Einführung in die Programmiersprache C

Transkript

1 Einführung in die Programmiersprache C 9 I/O (2) Alexander Sczyrba Robert Homann Georg Sauthoff Universität Bielefeld, Technische Fakultät

2 UNIX I/O UNIX I/O: ähnlich wie Standard-I/O, jedoch File-Deskriptoren anstatt FILE-Pointer konsistent mit dem Rest der UNIX-API systemspezifische Features benutzbar (z.b. Permissions, Synchronisierung, Locking,... ) keine Buffer im User-Space jeder Funktionsaufruf entspricht einem System-Call kann teuer werden weniger Komfort

3 File-Deskriptoren abstrakter Datentyp zur Repräsentation eines File-Deskriptors: int Was ist ein File-Deskriptor? Datei Terminal Device Pipe Socket... vordefinierte File-Deskriptoren: STDIN_FILENO STDOUT_FILENO STDERR_FILENO (in unistd.h)

4 Schnittstellen Dateien öffnen und schließen: open(), close() aus Dateien lesen: read(), pread() in Dateien schreiben: write(), pwrite(), fsync(),... Dateiposition setzen und ermitteln: lseek() Informationen über File-Deskriptor einholen: fstat() Low-Level-Operationen auf File-Deskriptoren: fcntl()

5 Beispiel: UNIX I/O Beispiel 1 i n t d o _ s t u f f ( const char f i l e n a m e ) 2 { 3 i n t f d ; 4 5 i f ( ( f d = open ( f i l e n a m e, O_RDONLY))!= 1) 6 { 7 / do something / 8 9 i f ( c l o s e ( f d ) == 0) return 0 ; 10 e l s e p e r r o r ( " c l o s e ( ) " ) 11 } 12 e l s e p e r r o r ( " open ( ) " ) ; 13 return 1; 14 }

6 Datei-Offsets Datentypen zur Repräsentation von Dateigrößen und -offsets: Standard I/O: long Probleme mit großen Dateien auf 32-Bit-Systemen an einigen Stellen fpos_t (z.b. fgetpos()) fpos_t kann ein komplexer Datentyp sein UNIX I/O: off_t 64 Bit auf 64-Bit-Systemen, sonst 32 Bit int ist zur Speicherung von Dateigrößen und -offsets immer falsch! Zur Erinnerung: size_t wird zur Speicherung von Objektgrößen und damit auch Array-Offsets verwendet 32 Bit auf 32-Bit-Systemen, 64 Bit auf 64-Bit-Systemen.

7 Large file support große Dateien auf 32-Bit-Systemen ( large file support ): Definition von Präprozessorsymbolen erforderlich 1 -D_FILE_OFFSET_BITS=64 Typen fpos_t und off_t können 64-Bit-Offsets speichern Funktionen wie fread() oder read() werden auf 64-Bit-Versionen umgebogen (fread64(), read64(),... ) 2 -D_LARGEFILE_SOURCE -D_LARGEFILE64_SOURCE Typen fpos64_t und off64_t werden verfügbar Prototypen für 64-Bit-Funktionen werden sichtbar und können direkt aufgerufen werden. Nicht so richtig portabel, also implementierungsabhängig...

8 Übung Übung Implementiere ein einfaches Kopierprogramm, das über die UNIX-Schnittstellen eine Datei blockweise kopiert (inklusive Fehlerbehandlung).

9 Memory mapped I/O Dateien können in den Adressraum des Prozesses eingeblendet werden Memory mapped I/O Dateiinhalt direkt als Array zugreifbar Grobe Funktionsweise: Zugriff auf gemappte Seite (page) page fault Kernel füllt die Seite mit Inhalt aus einer Datei Prozess läuft weiter völlig transparenter Vorgang

10 mmap() Zentrale Funktion: 1 void mmap( void s t a r t, size_t l e n g t h, 2 i n t prot, i n t f l a g s, i n t fd, 3 off_t o f f s e t ) ; start : gewünschte absolute Startaddresse (normalerweise NULL) length: Größe des gemappten Bereichs in Bytes prot : erlaubte Zugriffsarten auf den Bereich (z.b. PROT_READ) flags : weitere Optionen (z.b. MAP_PRIVATE) fd : File-Deskriptor einer geöffneten Datei offset: Start-Position des gemappten Bereichs in der Datei Rückgabewert: Pointer auf gemappte Datei oder MAP_FAILED im Falle eines Fehlers (nicht NULL!)

11 Vor-/Nachteile Vorteile Dateiinhalt direkt als Array zugreifbar Code für Arrays im Speicher und Dateien gleich kein Denken in Blöcken, kein spezieller I/O-Code im eigentlichen Algorithmus System-Calls werden (potentiell) gespart Nachteile auf einigen Systemen Probleme mit NFS direkter Zugriff limitiert auf 2 bis weniger als 4GB auf 32-Bit-Systemen

12 Zusätzlich zu den anderen UNIX-Schnittstellen: Map/Unmap: mmap(), munmap() Hinweis auf das zu erwartene Zugriffsmuster für den Kernel: madvise() gemappten Bereich mit Datei synchronisieren: msync() Schnittstellen Überprüfen, ob sich ein Speicherbereich im RAM befindet: mincore() Achtung Nicht alle Parameter für mmap(), madvise(), etc. sind standardisiert, viele sind implementierungsabhängig.

13 Übung Übung Implementiere wc -l (Anzahl der Zeilen in einer Datei ermitteln) mit memory mapped I/O. Denke an korrekte Fehlerbehandlung.

14 Literatur Stevens and Rago, Advanced Programming in the UNIX Environment. Addison Wesley, 2005.