Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

• Название: Основы программирования в Linux
• Автор: Нейл Мэтью
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9775-0289-4

В четвертом издании популярного руководства даны основы программирования в операционной системе Linux. Рассмотрены: использование библиотек C/C++ и стан­дартных средств разработки, организация системных вызовов, файловый ввод/вывод, взаимодействие процессов, программирование средствами командной оболочки, создание графических пользовательских интерфейсов с помощью инструментальных средств GTK+ или Qt, применение сокетов и др. Описана компиляция программ, их компоновка c библиотеками и работа с терминальным вводом/выводом. Даны приемы написания приложений в средах GNOME® и KDE®, хранения данных с использованием СУБД MySQL® и отладки программ. Книга хорошо структурирована, что делает обучение легким и быстрым.

Для начинающих Linux-программистов

---

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

int main() {

 FILE *write_fp;

 char buffer[BUFSIZ + 1];

 sprintf(buffer, "Once upon a time, there was...\n");

 write_fp = popen("od -c", "w");

 if (write_fp != NULL) {

  fwrite(buffer, sizeof(char), strlen(buffer), write_fp);

  pclose(write_fp);

  exit(EXIT_SUCCESS);

 }

 exit(EXIT_FAILURE);

}

После выполнения этой программы вы должны получить следующий вывод:

$ ./popen2

0000000  O n c e   u p o n   a   t i m e

0000020  ,   t h e r e   w a s . . . \n

0000037

Как это работает

Программа применяет popen с параметром "w" для запуска команды od -с таким образом, что может отправить данные этой команде. Затем она отправляет строку, которую команда od -с получает и обрабатывает; далее команда od -с выводит результат обработки в своем стандартном выводе.

Такой же вывод можно получить из командной строки с помощью следующей команды:

$ echo "Once upon a time, there was..." | od -c

Передача данных большого объема

Механизм, применявшийся до сих пор, просто отправляет и получает все данные в одном вызове fread или fwrite. Порой вам может понадобиться отправлять данные меньшими порциями или вы не будете знать размера вывода. Для того чтобы не объявлять слишком большой буфер, можно просто применить множественные вызовы fread или fwrite и обрабатывать данные порциями.

В упражнении 13.3 приведена программа popen3.c, читающая все данные из канала.

Упражнение 13.3. Чтение из канала данных большого объема

В этой программе вы читаете данные из вызванного процесса ps ах. У вас нет возможности узнать заранее, какой величины будет вывод, поэтому вы должны разрешить множественные операции чтения из канала.

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

int main() {

 FILE * read_fp;

 char buffer[BUFSIZ + 1];

 int chars_read;

 memset(buffer, '\0' , sizeof(buffer));

 read_fp = popen("ps ax", "r");

 if(read_fp != NULL) {

  chars_read = fread(buffer, sizeof(char), BUFSIZ, read_fp);

  while (chars_read > 0) {

   buffer[chars_read - 1] = '\0';

   printf("Reading %d:-\n %s\n", BUFSIZ, buffer);

   chars_read = fread(buffer, sizeof(char), BUFSIZ, read_fp);

  }

  pclose(read_fp);

  exit(EXIT_SUCCESS);

 }

 exit(EXIT_FAILURE);

}

Вывод, отредактированный для краткости, подобен приведенному далее:

$ ./popen3

Reading 1024:-

PID TTY  STAT TIME COMMAND

  1 ?    Ss   0:03 init [5]

  2 ?    SW   0:00 [kflushd]

  3 ?    SW   0:00 [kpiod]

  4 ?    SW   0:00 [kswapd]

  5 ?    SW<  0:00 [mdrecoveryd]

...

240 tty2 S    0:02 emacs draft1.txt

Reading 1024:-

368 tty1 S    0:00 ./popen 3

369 tty1 R    0:00 ps -ax

370 ...

Как это работает

Программа применяет функцию popen с параметром "r" аналогично программе popen1.c. В этот раз она продолжает чтение из файлового потока до тех пор, пока в нем есть данные. Учтите, что, хотя программе ps нужно некоторое время для выполнения, Linux так организует планирование процессов, что обе программы выполняются, когда могут. Если у читающего процесса popen3 нет входных данных, он приостанавливается до появления доступных данных. Если записывающий процесс ps формирует вывод, больший по объему, чем может вместить буфер, он приостанавливается до тех пор, пока считывающий процесс не обработает какой-то объем данных.

В этом примере строка Reading:- может не появиться второй раз. Это означает, что BUFSIZ больше объема вывода команды ps. В некоторых (самых современных) системах Linux установлен размер буфера BUFSIZ, равный 8192 байт или даже больше. Для того чтобы проверить корректность работы программы при считывании нескольких порций вывода, попробуйте считывать за один раз меньше символов, чем BUFSIZ, может быть BUFSIZ/10.

Как реализован вызов popen

Вызов popen выполняет программу, которую вы запросили, прежде всего, вызывая командную оболочку sh и передавая ей командную строку как аргумент. У этого процесса две стороны: приятная и не очень.

В ОС Linux (как и во всех UNIX-подобных системах) подстановка всех параметров выполняется командной оболочкой, поэтому вызов оболочки для синтаксического анализа командной строки перед вызовом программы дает возможность командной оболочке выполнить любую подстановку, например, определить реальные файлы, на которые ссылается строка *.с до того, как программа начнет выполняться. Часто это очень полезно и позволяет запускать с помощью popen сложные команды оболочки. Другие функции создания процесса, например execl, гораздо сложнее применять для вызова, поскольку вызывающий процесс должен самостоятельно выполнять подстановки параметров командной оболочки.

Нежелательный эффект применения командной оболочки состоит в том, что для каждого вызова popen вместе с требуемой программой вызывается командная оболочка. Далее каждый вызов popen порождает запуск двух дополнительных процессов, что делает функцию popen немного расточительной с точки зрения расходования системных ресурсов и вызов нужной команды выполняется медленнее, чем было бы в противном случае.

В упражнении 13.4 приведена программа popen4.c, которую можно использовать для демонстрации поведения popen. Вы можете сосчитать количество строк во всех файлах с исходным текстом примеров семейства popen, применив команду cat к файлам и затем пересылая по каналу вывод в команду wc -l, которая считает количество строк. В командной строке эквивалентная команда выглядит следующим образом:

$ cat popen*.c | wc -l

Примечание

На самом деле wc -l popen*.c легче и гораздо эффективнее ввести с клавиатуры, но пример иллюстрирует основные принципы использования каналов.

Упражнение 13.4. Вызов popen запускает командную оболочку

Эта программа применяет в точности предыдущую команду, но с помощью popen, так что она может читать результат.

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

int main() {

 FILE *read_fp;

 char buffer[BUFSIZ +1];

 int chars_read;

 memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));

 read_fp = popen("cat popen*.с | wc -l", "r");

 if (read_fp != NULL) {

  chars_read = fread(buffer, sizeof(char), BUFSIZ, read_fp);

  while (chars_read > 0) {

   buffer[chars_read - 1] = '\0';

   printf("Reading:-\n %s\n", buffer);

   chars_read = fread(buffer, sizeof(char), BUFSIZ, read_fp);

  }

  pclose(read_fp);

  exit(EXIT_SUCCESS);

 }

 exit(EXIT_FAILURE);

}

Выполнив эту программу, вы получите следующий вывод:

$ ./popen4

Reading:-

94

Как это работает

Программа показывает, что вызывается командная оболочка для того, чтобы развернуть popen*.с в список всех файлов, начинающихся с popen и заканчивающихся .с, а также для обработки символа канала (|) и отправки вывода команды cat в команду wс. Вы вызываете командную оболочку, программы cat и wc и задаете перенаправление — все в одном вызове popen. Программа, вызвавшая команду, видит только заключительный вывод.

Вызов pipe

Вы познакомились с высокоуровневой функцией popen, а теперь пойдем дальше и рассмотрим низкоуровневую функцию pipe. Она предоставляет средства передачи данных между двумя программами без накладных расходов на вызов командной оболочки для интерпретации запрашиваемой команды. Эта функция также позволит вам лучше управлять чтением и записью данных.

У функции pipe следующее объявление:

#include <unistd.h>

int pipe(int file_descriptor[2]);

Функции pipe передается указатель на массив из двух целочисленных файловых дескрипторов. Она заполняет массив двумя новыми файловыми дескрипторами и возвращает 0. В случае неудачи она вернет -1 и установит переменную errno для указания причины сбоя. В интерактивном справочном руководстве Linux на странице, посвященной функций pipe (в разделе 2 руководства), определены следующие ошибки:

□ EMFILE — процесс использует слишком много файловых дескрипторов;

□ ENFILE — системная таблица файлов полна;