Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

• Название: Программирование для Linux. Профессиональный подход
• Автор: Марк Митчелл
• Издательство: Вильямс
• Жанр: Программирование
• Год: 2002
• ISBN: 5-8459-0243-6

Данная книга в основном посвящена программированию в среде GNU/Linux. Авторы применяют обучающий подход, последовательно излагая самые важные концепции и методики использования расширенных возможностей системы GNU/Linux в прикладных программах. Читатели научатся писать программы, к интерфейсу которых привыкли пользователи Linux; освоят такие технологии, как многозадачность, многопотоковое программирование, межзадачное взаимодействие и взаимодействие с аппаратными устройствами; смогут улучшить свои программы, сделав их быстрее, надежнее и безопаснее; поймут особенности системы GNU/Linux, ее ограничения, дополнительные возможности и специфические соглашения.

Книга предназначена для программистов, уже знакомых с языком С и имеющих базовый опыт работы в GNU/Linux.

---

Предположим, создается программа обработки транзакций, которая ведет журнальный файл. В этот файл помещаются записи обо всех транзакциях, завершившихся на данный момент, чтобы в случае системного сбоя можно было восстановить целостность данных. Очевидно, не менее важна и целостность самого журнального файла: как только транзакция завершена, запись о ней должна быть немедленно занесена в дисковый файл.

Для реализации такого поведения ОС Linux предоставляет системный вызов fsync(). Эта функция принимает один аргумент — дескриптор записываемого файла — и принудительно переносит на диск все данные этого файла, находящиеся в кэш-буфере. Функция не завершается до тех пор, пока данные не окажутся на диске.

В листинге 8.3 показана функция, использующая данный системный вызов. Она записывает переданную ей строку в журнальный файл.

Листинг 8.3. (write_journal_entry.c) Запись строки в журнальный файл с последующей синхронизацией

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

const char* journal_filename = "journal.log";

void write_journal_entry(char* entry) {

 int fd =

  open(journal_filename,

   O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0660);

 write(fd, entry, strlen(entry));

 write(fd, "\n", 1);

 fsync(fd);

 close(fd);

}

Аналогичное действие выполняет другой системный вызов: fdatasync(). Но если функция fsync() гарантирует, что дата модификации файла будет обновлена, то функция fdatasync() этого не делает, а лишь гарантирует запись данных. В принципе это означает, что функция fdatasync() способна выполняться быстрее, чем fsync(), так как ей требуется выполнить одну операцию записи на диск, а не две. Но в настоящее время в Linux обе функции работают одинаково, обновляя дату модификации.

Файл можно также открыть в режиме синхронного ввода-вывода, при котором все операции записи будут немедленно фиксироваться на диске. Для этого в функции open() следует указать флаг O_SYNC.

8.5. Функции getrlimit() и setrlimit(): лимиты ресурсов

Функции getrlimit() и setrlimit() позволяют процессу определять и задавать лимиты использования системных ресурсов. Аналогичные действия выполняет команда ulimit, которая ограничивает доступ запускаемых пользователем программ к ресурсам.

У каждого ресурса есть два лимита: жесткий и нежесткий. Второе значение никогда не может быть больше первого, и лишь процессы с привилегиями супер пользователя имеют право менять жесткий лимит. Обычно приложение уменьшает нежесткий лимит, ограничивая потребление системных ресурсов.

Обе функции принимают два аргумента: код, задающий тип ограничения, и указатель на структуру типа rlimit. Функция getrlimit() заполняет поля этой структуры, тогда как функция setrlimit() проверяет их и соответствующим образом меняет лимит. У структуры rlimit два поля: в поле rlim_cur содержится значение нежесткого лимита, а в поле rlim_max — значение жесткого лимита.

Ниже перечислены коды наиболее полезных лимитов, допускающих возможность изменения.

■ RLIMIT_CPU. Это максимальный интервал времени центрального процессора (в секундах), занимаемый программой. Именно столько времени отводится программе на доступ к процессору. В случае превышения данного ограничения программа будет завершена по сигналу SIGXCPU.

■ RLIMIT_DATA. Это максимальный объем памяти, который программа может запросить для своих данных. Запросы на дополнительную память будут отвергнуты системой.

■ RLIMIT_NPROC. Это максимальное число дочерних процессов, которые могут быть запущены пользователем. Если процесс вызывает функцию fork(), а лимит уже исчерпал, функция завершается ошибкой.

■ RLIMIT_NOFILE. Это максимальное число файлов, которые могут быть одновременно открыты процессом.

Программа, приведенная в листинге 8.4, задает односекундный лимит использования центрального процессора, после чего переходит в бесконечный цикл. Как только программа превышает установленный ею же лимит, ОС Linux уничтожает ее.

Листинг 8.4. (limit-cpu.c) Задание ограничения на использование нейтрального процессора

#include <sys/resource.h>

#include <sys/time.h>

#include <unistd.h>

int main() {

 struct rlimit rl;

 /* Определяем текущие лимиты. */

 getrlimit(RLIMIT_CPU, &rl);

 /* Ограничиваем время доступа к процессору

    одной секундой. */

 rl.rlim_cur = 1;

 setrlimit(RLIMIT_CPU, &rl);

 /* Переходим в бесконечный цикл. */

 while(1);

 return 0;

}

Когда программа завершается по сигналу SIGXCPU, интерпретатор команд выдает поясняющее сообщение:

% ./limit_cpu

CPU time limit exceeded

8.6. Функция getrusage(): статистика процессов

Функция getrusage() запрашивает у ядра статистику работы процессов. Если первый аргумент функции равен RUSAGE_SELF, процесс получит информацию о самом себе. Если же первым аргументом является константа RUSAGE_CHILDREN, будет выдана информация обо всех его завершившихся дочерних процессах. Второй аргумент — это указатель на структуру типа rusage, в которую заносятся статистические данные.

Перечислим наиболее интересные поля этой структуры.

■ ru_utime. Здесь находится структура типа timeval, в которой указано, сколько пользовательского времени (в секундах) ушло на выполнение процесса. Это время, затраченное центральным процессором на выполнение программного кода, а не системных вызовов.

■ ru_stime. Здесь находится структура типа timeval, в которой указано, сколько системного времени (в секундах) ушло на выполнение процесса. Это время, затраченное центральным процессором на выполнение системных вызовов от имени данного процесса.

■ ru_maxrss. Это максимальный объем физической памяти, которую процесс занимал в какой-то момент своего выполнения.

В листинге 8.5 приведена функция, которая показывает, сколько пользовательского и системного времени потребил текущий процесс.

Листинг 8.5. (prinf-cpu-times.c) Определение пользовательского и системного времени, затраченного на выполнение текущего процесса

#include <stdio.h>

#include <sys/resource.h>

#include <sys/time.h>

#include <unistd.h>

void print_cpu_time() {

 struct rusage usage;

 getrusage(RUSAGE_SELF, &usage);

 printf("CPU time: %ld.%061d sec user, %ld.%061d sec system\n",

  usage.ru_utime.tv_sec, usage.ru_utime.tv_usec,

  usage.ru_stime.tv_sec, usage.ru_stime.tv_usec);

}

8.7, Функция gettimeofday(): системные часы

Функция gettimeofday() определяет текущее системное время. В качестве аргумента она принимает структуру типа timeval, в которую записывается значение времени (в секундах), прошедшее с начала эпохи UNIX (1-е января 1970 г., полночь по Гринвичу). Это значение разделяется на два поля. В поле tv_sec хранится целое число секунд, а в поле tv_usec — дополнительное число микросекунд. У функции есть также второй аргумент, который должен быть равен NULL. Функция объявлена в файле <sys/time.h>.

Результат, возвращаемый функцией gettimeofday(), мало подходит для отображения на экране, поэтому существуют библиотечные функции localtime() и strftime(), преобразующие это значение в нужный формат. Функция localtime() принимает указатель на число секунд (поле tv_sec структуры timeval) и возвращает указатель на структуру типа tm. Эта структура содержит поля, заполняемые параметрами времени в соответствии с локальным часовым поясом:

■ tm_hour, tm_min, tm_sec — текущее время (часы, минуты, секунды);

■ tm_year, tm_mon, tm_day — год, месяц, день;

■ tm_wday — день недели (значение 0 соответствует воскресенью);

■ tm_yday — день года;

■ tm_isdst — флаг, указывающий, учтено ли летнее время.

Функция strftime() на основании структуры tm создает строку, отформатированную по заданному правилу. Формат напоминает тот, что используется в функции printf(): указывается строка с кодами, определяющими включаемые поля структуры. Например, форматная строка вида

"%Y-%m-%d %Н:%М:%S"

соответствует такому результату:

2001-01-14 13:09:42

Функции strftime() необходимо задать указатель на текстовый буфер, куда будет помещена полученная строка, длину буфера, строку формата и указатель на структуру типа tm. Следует учесть, что ни функция localtime(), ни функция strftime() не учитывают дробную часть текущего времени (поле tv_usec структуры timeval). Об этом должен позаботиться программист.