Linux программирование в примерах

Роббинс Арнольд

Ядро распознает, что исполняемый файл содержит двоичный объектный код, проверяя первые несколько байтов файла на предмет совпадения со специальными магическими числами. Это последовательности двух или четырех байтов, которые ядро распознает в качестве специальных. Для обратной совместимости современные Unix-системы распознают несколько форматов. Файлы ELF начинаются с четырех символов «

\177ELF

».

Помимо двоичных исполняемых файлов, ядро поддерживает также исполняемые сценарии (скрипты). Такой файл также начинается с магического числа: в этом случае, это два обычных символа

# !

. Сценарий является программой, исполняемой интерпретатором, таким, как командный процессор, awk, Perl, Python

или Tcl. Строка, начинающаяся с

#!

, предоставляет полный путь к интерпретатору и один необязательный аргумент:

#! /bin/awk -f

BEGIN {print "hello, world"}

Предположим, указанное содержимое располагается в файле

hello.awk

и этот файл исполняемый. Когда вы набираете '

hello.awk

', ядро запускает программу, как если бы вы напечатали '

/bin/awk -f hello.awk

'. Любые дополнительные аргументы командной строки также передаются программе. В этом случае,

awk

запускает программу и отображает общеизвестное сообщение

hello, world

.

Механизм с использованием

#!

является элегантным способом скрыть различие между двоичными исполняемыми файлами и сценариями. Если

hello.awk

переименовать просто в

hello

, пользователь, набирающий '

hello

', не сможет сказать (и, конечно, не должен знать), что

hello

не является двоичной исполняемой программой.

1.1.4. Устройства

Одним из самых замечательных новшеств Unix было объединение файлового ввода- вывода и ввода-вывода от устройств. [14] Устройства выглядят в файловой системе как файлы, для доступа к ним используются обычные права доступа, а для их открытия, чтения, записи и закрытия используются те же самые системные вызовы ввода-вывода. Вся «магия», заставляющая устройства выглядеть подобно файлам, скрыта в ядре. Это просто другой аспект движущего принципа простоты в действии, мы можем выразить это как никаких частных случаев для кода пользователя.

14

Эта особенность впервые появилась в Multics, но Multics никогда широко не использовался — Примеч. автора.

В повседневной практике, в частности, на уровне оболочки, часто появляются два устройства:

/dev/null

и

/dev/tty

.

/dev/null

является «битоприемником». Все данные, посылаемые

/dev/null

, уничтожаются операционной системой, а все попытки прочесть отсюда немедленно возвращают конец файла (EOF).

/dev/tty

является текущим управляющим терминалом процесса — тем, который он слушает, когда пользователь набирает символ прерывания (обычно CTRL-C) или выполняет управление заданием (CTRL-Z).

Системы GNU/Linux и многие современные системы Unix предоставляют устройства

/dev/stdin

,

/dev/stdout

и

/dev/stderr

, которые дают возможность указать открытые файлы, которые каждый процесс наследует при своем запуске.

Другие устройства представляют реальное оборудование, такое, как ленточные и дисковые приводы, приводы CD-ROM и последовательные порты. Имеются также программные устройства, такие, как псевдотерминалы, которые используются для сетевых входов в систему и систем управления окнами,

/dev/console

представляет системную консоль, особое аппаратное устройство мини-компьютеров. В современных компьютерах

/dev/console

представлен экраном и клавиатурой, но это может быть также и последовательный порт

К сожалению, соглашения по именованию устройств не стандартизированы, и каждая операционная система использует для лент, дисков и т.п. собственные имена. (К счастью, это не представляет проблемы для того, что мы рассматриваем в данной книге.) Устройства имеют в выводе '

ls -l

' в качестве первого символа

b

или

с

.

$ ls -l /dev/tty /dev/hda

brw-rw-rw- 1 root disk 3, 0 Aug 31 02:31 /dev/hda

crw-rw-rw- 1 root root 5, 0 Feb 26 08:44 /dev/tty

Начальная '

b

' представляет блочные устройства, а '

c

' представляет символьные устройства. Файлы устройств обсуждаются далее в разделе 5.4, «Получение информации о файлах».

1.2. Модель процессов Linux/Unix

Процесс является работающей программой. [15] Процесс имеет следующие атрибуты:

уникальный идентификатор процесса (PID);

• родительский процесс (с соответствующим идентификатором, PPID);

15

Процесс может быть приостановлен, в этом случае он не «работающий»; но он и не завершён. В любом случае, на ранних этапах восхождения по кривой обучения не стоит быть слишком педантичным — Примеч. автора.

• идентификаторы прав доступа (UID, GID, набор групп и т.д.);

• отдельное от всех других процессов адресное пространство;

• программа, работающая в этом адресном пространстве;

• текущий рабочий каталог ('

.

');

• текущий корневой каталог (

/

; его изменение является продвинутой темой);

• набор открытых файлов, каталогов, или и того, и другого;

• маска запретов доступа, использующаяся при создании новых файлов;

• набор строк, представляющих окружение [16] ;

16

Так называемые переменные окружения — Примеч. науч. ред.

• приоритеты распределения времени процессора (продвинутая тема);

• установки для размещения сигналов (signal disposition) (продвинутая тема); управляющий терминал (тоже продвинутая тема).

Когда функция

main

начинает исполнение, все эти вещи уже помещены в работающей программе на свои места. Для запроса и изменения каждого из этих вышеназванных элементов доступны системные вызовы; их освещение является целью данной книги.

Новые процессы всегда создаются существующими процессами. Существующий процесс называется родительским, а новый процесс — порожденным. При загрузке ядро вручную создает первый, изначальный процесс, который запускает программу

/sbin/init

; идентификатор этого процесса равен 1, он осуществляет несколько административных функций. Все остальные процессы являются потомками

init

. (Родительским процессом

init

является ядро, часто обозначаемое в списках как процесс с ID 0.)

Отношение порожденный-родительский является отношением один к одному; у каждого процесса есть только один родитель, поэтому легко выяснить PID родителя. Отношение родительский-порожденный является отношением один ко многим; каждый данный процесс может создать потенциально неограниченное число порожденных. Поэтому для процесса нет простого способа выяснить все PID своих потомков. (Во всяком случае, на практике это не требуется.) Родительский процесс можно настроить так, чтобы он получал уведомление при завершении порожденного процесса, он может также явным образом ожидать наступления такого события.