Файловые операции
Набор файловых операций
Файловая система ОС должна предоставлять пользователям набор операций для работы с файлами, оформленный в виде системных вызовов. В различных ОС имеются различные наборы файловых операций. Наиболее часто встречающимися системными вызовами для работы с файлами являются [13, 17]:
- Create (создание). Файл создается без данных. Этот системный вызов объявляет о появлении нового файла и позволяет установить некоторые его атрибуты;
- Delete (удаление). Ненужный файл удаляется, чтобы освободить пространство на диске;
- Open (открытие). До использования файла его нужно открыть. Данный вызов позволяет прочитать атрибуты файла и список дисковых адресов для быстрого доступа к содержимому файла;
- Close (закрытие). После завершения операций с файлом его атрибуты и дисковые адреса не нужны. Файл следует закрыть, чтобы освободить пространство во внутренней таблице;
- Read (чтение). Файл читается с текущей позиции. Процесс, работающий с файлом, должен указать (открыть) буфер и количество читаемых данных;
- Write (запись). Данные записываются в файл в текущую позицию. Если она находится в конце файла, его размер автоматически увеличивается. В противном случае запись производится поверх существующих данных;
- Append (добавление). Это усеченная форма предыдущего вызова. Данные добавляются в конец файла;
- Seek (поиск). Данный системный вызов устанавливает файловый указатель в определенную позицию;
- Get attributes (получение атрибутов). Процессам для работы с файлами бывает необходимо получить их атрибуты;
- Set attributes (установка атрибутов). Этот вызов позволяет установить необходимые атрибуты файлу после его создания;
- Rename (переименование). Этот системный вызов позволяет изменить имя файла. Однако такое действие можно выполнить копированием файла. Поэтому данный системный вызов не является необходимым;
- Execute (выполнить). Используя этот системный вызов, файл можно запустить на выполнение.
Рассмотрим примеры файловых операций в ОС Windows 2000 и UNIX. Как и в других ОС, в Windows 2000 есть свой набор системных вызовов, которые она может выполнять. Однако корпорация Microsoft никогда не публиковала список системных вызовов Windows, кроме того, она постоянно меняет их от одного выпуска к другому [17]. Вместо этого Microsoft определила набор функциональных вызовов, называемый Win 32 API (Win 32 Application Programming Interface). Эти вызовы опубликованы и полностью документированы. Они представляют собой библиотечные процедуры, которые либо обращаются к системным вызовам, чтобы выполнить требуемую работу, либо выполняют ее прямо в пространстве пользователя.
Философия Win 32 API заключается в предоставлении всеобъемлющего интерфейса, с возможностью выполнить одно и то же требование несколькими (тремя-четырьмя) способами. В ОС UNIX все системные вызовы формируют минимальный интерфейс: удаление даже одного из них приведет к снижению функциональности ОС.
Многие вызовы API создают объекты ядра того или иного типа (файлы, процессы, потоки, каналы и т.д.). Каждый вызов, создающий объект, возвращает вызывающему процессу результат, называемый дескриптором (небольшое целое число). Дескриптор используется впоследствии для выполнения операций с объектами. Он не может быть передан другому процессу и использован им. Однако при определенных обстоятельствах дескриптор может быть дублирован и передан другому процессу защищенным способом, что предоставляет второму процессу контролируемый доступ к объекту, принадлежащему первому процессу. С каждым объектом ассоциирован дескриптор безопасности, описывающий, кто и какие действия может, а какие не может выполнять с данным объектом.
Основные функции Win 32 API для файлового ввода-вывода и соответствующие системные вызовы ОС UNIX приведены ниже.
Функция Win 32 API | Системные вызовы UNIX | Описание |
CreateFile | open | Создать или открыть файл; вернуть дескриптор файла |
DeleteFile | unlink | Удалить существующий файл |
CloseHandle | close | Закрыть файл |
ReadFile | read | Прочитать данные из файла |
WriteFile | write | Записать данные в файл |
SetFilePointer | lseek | Установить указатель в файле в определенную позицию |
GetFileAttributes | stat | Вернуть атрибуты файла |
LockFile | fcntl | Заблокировать область файла для обеспечения взаимного исключения |
UnlockFile | fcntl | Отменить блокировку области файла |
Аналогично файловым операциям обстоит дело с операциями управления каталогами. Основные функции Win 32 API и системные вызовы UNIX для управления каталогами приведены ниже.
Функция Win 32 API | Системные вызовы UNIX | Описание |
CreateDirectory | mkdir | Создать новый каталог |
RemoveDirectory | rmdir | Удалить пустой каталог |
FindFirstFile | opendir | Инициализация, чтобы начать чтение записей каталога |
FindNextFile | readdir | Прочитать следующую запись каталога |
MoveFile | rename | Переместить файл из одного каталога в другой |
SetCurrentDirectory | chdir | Изменить текущий рабочий каталог |
Способы выполнения файловых операций
Чаще всего с одним и тем же файлом пользователь выполняет не одну, а последовательность операций. Независимо от набора этих операций операционной системе необходимо выполнить ряд постоянных (универсальных) для всех операций действий.
- По символьному имени файла найти его характеристики, которые хранятся в файловой системе на диске.
- Скопировать характеристики в оперативную память, поскольку только в этом случае программный код может их использовать.
- На основании характеристик файла проверить права пользователя на выполнение запрошенной операции.
- Очисть область памяти, отведенную под временное хранение характеристик файла.
Кроме того, каждая операция включает ряд уникальных для нее действий, например, чтение определенного набора кластеров диска, удаление файла, изменение его атрибутов и т.п.
ОС может выполнить последовательность действий над файлами двумя способами (см. рис. рис. 7.22).
- Для каждой операции выполняются как универсальные, так и уникальные действия. Такая схема иногда называется схемой без заполнения состояния операции (stateless).
- Все универсальные действия выполняются в начале и конце последовательности операций, а для каждой промежуточной операции выполняются только уникальные действия.
Рис. 7.22. Варианты выполнения последовательности действий над файлами
Подавляющее большинство файловых систем поддерживает второй способ, как более экономичный и быстрый. Однако первый способ более устойчив к сбоям в работе системы, так как каждая операция является самодостаточной и не зависит от результата предыдущей. Поэтому первый способ иногда применяется в распределенных сетевых файловых системах, когда сбои из-за потерь пакетов или отказов одного из сетевых узлов более вероятны, чем при локальном доступе к данным.
При втором способе в ФС вводится два специальных системных вызова: open и close. Первый выполняется перед началом любой последовательности операций с файлом, а второй – после окончания работы с файлом.
Основной задачей вызова open является преобразование символьного имени файла в его уникальное числовое имя, копирование характеристик файла из дисковой области в буфер оперативной памяти и проверка прав пользователя на выполнение запрошенной операции. Вызов close освобождает буфер с характеристиками файла и делает невозможным продолжение операций с файлами без его повторного открытия.
Приведем несколько примеров системных вызовов для работы с файлами. Системный вызов create в ОС UNIX работает с двумя аргументами: символьным именем открываемого файла и режимом защиты. Так команда
fd = create ("abc", mode);
создает файл abc с режимом защиты, указанным в переменной mode. Биты mode определяют круг пользователей, которые могут получить доступ к файлам, и уровень предоставляемого им доступа. Системный вызов create не только создает новый файл, но также открывает его для записи. Чтобы последующие системные вызовы могли получить доступ к файлу, успешный системный вызов create возвращает небольшое неотрицательное целое число – дескриптор файла – fd. Если системный вызов выполняется с существующим файлом, длина этого файла уменьшается до 0, а все содержимое теряется.
Чтобы прочитать данные из существующего файла или записать в него данные, файл сначала нужно открыть с помощью системного вызова open с двумя аргументами: символьным именем файла и режимом открытия файла (для записи, чтения или того т другого), например
fd = open ("file", how);
Системные вызовы create и open возвращают наименьший неиспользуемый в данный момент дескриптор файла. Когда программа начинает выполнение стандартным образом, файлы с дескрипторами 0, 1 и 2 уже открыты для стандартного ввода, стандартного вывода и стандартного потока сообщений об ошибках.
В стандарте языка Си отсутствуют средства ввода-вывода. Все операции ввода-вывода реализуются с помощью функций, находящихся в библиотеке языка, поставляемой в составе системы программирования Си. На стандартный поток ввода ссылаются через указатель stdin, вывода – stdout, сообщений об ошибках –stderr. По умолчанию потоку ввода stdin ставится в соответствие клавиатура, а потокам stdout и stderr – экран дисплея.
Для ввода-вывода данных с помощью стандартных потоков в библиотеке Си определены функции:
- getchar ( )/putchar ( ) – ввод-вывод отдельного символа;
- gets ( )/ puts ( ) – ввод-вывод строки;
- scanf ( )/ printf ( ) – ввод-вывод в режиме форматирования данных.
Процесс в любое время может организовать ввод данных из стандартного файла ввода, выполнить символьный вызов:
read (stdin, buffer, nbyts);
Аналогично организуется вывод в стандартный файл вывода
write (stdout, buffer, nbytes).
При работе в Windows 2000 с помощью функции CreateFile можно создать файл и получить дескриптор к нему. Эту же функцию следует применять и для открытия уже существующего файла, так как в Win 32 API нет специальной функции File Open. Параметры функций, как правило, многочисленны, например, функция CreateFile имеет семь параметров:
- указатель на имя файла, который нужно создать или открыть;
- флаги (биты), указывающие, может ли с этим файлом выполняться чтение, запись или то и другое;
- флаги, указывающие, может ли этот файл одновременно открываться несколькими процессами;
- указатель на описатель защиты, сообщение, кто может получать доступ к файлу;
- флаги, сообщающие, что делать, если файл существует или, наоборот, не существует;
- флаги, управляющие архивацией, сжатием и т.д.;
- дескриптор файла, чьи атрибуты должны быть клонированы для нового файла,
Fd = CreateFile ("data", GENERIC_READ, O, NULL, OPEN_EXSTING, O, NULL).
Дата добавления: 2015-10-13; просмотров: 1314;