Книга: Linux программирование в примерах

9.1.1.2. Разделение дескрипторов файлов

9.1.1.2. Разделение дескрипторов файлов

Атрибуты, которые порожденный процесс наследует от родителя, устанавливаются в те же значения, которые были в родительском процессе в момент выполнения fork(). Однако, с этого момента два процесса продолжают идти собственными путями (большей частью) независимо один от другого. Например, если порожденный процесс изменяет каталог, каталог родительского процесса не затрагивается. Сходным образом, если порожденный изменяет среду, среда родителя не меняется.

Открытые файлы являются важным исключением из этого правила. Дескрипторы открытых файлов являются разделяемыми, и действия одного процесса с разделяемым дескриптором файла затрагивает состояние файла также и для другого процесса. Это лучше всего понять, изучив рис. 9.1.

Рис. 9.1. Разделение дескрипторов файлов

Рисунок отображает внутренние структуры данных ядра. Ключевой структурой данных является таблица файлов. Каждый элемент ссылается на открытый файл. Помимо других учетных данных, таблица файлов содержит текущее положение (смещение чтения/записи) в файле. Оно устанавливается либо автоматически каждый раз при чтении или записи файла, либо непосредственно через lseek() (см. раздел 4.5 «Произвольный доступ: перемещения внутри файла»).

Дескриптор файла, возвращенный функциями open() или creat(), действует как индекс имеющегося в каждом процессе массива указателей на таблицу файлов. Размер этого массива не превышает значение, возвращенное getdtablesize() (см. раздел 4.4.1 «Понятие о дескрипторах файлов»).

На рис. 9.1 показаны два процесса, разделяющие стандартный ввод и стандартный вывод; для каждого из процессов указаны одни и те же элементы в таблице файлов. Поэтому, когда процесс 45 (порожденный) осуществляет read(), общее смещение обновляется; следующий раз, когда процесс 42 (родитель) осуществляет read(), он начинает с позиции, в которой закончила чтение read() процесса 45.

Это легко можно видеть на уровне оболочки:

$ cat data /* Показать содержание демонстрационного файла */
line 1
line 2
line 3
line 4
$ ls -l test1 ; cat test1 /* Режим и содержание тестовой программы */
-rwxr-xr-x 1 arnold devel 93 Oct 20 22:11 test1
#! /bin/sh
read line ; echo p: $line /* Прочесть строку в родительской оболочке,
                             вывести ее */
( read line ; echo с: $line ) /* Прочесть строку в порожденной оболочке,
                                 вывести ее */
read line ; echo p: $line /* Прочесть строку в родительской оболочке,
                             вывести ее */
$ test1 < data /* Запустить программу */
p: line 1 /* Родитель начинает сначала */
c: line 2 /* Порожденный продолжает оттуда, где остановился родитель */
p: line 3 /* Родитель продолжает оттуда, где остановился порожденный */

Первая исполняемая строка test1 читает из стандартного ввода строку, изменяя смещение файла. Следующая строка test1 запускает команды, заключенные между скобками, в подоболочке (subshell). Это отдельный процесс оболочки, созданный — как вы догадались — с помощью fork(). Порожденная подоболочка наследует от родителя стандартный ввод, включая текущее смещение. Этот процесс читает строку и обновляет разделяемое смещение в файле. Когда третья строка, снова в родительской оболочке, читает файл, она начинает там, где остановился порожденный.

Хотя команда read встроена в оболочку, все работает таким же образом и для внешних команд. В некоторых ранних Unix-системах была команда line, которая читала одну строку ввода (по одному символу за раз!) для использования в сценариях оболочки; если бы смещение файла не было разделяемым, было бы невозможно использовать такую команду в цикле.

Разделение дескрипторов файлов и наследование играют центральную роль в перенаправлении ввода/вывода оболочки; системные вызовы и их семантика делают примитивы уровня оболочки простыми для реализации на С, как мы позже увидим в данной главе.

Оглавление книги