование строк и символов:

%c - тип char, выводится без изменений, даже если является «непечатаемым» символом (численное значение символа можно вывести, используя код формата для целых чисел, это может понадобиться при невозможности отображения символа на терминале);

%s - соответствующий аргумент считается строкой ( указателем на массив символов). Содержимое строки передаётся дословно в выходной поток, строка должна заканчиваться нулевым символом.

Спецификации формата могут также включать информацию о минимальной ширине поля, в котором выводится аргумент, и точности. В случае целочисленного аргумента под точностью понимается максимальное число выводимых цифр. Если аргумент имеет тип float или double, то точность задаёт число цифр после десятичной точки. Для строчного аргумента этот параметр определяет число символов, которые будут взяты из строки. Например, могут использоваться такие записи: %10.5d; %.5f; %10s; %-30s.

Функция fprintf может использоваться для вывода диагностических ошибок:

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int notfound (const char *progname, const char *filename)

{ fprintf (stderr, “%s: файл %s не найденn”,progname, filename);

exit (1); }

Для опроса состояния структуры FILE существует ряд простых функций. Одна из них - функция feof:

#include <stdio.h>

int feof (FILE *stream);

Функция feof является предикатом, возвращающим ненулевое значение, если для потока stream достигнут конец файла. Возврат нулевого значения просто означает, что этого ещё не произошло.

Функция main:

int main( int argc , char *argv[ ] [, char *envp[ ] ] );

Данное объявление позволяет удобно передавать аргументы командной строки и переменные окружения. Определение аргументов:

argc - количество аргументов, которые содержатся в argv[] (всегда больше либо равен 1);

argv - в массиве строки представляют собой параметры из командной строки, введенные пользователем программы. По соглашению, argv [0] – это команда, которой была запущена программа, argv[1] – первый параметр из командной строки и так далее до argv [argc] – элемент, всегда равный NULL;

envp - массив envp общее расширение, существующее во многих UNIX® системах. Это массив строк, которые представляют собой переменные окружения. Массив заканчивается значением NULL.

Следующий пример показывает, как использовать argc, argv и envp в функции main:

#include <iostream.h>

#include <string.h>

void main( int argc, char * argv [], char *envp[] )

{

int iNumberLines = 0; /* По умолчанию нет аргументов */

if( argc == 2 && strcmp(argv[1], "/n" ) == 0 )

iNumberLines = 1;

/* Проходим список строк пока не NULL */

for( int i = 0; envp[i] != NULL; ++i )

{

if( iNumberLines )

cout << i << ": " << envp[i] << "n";

}

}

Для работы с каталогами существуют системные вызовы:

int mkdir (const char *pathname, mode_t mode) – создание нового каталога,

int rmdir(const char *pathname) – удаление каталога.

Первый параметр – имя создаваемого каталога, второй – права доступа:

retval=mkdir(“/home/s1/t12/alex”,0777);

retval=rmdir(“/home/s1/t12/alex”);

Заметим, что вызов rmdir(“/home/s1/t12/alex”) будет успешен, только если удаляемый каталог пуст, т.е. содержит записи “точка” ( . ) и “двойная точка” (..).

Для открытия или закрытия каталогов существуют вызовы:

#include <dirent.h>

DIR *opendir (const char *dirname);

int closedir( DIR *dirptr);

Пример вызова:

if ((d= opendir (“/home/s1”))==NULL) /* ошибка открытия */ exit(1);

Передаваемый вызову opendir параметр является именем открываемого каталога. При успешном открытии каталога dirname вызов opendir возвращает указатель на переменную типа DIR. Определение типа DIR, представляющего дескриптор открытого каталога, находится в заголовочном файле “dirent.h”.

В частности, поле name структуры DIR содержит запись имени файла, содержащегося в каталоге:

DIR *d;

ff=d->name ;

printf(“%sn”, ff);

Указатель позиции ввода/вывода после открытия каталога устанавливается на первую запись каталога. При неуспешном открытии функция возвращает значение NULL. После завершения работы с каталогом необходимо его закрыть вызовом closedir.

Для чтения записей каталога существует вызов:

struct dirent *readdir(DIR *dirptr);

Пример вызова:

DIR *dp;

struct dirent *d;

d=readdir(dp);

При первом вызове функции readdir в структуру dirent будет считана первая запись каталога. После прочтения всего каталога в результате последующих вызовов readdir будет возвращено значение NULL.

Для возврата указателя в начало каталога на первую запись существует вызов:

void rewindir(DIR *dirptr);

Чтобы получить имя текущего рабочего каталога существует функция:

char *getcwd(char *name, size_t size);

В переменную name при успешном вызове будут помещено имя текущего рабочего каталога:

char name1[255];

if (getcwd(name1, 255)==NULL) perror(“ошибка вызова”)

else printf(“текущий каталог=%s”,name1);

Вызов:

int chdir(const char *path);

изменяет текущий рабочий каталог на каталог path.

Системные вызовы stat и fstat позволяют процессу определить значения свойств в существующем файле:

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int stat (const char *pathname, struct stat *buf);

int fstat (int filedes, struct stat *buf);

Системный вызов stat имеет два аргумента: pathname – полное имя файла, buf – указатель на структуру stat, которая после успешного вызова будет содержать связанную с файлом информацию.

Системный вызов fstat функционально идентичен системному вызову stat. Отличие состоит в интерфейсе: вместо полного имени файла вызов fstat ожидает дескриптор файла, поэтому он может использоваться только для открытых файлов.

Определение структуры stat находится в системном заголовочном файле <sys/stat.h> и включает следующие элементы:

st_dev – описывает логическое устройство, на котором находится файл,

st_ino – задает номер индексного дескриптора,

st_mode – задает режим доступа к файлу,

st_nlink – определяет число ссылок, указывающих на файл,

st_uid, st_gid - соответственно идентификаторы пользователя и группы файла,

st_size – текущий логический размер файла в байтах,

st_atime – время последнего чтения из файла,

st_mtime – время последней модификации,

st_ctime – время последнего изменения информации, возвращаемой в структуре stat,

st_blksize – размер блока ввода/вывода,

st_blocks – число физических блоков, занимаемых файлом.

Для изменения прав доступа к файлу используется вызов:

int chmod(const char *pathname, mode_t mode);

Пример:

if(chmod(“myfile.c”, 0604)==-1) perror(“ошибка вызова chmodn”);

где 0604 – новые права доступа к файлу.

Порядок выполнения работы