UNIX — универсальная среда программирования

1.5 Другие средства UNIX

С системой UNIX связано значительно больше проблем, чем те, которые мы обсудили в настоящей главе. Многие из них еще будут рассматриваться в этой книге. Теперь вы должны чувствовать себя увереннее в общении с системой и, в частности, уметь ориентироваться в ее справочном руководстве. Если у вас появятся вопросы, в каких случаях и как использовать команды, всегда обращайтесь к руководству.

Имеет смысл также периодически заглядывать в руководство, чтобы освежить свои знания об известных вам командах и познакомиться с новыми. В руководстве описывается множество программ, которые мы не обсуждали, включая компиляторы языков программирования, подобные Фортран 77, программы-калькуляторы типа bc(1), cu(1) и uucp(1) — программы для межмашинного взаимодействия, графические пакеты, статистические программы и даже такая программа, как units(1).

Как уже отмечалось ранее, эта книга не заменяет справочное руководство, а дополняет его. В последующих главах мы будем изучать фрагменты и программы системы UNIX, используя информацию, приведенную в руководстве, и следуя логике взаимодействия компонентов системы. Хотя это взаимодействие явно не описано в руководстве, именно оно лежит в основе приемов программирования в системе.

Историческая и библиографическая справка

Первой публикацией по системе UNIX является статья Д. М. Ритчи и К. Л. Томпсона "The UNIX Time-sharing System" (Communications of the ACM, July, 1974). Она была перепечатана там же в январе 1983 г. (стр. 89 из перепечатки есть в мартовском выпуске 1983 г.). Это обзор системы для специалистов по операционным системам, но мы рекомендуем познакомиться с ним всем программистам.

Специальный июльский выпуск журнала The Bell System Technical Journal (BSTJ) 1978 г. содержит ряд статей, посвященных дальнейшему развитию системы и некоторым историческим вопросам, включая переработанный вариант статьи Ритчи и Томпсона. Следующий специальный выпуск BSTJ, содержащий новые статьи по системе UNIX, вышел в свет в 1984 г.

В статье Б. Кернигана и Д. Мэши "The UNIX Programming Environment" (IEEE Computer Magazine, April, 1981) делается попытка выделить наиболее существенные свойства системы с точки зрения программистов.

В справочном руководстве по системе UNIX, какой бы ни была ваша версия системы, вы найдете команды, системные функции и правила взаимодействия с ними, форматы файлов и процедуры поддержания системы. Вы не сможете обойтись без этого руководства, хотя на первых порах, пока вы не начнете программировать, вам, вероятно, будет достаточно прочесть только часть первого тома. Том 1 справочного руководства по седьмой версии системы опубликован издательством Холта, Райнхарта и Уинстона. Том 2 "Documents for Use with the UNIX Timesharing System" справочного руководства содержит рекомендации по использованию и описания большинства команд. В частности, здесь описываются достаточно подробно средства подготовки документации и разработки программ. В конечном счете, мы уверены, вас заинтересует этот материал.

Хорошим введением для совсем "зеленых" новичков и непрограммистов представляется книга Э. и Н. Ломато "A UNIX Primer" (Prentice-Hall, 1983).

Глава 2 Файловая система

Все, с чем работает система UNIX, она воспринимает в виде файла. Это не такое уж упрощение, как может показаться на первый взгляд. Когда разрабатывалась первая версия системы, даже прежде, чем ей дали имя, все усилия сосредоточились на создании структуры файловой системы, которая должна была быть простой и удобной в использовании. Файловая система — ключевое звено, обеспечившее успешное применение UNIX. Это наилучший пример философии "прекрасное в малом", показывающий, какой мощи можно достичь реализацией нескольких хорошо продуманных идей.

Для описания команд и их взаимодействия нужно хорошо знать структуру и внешние связи файловой системы. В этой главе излагается большинство вопросов, связанных с файловой системой, — понятие файла и его представление, каталоги и иерархия файловой системы, права доступа, индексный дескриптор (внутреннее представление файла в системе) и файлы устройств. Поскольку основная работа в системе связана с манипулированием файлами, существует множество команд для анализа и модификации файла; здесь вводятся наиболее употребительные команды.

2.1 Основные сведения о файлах

Файл представляет собой последовательность байтов. (Байт — небольшая порция информации, обычно размером в восемь бит. Для наших целей можно считать байт синонимом слова "символ".) Никаких ограничений по структуре системой на файл не накладывается, и никакого смысла не приписывается его содержимому: смысл байтов зависит исключительно от программ, обрабатывающих файл. Более того, как мы увидим позднее, это верно не только для файлов, хранящихся на дисках, но и для файлов, представляющих периферийные устройства. Записи на магнитных лентах, почта, символы, вводимые с клавиатуры, вывод на печатающее устройство, данные, передаваемые по конвейеру — каждый из этих файлов система и входящие в нее программы воспринимают просто как последовательность байтов.

Лучше всего познакомиться с файлами экспериментальным путем, так что начнем с создания небольшого файла:

 $ ed а
 now is the time,
 for all good people
 .
 w junk
 36
 q
 $ls -l
 – rw-r--r-- 1 you 26 Sep 27 06:11 junk
 $

Здесь junk — это файл из 36 байт, т.е. 36 символов, которые вы ввели (не считая, конечно, символов, введенных при коррекции ошибок). Команда cat показывает содержимое файла в следующем виде:

 $ cat junk
 now is the time
 for all good people
 $

Команда od ("octal dump" — восьмеричный дамп) выдает "изображение" всех байтов файла:

 $ od -с junk
 0000000 n o w i s t h e t i m e \n
 0000020 f o r a l l g o o d p e o
 0000040 p l e \n
 0000044
 $

Флаг – с означает, что следует интерпретировать байты как символы. Если добавить флаг – b, то можно, кроме того, показать байты как восьмеричные числа. [5]

5

В каждом байте файла находится число, достаточно большое, чтобы закодировать изображаемый символ. В большинстве систем UNIX кодировка называется ASCII ("American Standard Code for Information Interchange" — американский стандартный код для обмена информацией), но на некоторых машинах, особенно произведенных фирмой IBM, используется кодировка, называемая EBCDIC ("Extended Binary Coded Decimal Interchange Code" — расширенная двоично закодированная десятичная общая кодировка). Здесь и далее в книге мы будем применять множество символов ASCII; воспользуйтесь командой cat /usr/pub/ascii или прочтите ascii(7), чтобы узнать восьмеричные значения символов.

 $ od -cb junk
 0000000 n o w i s t h e t i m e \n
  156 157 167 040 151 163 040 164 150 145 040 164 151 155 145 012
 0000020 f o r a l l g o o d p e o
  146 157 162 040 141 154 154 040 147 157 157 144 040 160 145 157
 0000040 d l e \n
  160 154 145 012
 0000044 $

Семизначные числа в колонке слева показывают место в файле, т.е. порядковый номер следующего изображаемого символа в восьмеричной форме. Между прочим, приоритет восьмеричных чисел — это пережиток времен PDP-11, когда восьмеричной нотации отдавалось предпочтение. Для других машин больше подходит шестнадцатеричная нотация; флаг – х предписывает команде od печатать информацию в шестнадцатеричной форме.

Обратите внимание на то, что после каждой строки идет символ с восьмеричным значением 012. Это символ перевода строки для ASCII; система помещает его во входной поток, когда вы нажимаете клавишу RETURN. По соглашению, заимствованному из языка Си, символ перевода строки изображается как \n, что лишь облегчает чтение. Такого соглашения придерживаются только программы типа od; в файле же хранится единственный байт 012.

Перевод строки — наиболее типичный пример специального символа. Другими специальными символами, связанными с некоторыми операциями управления терминалом, являются символы: шаг назад (восьмеричное значение 010 изображается как \b), табуляция (011, \t), возврат каретки (015, \r).

Важно в каждом случае различать, в каком виде символ хранится в файле и как он интерпретируется в той или иной ситуации. Например, когда вы вводите с клавиатуры символ "шаг назад" (предполагая, что это ваш символ стирания), система воспринимает его как требование уничтожить символ, введенный перед ним. Оба символа — и стираемый, и "шаг назад" — на терминале исчезают, а курсор возвращается на одну позицию назад.

Если ввести последовательность

 \<-

(т.е. символ \ и вслед за ним "шаг назад"), то ядро в этом случае "считает", что вы действительно хотите ввести символ <-, поэтому \ исчезает, а в вашем файле появляется байт 010. Когда "шаг назад" отражается на терминале, происходит возврат курсора, так что он указывает на символ \.

При выводе файла, содержащего символ <-, он передается на терминал без обработки, что опять приводит к передвижке курсора на одну позицию назад. Если воспользоваться командой od, чтобы вывести файл, содержащий символ <-, он появится как байт со значением 010 или, если указан флаг – с, как \b.