8.6. Пример - распечатка справочников Иногда требуется другой вид взаимодействия с системой файлов - определение информации о файле, а не того, что в нем содержится. Примером может служить команда LS (“список справочника”) системы UNIX. По этой команде распечатываются имена файлов из справочника и, необязательно, другая информация, такая как размеры, разрешения и т.д.
Поскольку, по крайней мере, на системе UNIX справочник является просто файлом, то в такой команде, как LS нет ничего особенного; она читает файл и выделяет нужные части из находящейся там информации. Однако формат информации определяется системой, так что LS должна знать, в каком виде все представляется в системе.
Мы это частично проиллюстрируем при написании программы FSIZE. Программа FSIZE представляет собой специальную форму LS, которая печатает размеры всех файлов, указанных в списке ее аргументов. Если один из файлов является справочником, то для обработки этого справочника программа FSIZE обращается сама к себе рекурсивно. если же аргументы вообще отсутствуют, то обрабатывается текущий справочник.
Для начала дадим краткий обзор структуры системы файлов.
Справочник - это файл, который содержит список имен файлов и некоторое указание о том, где они размещаются. Фактически это указание является индексом для другой таблицы, которую называют “I - узловой таблицей”. Для файла I-узел - это то,
где содержится вся информация о файле, за исключением его имени. Запись в справочнике состоит только из двух элементов: номера I-узла и имени файла. Точная спецификация поступает при включении файла SYS/DIR.H, который содержит
#DEFINE DIRSIZ 14 /*MAX LENGTH OF FILE NAME*/ STRUCT DIRECT /*STRUCTURE OF DIRECTORY ENTRY*/
\( INO_T&_INO; /*INODE NUMBER*/ CHAR &_NAME[DIRSIZ]; /*FILE NAME*/
\);
“Тип” INO_T - это определяемый посредством TYPEDEF тип, который описывает индекс I-узловой таблицы. На PDP-11 UNIX этим типом оказывается UNSIGNED, но это не тот сорт информации, который помещают внутрь программы: на разных системах этот тип может быть различным. Поэтому и следует использовать TYPEDEF. Полный набор “системных” типов находится в файле SYS/TUPES.H.
Функция STAT берет имя файла и возвращает всю содержащуюся в I-ом узле информацию об этом файле (или -1, если имеется ошибка). Таким образом, в результате
STRUCT STAT STBUF;
CHAR *NAME;
STAT(NAME,&STBUF);
структура STBUF наполняется информацией из I-го узла о файле с именем NAME. Структура, описывающая возвращаемую функцией STAT информацию, находится в файле SYS/STAT.H и выглядит следующим образом: STRUCT STAT /*STRUCTURE RETURNED BY STAT*/
\(
DEV_T ST_DEV; /* DEVICE OF INODE */
INO_T ST_INO; /* INODE NUMBER */
SHORT ST_MODE /* MODE BITS */ SHORT ST_NLINK; / *NUMBER OF LINKS TO FILE */
SHORT ST_UID; /* OWNER'S USER ID */
SHORT ST_GID; /* OWNER'S GROUP ID */ DEV_T ST_RDEV; /* FOR SPECIAL FILES */ OFF_T ST_SIZE; /* FILE SIZE IN CHARACTERS */ TIME_T ST_ATIME; /* TIME LAST ACCESSED */ TIME_T ST_MTIME; /* TIME LAST MODIFIED */ TIME_T ST_CTIME; /* TIME ORIGINALLY CREATED */
\)
Большая часть этой информации объясняется в комментариях.
Элемент ST.MODE содержит набор флагов, описывающих файл; для удобства определения флагов также находятся в файле SYS/STAT.H.
178
#DEFINE S_IFMT 0160000 /* TYPE OF FILE */
#DEFINE S_IFDIR 0040000 /* DIRECTORY */
#DEFINE S_IFCHR 0020000 /* CHARACTER SPECIAL */
#DEFINE S_IFBLK 0060000 /* BLOCK SPECIAL */
#DEFINE S_IFREG 0100000 /* REGULAR */
#DEFINE S_ISUID 04000 /* SET USER ID ON EXECUTION */
#DEFINE S_ISGID 02000 /* SET GROUP ID ON EXECUTION */
#DEFINE S_ISVTX 01000 /*SAVE SWAPPED TEXT AFTER USE*/
#DEFINE S_IREAD 0400 /* READ PERMISSION */
#DEFINE S_IWRITE 0200 /* WRITE PERMISSION */
#DEFINE S_IEXEC 0100 /* EXECUTE PERMISSION */
Теперь мы в состоянии написать программу FSIZE. Если полученный от функции STAT режим указывает, что файл не является справочником, то его размер уже под рукой и может быть напечатан непосредственно. Если же он оказывается справочником, то мы должны обрабатывать этот справочник отдельно для каждого файла; так как справочник может в свою очередь содержать подсправочники, этот процесс обработки является рекурсивным.
Как обычно, ведущая программа главным образом имеет дело с командной строкой аргументов; она передает каждый аргумент функции FSIZE в большой буфер.
#INCLUDE <STDIO.H.> #INCLUDE <SYS/TYPES.H> /*TYPEDEFS*/ #INCLUDE <SYS/DIR.H> /*DIRECTORY ENTRY STRUCTURE*/ #INCLUDE <SYS/STAT.H> /*STRUCTURE RETURNED BY STAT*/ #DEFINE BUFSIZE 256 MAIN(ARGC,ARGV) /*FSIZE:PRINT FILE SIZES*/ CHAR *ARGV[];
\( CHAR BUF[BUFSIZE];
IF(ARGC==1) \( /*DEFAULT:CURRENT DIRECTORY*/ ATRCPY(BUF,”.”);
FSIZE(BUF);
\) ELSE WHILE(--ARGC>0) \( STRCPY(BUF,*++ARGV);
FSIZE(BUF);
\) \)
Функция FSIZE печатает размер файла. Если однако файл оказывается справочником, то FSIZE сначала вызывает функцию DIRECTORY для обработки всех указанных в нем файлов. Обратите внимание на использование имен флагов S_IFMT и _IFDIR из файла STAT.H.
FSIZE(NAME) /*PRINT SIZE FOR NAME*/ CHAR *NAME;
\( STRUCT STAT STBUF;
IF(STAT(NAME,&STBUF)== -1) \( FPRINTF(STDERR,”FSIZE:CAN'T FIND %S\N”,NAME);
RETURN;
\) IF((STBUF.ST_MODE & S_IFMT)==S_IFDIR) DIRECTORY(NAME);
PRINTF(“%8LD %S\N”,STBUF.ST_SIZE,NAME);
\) Функция DIRECTORY является самой сложной. Однако значительная ее часть связана с созданием для обрабатываемого в данный момент файла его полного имени, по которому можно восстановить путь в дереве.
DIRECTORY(NAME) /*FSIZE FOR ALL FILES IN NAME*/ CHAR *NAME;
( STRUCT DIRECT DIRBUF;
CHAR *NBP, *NEP;
INT I, FD;
NBP=NAME+STRLEN(NAME);
*NBP++='/'; /*ADD SLASH TO DIRECTORY NAME*/ IF(NBP+DIRSIZ+2>=NAME+BUFSIZE) /*NAME TOO LONG*/ RETURN;
IF((FD=OPEN(NAME,0))== -1) RETURN;
WHILE(READ(FD,(CHAR *)&DIRBUF,SIZEOF(DIRBUF))>0) \( IF(DIRBUF.D_INO==0) /*SLOT NOT IN USE*/ CONTINUE;
IF(STRCMP (DIRBUF.D_NAME,”.”)==0 \!\! STRCMP(DIRBUF.D_NAME,”..”)==0 CONTINUE; /*SKIP SELF AND PARENT*/ FOR (I=0,NEP=NBP;I<DIRSIZ;I++) *NEP++=DIRBUF.D_NAME[I];
*NEP++='\0';
FSIZE(NAME);
\) CLOSE(FD);
*--NBP='\0'; /*RESTORE NAME*/
)
Если некоторая дыра в справочнике в настоящее время не используется (потому что файл был удален), то в соответствующее I-узловое число равно нулю, и эта позиция пропускается.
Каждый справочник также содержит запись в самом себе, называемую “.”, и о своем родителе, “..”; они, очевидно, также должны быть пропущены, а то программа будет работать весьма и весьма долго.
Хотя программа FSIZE довольно специализированна, она все же демонстрирует пару важных идей. во-первых, многие программы не являются “системными программами”; они только используют информацию, форма или содержание которой определяется операционной системой. Во-вторых, для таких программ существенно, что представление этой информации входит только в стандартные “заголовочные файлы”, такие как STAT.H и DIR.H, и что программы включают эти файлы, а не помещают фактические описания внутрь самих программ.
8.7. Пример - распределитель памяти.
В главе 5 мы написали бесхитростный вариант функции ALLOC. Вариант, который мы напишем теперь, не содержит ограничений: обращения к функциям ALLOC и FREE могут перемежаться в любом порядке; когда это необходимо, функция ALLOC обращается к операционной системе за дополнительной памятью.
Кроме того, что эти процедуры полезны сами по себе, они также иллюстрируют некоторые соображения, связанные с написанием машинно-зависимых программ относительно машинно-независимым образом, и показывают практическое применение структур, объединений и конструкций TYPEDEF.
Вместо того, чтобы выделять память из скомпилированного внутри массива фиксированного размера, функция ALLOC будет по мере необходимости обращаться за памятью к операционной системе. Поскольку различные события в программе могут требовать асинхронного выделения памяти, то память, управляемая ALLOC, не может быть непрерывной. В силу этого свободная память хранится в виде цепочки свободных блоков. Каждый блок включает размер, указатель следующего блока и саму свободную память. Блоки упорядочиваются в порядке возрастания адресов памяти, причем последний блок (с наибольшим адресом) указывает на первый, так что цепочка фактически оказывается кольцом.
При поступлении запроса список свободных блоков просматривается до тех пор, пока не будет найден достаточно большой блок. Если этот блок имеет в точности требуемый размер, то он отцепляется от списка и передается пользователю. Если же этот блок слишком велик, то он разделяется, нужное количество передается пользователю, а остаток возвращается в свободный список. Если достаточно большого блока найти не удается, то операционной системой выделяется новый блок, который включается в список свободных блоков; затем поиск возобновляется.
Освобождение памяти также влечет за собой просмотр свободного списка в поиске подходящего места для введения освобожденного блока. Если этот освободившийся блок с какой-либо стороны примыкает к блоку из списка свободных блоков, то они объединяются в один блок большего размера, так что память не становится слишком раздробленной. Обнаружить смежные блоки просто, потому что свободный список содержится в порядке возрастания адресов.
Одна из проблем, о которой мы упоминали в главе 5, заключается в обеспечении того, чтобы возвращаемая функцией ALLOC память была выровнена подходящим образом для тех объектов, которые будут в ней храниться. Хотя машины и различаются, для каждой машины существует тип, требующий наибольших ограничений по размещению памяти, если данные самого ограничительного типа можно поместить в некоторый определенный адрес, то это же возможно и для всех остальных типов.
Например, на IBM 360/370,HONEYWELL 6000 и многих других машинах любой объект может храниться в границах, соответствующим переменным типа DOUBLE; на PDP-11 будут достаточны переменные типа INT.
Свободный блок содержит указатель следующего блока в цепочке, запись о размере блока и само свободное пространство;
управляющая информация в начале называется заголовком. Для упрощения выравнивания все блоки кратны размеру заголовка, а сам заголовок выровнен надлежащим образом. Это достигается с помощью объединения, которое содержит желаемую структуру заголовка и образец наиболее ограничительного по выравниванию типа:
TYPEDEF INT ALIGN; /*FORCES ALIGNMENT ON PDP-11*/ UNION HEADER \( /*FREE BLOCK HEADER*/ STRUCT \( UNION HEADER *PTR; /*NEXT FREE BLOCK*/ UNSIGNED SIZE; /*SIZE OF THIS FREE BLOCK*/ \) S;
ALIGN X; /*FORCE ALIGNMENT OF BLOCKS*/
\);
TYPEDEF UNION HEADER HEADER;
Функция ALLOC округляет требуемый размер в символах до нужного числа единиц размера заголовка; фактический блок, который будет выделен, содержит на одну единицу больше, предназначаемую для самого заголовка, и это и есть значение, которое записывается в поле SIZE заголовка. Указатель, возвращаемый функцией ALLOC, указывает на свободное пространство, а не на сам заголовок.