Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

Несмотря на то что системные вызовы read и write как нельзя лучше подходят приложениям для извлечения и хранения данных в файле, все же они не всегда являются самыми быстрыми методами. Они допускают управление отдельными порциями данных; для записи же нескольких порций данных требуется несколько системных вызовов. Подобным образом, если приложению необходим доступ к данным в разных частях файла, оно должно вызывать lseek между каждым read или write, удваивая количество необходимых системных вызовов. Для улучшения эффективности существуют другие системные вызовы.

13.4.1. Разбросанное/сборное чтение и запись

Приложениям часто требуется читать и записывать данные различных типов в последовательные области файла. Несмотря на то что это можно делать сравнительно легко с помощью множества вызовов read и write, такое решение не является особо эффективным. Вместо этого приложения могут перемещать все данные в последовательную область памяти, делая возможным один системный вызов. Однако эти действия приводят к множеству ненужных операций с памятью.

Linux предлагает системные вызовы readv и writev, реализующие разбросанное/сборное чтение и запись [98] . В отличие от стандартных элементов своего уровня, получающих по одному указателю и размеру буфера, эти системные вызовы получают массивы записей, каждая запись которых описывает буфер. Буферы читаются или записываются в том порядке, в каком они приведены в массиве. Каждый буфер описывается с помощью структуры struct iovec.

98

Они так именуются, поскольку чтение разбрасывает данные по всей памяти, а запись собирает данные из разных областей памяти. Они также известны как векторное чтение и запись. Этим объясняется наличие "v" в конце readv и writev.

#include <sys/uio.h>

struct iovec {
 void * iov_base; /* адрес буфера */
 size_t iov_len; /* длина буфера */
};

Первый элемент, iov_base, указывает на буферное пространство. Элемент iov_len — это количество символов в буфере. Эти элементы представляют собой то же, что и второй и третий параметры, передаваемые read и write.

Ниже показаны прототипы readv и writev.

#include <sys/uio.h>

int readv(int fd, const struct iovec * vector, size_t count);

int writev(int fd, const struct iovec * vector, size_t count);

Первый аргумент является файловым дескриптором, с которого можно считывать или на который можно записывать. Второй аргумент, vector, указывает на массив элементов count struct iovec. Обе функции возвращают общее количество прочитанных или записанных байтов.

Ниже приведена простая программа-пример, использующая writev для отображения простого сообщения на стандартном устройстве вывода.

 1: /* gather.с */
 2:
 3: #include <sys/uio.h>
 4:
 5: int main(void) {
 6: struct iovec buffers[3];
 7:
 8: buffers[0].iov_base = "hello";
 9: buffers[0].iov_len = 5;
10:
11: buffers[1].iov_base = " ";
12: buffers[1].iov_len = 1;
13:
14: buffers[2].iov_base = "world\n";
15: buffers[2].iov_len = 6;
16:
17: writev(1, buffers, 3);
18:
19: return 0;
20: }

13.4.2. Игнорирование указателя файла

Программы, использующие бинарные файлы, часто выглядят, как показано ниже.

lseek(fd, SEEK_SET, offset1);
read(fd, buffer, bufferSize);
offset2 = someOperation(buffer);
lseek(fd, SEEK_SET, offset2);
read(fd, buffer2, bufferSize2);
offset3 = someOperation(buffer2);
lseek(fd, SEEK_SET, offset3);
read(fd, buffer3, bufferSize3);

Необходимость поиска нового расположения с помощью lseek перед каждым read удваивает количество системных вызовов, поскольку указатель файла никогда не располагается правильно после read из-за непоследовательной природы хранения данных в файле. Существуют альтернативы read и write, принимающие смещение файла в качестве параметра, и ни одна из альтернатив не использует указатель файла, чтобы выяснить, к какой части файла можно получить доступ, или какую его часть можно обновить. Обе функции работают только применительно к просматриваемым файлам, поскольку непросматриваемые файлы можно читать или записывать только в текущем расположении.

#define XOPEN_SOURCE 500
#include <unistd.h>

size_tpread(int fd, void * buf, size_t count, off_t offset);
size_t pwrite(int fd, void * buf, size_t count, off_t offset);
#endif

Это выглядит подобно прототипам read и write с четвертым параметром, offset. offset определяет, с какой точки файла следует читать, а в какую — записывать. Как и их "тезки", эти функции возвращают количество переданных байтов. Ниже приведена версия pread, реализованная с помощью read и lseek, что облегчает понимание ее функции [99] .

99

Эта эмулированная версия в большинстве случаев ведет себя корректно, но действует не так, как фактический системный вызов, если сигналы принимаются во время его выполнения.

int pread (int fd, void * data, int size, int offset) {
 int oldOffset;
 int rc;
 int oldErrno;
 /* переместить указатель файла в новое расположение */
 oldOffset = lseek(fd, SEEK_SET, offset);
 if (oldOffset < 0) return -1;
 rc = read(fd, data, size);
 /* восстановить указатель файла, предварительно сохранив errno */
 oldErrno = errno;
 lseek(fd, SEEK_SET, oldOffset);
 errno = oldErrno;
 return rc;
}

Глава 14 Операции с каталогами

Как и во многих других операционных системах, для организации файлов в Linux используются каталоги. Каталоги (представляющие собой особые типы файлов, которые содержат списки имен файлов) состоят из файлов, а также других каталогов, образуя иерархию файлов. Все системы Linux содержат корневой каталог, известный как /, через который (прямо или непрямо) можно получить доступ ко всем файлам системы.