Когда вы пишете программу для ОС Linux (или UNIX и UNIX-подобных систем), следует принимать во внимание то, что программа будет выполняться в многозадачной среде или многозадачном окружении. Это означает, что много программ будет выполняться одновременно и совместно использовать ресурсы компьютера, такие как память, дисковое пространство и циклы центрального процессора. Может даже существовать несколько экземпляров одной и той же программы, выполняющихся одновременно. Важно, чтобы эти программы не мешали друг другу, знали о своем окружении и могли действовать надлежащим образом, избегая конфликтов, таких как попытка писать в один и тот же файл одновременно с другой программой.

В этой главе рассматривается окружение, в котором действуют программы, как они его используют для получения информации об условиях функционирования и как пользователи программ могут изменять их поведение. В частности, в данной главе рассматриваются следующие темы:

□ передача аргументов в программы;

□ переменные окружения;

□ определение текущего времени;

□ временные файлы;

□ получение информации о пользователе и рабочем компьютере;

□ формирование и настройка регистрируемых сообщений;

□ выявление ограничений, накладываемых системой.

Когда в ОС Linux или UNIX выполняется программа на языке С, она начинается с функции

main

main

int main(int argc, char *argv[])

Здесь

argc

argv

Вы можете встретить программы на языке С для ОС Linux, просто объявляющие функцию

main

main()

Этот вариант тоже работает, поскольку по умолчанию возвращаемому функцией значению будет назначен тип

int

argc

argv

Каждый раз, когда операционная система запускает новую программу, параметры

argc

argv

main

argv

argc

argv

Например, если мы дадим командной оболочке следующую команду:

$ myprog left right 'and center'

программа myprog запустит функцию

main

argc: 4

argv: {"myprog", "left", "right", "and center"}

Обратите внимание на то, что аргумент-счётчик содержит имя программы и в массив

argv

argv[0]

Вам все это знакомо, если вы программировали на языке С стандарта ISO/ANSI, Аргументы функции

main

$0

$1

main

int

Аргументы командной строки удобны для передачи данных программам. Например, вы можете применить их в приложениях баз данных для передачи имени базы данных, которую хотите использовать, что позволит вам применить одну и ту же программу для работы с несколькими базами данных. Многие утилиты также используют аргументы командной строки для изменения собственного поведения или установки опций. Вы обычно задаете эти так называемые флаги или переключатели с помощью аргументов командной строки, начинающихся со знака "дефис". Например, программа

sort

$ sort -r файл

Опции командной строки используются очень широко, и согласованное их применение будет реальной помощью тем, кто станет использовать вашу программу. В прошлом у каждой утилиты был свой подход к формированию опций командной строки, что приводило к некоторой путанице. Например, взгляните на то, каким способом приведенные далее команды принимают параметры:

$ tar cvfB /tmp/file.tar 1024

$ dd if=/dev/fd0 of=/trap/file.dd bs=18k

$ ps ax

$ gcc --help

$ ls -lstr

$ ls -l -s -t -r

Мы рекомендуем в ваших приложениях все переключатели командной строки начинать с дефиса и делать их односимвольными, состоящими из одной буквы или цифры. При необходимости опции, не содержащие последующих аргументов, могут группироваться вместе после общего дефиса. Таким образом, два только что приведенных примера с командой

ls

dd

if=/dev/fd0

tar

-h

--help

Еще один недостаток некоторых программ — создание опции

+x

-х

set -о xtrace

set +о xtrace

Вы, вероятно, можете сказать, что запомнить порядок и назначение всех этих программных опций достаточно трудно без необходимости освоения вызывающих идиосинкразию форматов. Часто единственный выход — применение опции

-h

man

getopt

Далее приведена программа args.c, проверяющая собственные аргументы.

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

 int arg;

 for (arg = 0; arg < argc; arg++) {

  if (argv[arg][0] == '-')

printf("option: %s\n", argv[arg]+1);

  else

   printf("argument %d: %s\n", arg, argv[arg]);

 }

 exit(0);

}

Когда вы выполните эту программу, она просто выведет свои аргументы и определит опции. Суть в том, что программа принимает строковый аргумент и необязательный аргумент с именем файла, вводимый опцией

-f

$ ./args -i -lr 'hi there' -f fred.c

argument 0: ./args

option: i

option: lr

argument 3: hi there option: f

argument 5: fred.с

Как это работает

Программа просто использует аргумент-счетчик

argc

В данном примере, если мы предполагаем, что доступны опции

-l

-r

-lr

-l

-r

В стандарте X/Open (который можно найти по адресу http://opengroup.org/) определено стандартное применение опций командной строки (Utility Syntax Guidelines, руководство по синтаксису утилит) и стандартный программный интерфейс для представления переключателей командной строки в программах на языке С: функция

getopt

Для того чтобы вам легче было следовать правилам, приведенным в этих руководствах, ОС Linux предлагает очень простое в применении средство

getopt

#include <unistd.h>

int getopt(int argc, char *const argv[], const char *optstring);

extern char *optarg;

extern int optind, opterr, optopt;

Функция

getopt

argc

argv

main

getopt

optstring

getopt

Например, для обработки предыдущего примера можно было бы применить следующий вызов:

getopt(argc, argv, "if:lr");

В нем учтены простые опции

-i

-l

-r

-f

Результат, возвращаемый функцией

getopt

argv

getopt

□ Если опция принимает значение, на него указывает внешняя переменная

optarg

□ Функция

getopt

--

getopt

□ Функция

getopt

?

optopt

□ Если опции требуется значение (например, в нашем примере опции

-f

getopt

?

getopt

:

?

Во внешней переменной

optind

getopt

optind

Некоторые версии функции

getopt

optind

getopt

argv

argv[optind]

getopt

POSIXLY_CORRECT

getopt

getopt

opterr

getopt

stderr

Итак, выполните упражнение 4.2.

В этом упражнении вы используете функцию getopt; назовите новую программу argopt.c.

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

 int opt;

 while ((opt = getopt(argc, argv, ":if:lr")) != -1) {

  switch(opt) {

  case 'i':

  case 'l':

  case 'r':

   printf("option: %c\n", opt);

   break;

  case 'f':

   printf("filename: %s\n", optarg);

   break;

  case ':':

   printf("option needs a value\n");

   break;

  case '?':

   printf("unknown option: %c\n", optopt);

   break;

  }

 }

 for (; optind < argc; optind++)

  printf("argument: %s\n", argv[optind]);

 exit(0);

}

Теперь, когда вы выполните программу, то увидите, что все аргументы командной строки обрабатываются автоматически:

$ ./argopt -i -lr 'hi there' -f fred.с -q

option: i

option: l

option: r

filename: fred.c

unknown option: q

argument: hi there

Как это работает

Программа многократно вызывает функцию

getopt

getopt

getopt

Когда все опции обработаны, программа просто выводит оставшиеся аргументы, как и раньше, но начиная с номера, хранящегося в переменной

optind

Многие приложения Linux принимают более информативные аргументы, чем использованные в предыдущем примере односимвольные опции. Библиотека С проекта GNU содержит версию функции

getopt

getopt_long

Рассмотрим упражнение 4.3.

Примените функцию

getopt_long

$ ./longopt --initialize --list 'hi there' --file fred.c -q

option: i

option: l

filename: fred.c

./longopt: invalid option --q

unknown option: q

argument: hi there

На самом деле и новые длинные опции, и исходные односимвольные можно смешивать. Длинным опциям также можно давать сокращенные названия, но они

должны отличаться от односимвольных опций. Длинные опции с аргументом можно задавать как единый аргумент в виде --опция= значение, как показано далее:

$ ./longopt --init -l --file=fred.с 'hi there'

option: i

option: l

filename: fred.с

argument: hi there

Далее приведена новая программа longopt.c, полученная из программы argopt.c с изменениями, обеспечивающими поддержку длинных опций, которые в тексте программы выделены цветом.

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#define _GNU_SOURCE

#include <getopt.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

 int opt;

 struct option_longopts[] = {

  {"initialize", 0. NULL, 'i'},

  {"file" 1, NULL, 'f'},

  {"list", 0, NULL, 'l'},

 {0, 0, 0, 0}};

 while ((opt = getopt_long(argc, argv, ":if:lr, longopts, NULL)) != -1) {

  switch(opt) {

  case 'i':

  case 'l':

  case 'r':

   printf("option: %c\n", opt);

   break;

  case 'f':

   printf("filename: %s\n", optarg);

   break;

  case ':':

   printf("option needs a value\n");

   break;

  case '?':

   printf("unknown option: %c\n", optopt);

   break;

  }

 }

 for (; optind < argc; optind++)

  printf("argument: %s\n", argv[optind]);

 exit(0);

}

Как это работает

Функция

getopt_long

getopt

getopt_long

optind

NULL

Массив длинных опций состоит из ряда структур типа

struct option

Структура длинной опции определена в заголовочном файле getopt.h и должна подключаться с помощью константы

_GNU_SOURCE

getopt_long

struct option {

 const char *name;

 int has_arg;

 int *flag;

 int val;

};

Элементы структуры описаны в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Для получения сведений о других опциях, связанных с расширениями функции

getopt

getopt

Мы обсуждали переменные окружения в главе 2. Это переменные, которые могут использоваться для управления поведением сценариев командной оболочки и других программ. Вы также можете применять их для настройки пользовательской среды. Например, у каждого пользователя есть переменная окружения

HOME

$ echo $НOМЕ

/home/neil

Вы также можете воспользоваться командой оболочки

set

В спецификации UNIX определено множество стандартных переменных окружения, применяемых для самых разных целей, включая тип терминала, имена редакторов, установленных по умолчанию, названия часовых поясов и т.д. Программа на языке С может получить доступ к переменным окружения с помощью функций

putenv

getenv

#include <stdlib.h>

char *getenv(const char *name);

int putenv(const char *string);

Окружение состоит из строк вида

имя=значение

getenv

NULL

getenv

NULL

getenv

getenv

Функция

putenv

имя=значение

errno

ENOMEM

В упражнении 4.4 вы напишeте программу для вывода значения любой выбранной вами переменной окружения. У вас также будет возможность задать значение, если вы укажете второй аргумент программы.

1. Первые несколько строк после объявления функции

main

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

 char *var, *value;

 if (argc == 1 || argc > 3) {

  fprintf(stderr, "usage: environ var [value]\n");

  exit(1);

 }

2. Сделав это, вы извлекаете значение переменной из окружения с помощью функции

getenv

 var = argv[1];

 value = getenv(var);

 if (value)

  printf("Variable %s has value %s\n", var, value);

 else

  printf("Variable %s has no value\n", var);

3. Далее проверьте, был ли при вызове программы указан второй параметр. Если был, вы задаете значение этого аргумента, конструируя строку вида

имя=значение

putenv

 if (argc == 3) {

  char *string;

  value = argv[2];

  string = malloc(strlen(var)+strlen(value)+2);

  if (!string} {

   fprintf(stderr, "out of memory\n");

   exit(1);

  }

  strcpy(string, var);

  strcat(string, "=");

  strcat(string, value);

  printf("Calling putenv with: %s\n", string);

  if (putenv(string) != 0) {

   fprintf(stderr, "putenv failed\n");

   free(string);

   exit(1);

  }

4. В заключение вы узнаете новое значение переменной, вызвав функцию getenv еще раз:

  value = getenv(var);

  if (value)

   printf("New value of %s is %s\n", var, value);

  else

   printf("New value of %s is null??\n", var);

 }

 exit(0);

}

Когда вы выполните эту программу, то сможете увидеть и задать переменные окружения:

$ ./environ НОМЕ

Variable HOME has value /home/neil

$ ./environ FRED

Variable FRED has no value

$ ./environ FRED hello

Variable FRED has no value

Calling putenv with: FRED=hello

New value of FRED is hello

$ ./environ FRED

Variable FRED has no value

Обратите внимание на то, что окружение локально по отношению к программе. Изменения, которые вы делаете в программе, не отражаются вне ее, поскольку значения переменных не передаются из дочернего процесса (вашей программы) в родительский (командную оболочку).

Программы часто применяют переменные окружения для изменения способа своей работы. Пользователи могут задать значения этих переменных окружения либо в их стандартном окружении с помощью файла .profile, читаемого их регистрационной командной оболочкой, использующей специальный файл запуска (rc) оболочки, либо заданием переменных в командной строке командной оболочки. Например,

$ ./environ FRED

Variable FRED has no value

$ FRED=hello ./environ FRED

Variable FRED has value hello

Командная оболочка принимает начальные присвоения значений переменным как временные изменения переменных окружения. Во второй части предыдущего примера программа

environ

FRED

Например, в будущей версии приложения, управляющего базой данных компакт-дисков, вы сможете изменить переменную окружения, скажем

CDDB

$ CDDB=mycds; export CDDB

$ cdapp

или

$ CDDB=mycds cdapp

Примечание

Переменные окружения — противоречивое благо, и их следует применять с осторожностью. Эти переменные более "закрыты" от пользователя, чем опции командной строки, и это может затруднить отладку. По смыслу переменные окружения подобны глобальным переменным, поэтому они могут изменять поведение программы, что порой приводит к неожиданным результатам.

Как вы уже знаете, окружение программы формируется из строк вида имя=значение. Этот массив строк становится доступен программе непосредственно из переменной environ, которая объявляется, как

#include <stdlib.h>

extern char **environ;

Выполните упражнение 4.5.

Далее приведена программа showenv.c, использующая переменную environ для вывода переменных окружения.

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

extern char **environ;

int main() {

 char **env = environ;

 while (*env) {

  printf("%s\n", *env);

  env++;

 }

 exit(0);

}

Когда вы выполните программу в системе Linux, то получите нечто, похожее на следующий вывод, который немного сокращен. Количество, порядок отображения и значения этих переменных зависят от версии операционной системы, применяемой командной оболочки и настроек пользователя в момент выполнения программы.

$ ./showenv

HOSTNAME=tilde.provider.com

LOGNAME=neil

MAIL=/var/spool/mail/neil

TERM=xterm

HOSTTYPE=i386

PATH=/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:

HOME=/usr/neil

LS_OPTIONS=-N --color=tty -T 0

SHELL=/bin/bash

OSTYPE=Linux

...

Как это работает

Для вывода всего окружения программа в цикле обращается к переменной

environ

Программе часто полезно иметь возможность определить время и дату. Возможно, она хочет зарегистрировать длительность собственного выполнения или ей нужно изменять свое поведение в определенные моменты времени. Например, игра может отказываться запускаться в рабочие часы или программа резервного копирования по расписанию хочет дождаться ранних часов, прежде чем начать резервное копирование в автоматическом режиме.

Примечание

Во всех системах UNIX применяется одна и та же точка отсчета времени и дат: полночь по Гринвичу (GMT) на 1 января 1970 г. Это "начало эпохи UNIX", и ОС Linux — не исключение. Время в системе Linux измеряется в секундах, начиная с этого момента времени. Такой способ обработки аналогичен принятому в системе MS-DOS за исключением того, что эпоха MS-DOS началась в 1980 г. В других системах применяют точки отсчета иных эпох.

Время задается с помощью типа

time_t

long integer

Примечание

Не думайте, что для хранения времени достаточно 32 битов. В системах UNIX и Linux, использующих 32-разрядный тип

time_t

, временное значение "будет превышено" в 2038 г. Мы надеемся, что к тому времени системы перейдут на тип

time_t

, содержащий более 32 битов. Недавнее широкое внедрение 64-разрядных процессоров превращает это практически в неизбежность.

#include <time.h>

time_t time(time_t *tloc);

Вы можете найти низкоуровневое значение времени, вызвав функцию

time

tloc

Далее для демонстрации функции time приведена простая программа envtime.c.

#include <time.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int i;

 time_t the_time;

 for (i = 1; i <= 10; i++) {

  the_time = time((time_t *)0);

  printf("The time is %ld\n", the_time);

  sleep(2);

 }

 exit(0);

}

Когда вы запустите программу, она будет выводить низкоуровневое значение времени каждые 2 секунды в течение 20 секунд.

$ ./anytime

The time is 1179643852

The time is 1179643854

The time is 1179643856

The time is 1179643858

The time is 1179643860

The time is 1179643862

The time is 1179643864

The time is 1179643866

The time is 1179643868

The time is 1179643870

Как это работает

Программа вызывает функцию

time

Использование времени и даты в виде количества секунд, прошедших с начала 1970 г., может быть полезно для измерения длительности чего-либо. Вы сможете сосчитать простую разность значений, полученных из двух вызовов функции

time

time_t

difftime

time_t

double

#include <time.h>

double difftime(time_t time1, time_t time2);

Функция

difftime

time

difftime

Для представления времени и даты в более осмысленном (с человеческой точки зрения) виде мы должны преобразовать значение времени в понятные время и дату. Для этого существуют стандартные функции.

Функция

gmtime

#include <time.h>

struct tm *gmtime(const time_t timeval)

В структуре

tm

Таблица 4.2

Диапазон элемента

tm_sec

Выполните упражнение 4.7.

Далее приведена программа gmtime.с, выводящая текущие время и дату с помощью структуры

tm

gmtime

#include <time.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 struct tm *tm_ptr;

 time_t the_time;

 (void)time(&the_time);

 tm_ptr = gmtime(&the_time);

 printf("Raw time is %ld\n", the_time);

 printf("gmtime gives:\n");

 printf("date: %02d/%02d/%02d\n",

tm_ptr->tm_year, tm_ptr->tm_mon+1, tm_ptr->tm_mday);

 printf("time: %02d:%02d:%02d\n",

  tm_ptr->tm_hour, tm_ptr->tm_min, tm_ptr->tm_sec);

 exit(0);

}

Выполнив эту программу, вы получите хорошее соответствие текущим времени и дате:

$ ./gmtime; date

Raw time is 1179644196

gmtime gives:

date: 107/05/20

time: 06:56:36

Sun May 20 07:56:37 BST 2007

Как это работает

Программа вызывает функцию

time

printf

Но здесь у вас возникнет небольшая проблема. Если вы запустите эту программу в часовом поясе, отличном от Greenwich Mean Time (время по Гринвичу) или у вас действует летнее время, как у нас, вы заметите, что время (и, возможно, дата) неправильное. Все дело в том, что функция

gmtime

localtime

#include <time.h>

struct tm *localtime(const time_t *timeval);

Функция

localtime

gmtime

gmtime

gmtime

localtime

Для преобразования разделенной на элементы структуры tm в общее внутреннее значение времени можно применить функцию

mktime

#include <time.h>

time_t mktime(struct tm *timeptr);

Функция

mktime

time_t

Для вывода программой

date

asctime

ctime

#include <time.h>

char *asctime(const struct tm *timeptr);

char *ctime(const time_t *timeval);

Функция

asctime

tm

timeptr

Sun Jun  9 12:34:56 2007\n\0

У нее всегда фиксированный формат длиной 26 символов. Функция

ctime

asctime(localtime(timeval))

Она принимает необработанное машинное значение времени и преобразует его в местное время.

А теперь выполните упражнение 4.8.

В этом примере благодаря приведенному далее программному коду вы увидите функцию

ctime

#include <time.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 time_t timeval;

 (void)time(&timeval);

 printf ("The date is: %s", ctime(&timeval));

 exit(0);

}

Откомпилируйте и затем запустите на выполнение ctime.c, и вы увидите нечто похожее на приведенные далее строки:

$ ./ctime

The date is: Sat Jun 9 08:02:08 2007.

Как это работает

Программа ctime.c вызывает функцию

time

ctime

Для лучшего управления точным форматированием времени и даты ОС Linux и современные UNIX-подобные системы предоставляют функцию

strftime

sprintf

#include <time.h>

size_t strftime(char *s, size_t maxsize, const char *format, struct tm *timeptr);

Функция

strftime

tm

timeptr

s

maxsize

format

printf

Таблица 4.3

Таким образом, обычная дата, такая же, как полученная из программы date, соответствует следующей строке формата функции

strftime

"%a %b %d %Н: %М: %S %Y"

Для облегчения чтения дат можно использовать функцию

strptime

tm

#include <time.h>

char *strptime(const char *buf, const char *format, struct tm *timeptr);

Строка

format

strftime

strptime

sscanf

tm

format

strptime

strftime

strptime

strptime

strftime

strptime

Функция

strptime

tm

Рассмотрим работу функций на примере (упражнение 4.9).

Обратите внимание на выбор спецификаторов преобразований, использованных в следующей программе:

#include <time.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 struct tm *tm_ptr, timestruct;

 time_t the_time;

 char buf[256];

 char *result;

 (void)time(&the_time);

 tm_ptr = localtime(&the_time);

 strftime(buf, 256, "%A %d %B, %I:%S %p", tm_ptr);

 printf("strftime gives: %s\n", buf);

 strcpy(buf, "Thu 26 July 2007, 17:53 will do fine");

 printf("calling strptime with: %s\n", buf);

 tm_ptr = &timestruct;

 result = strptime(buf, "%a %d %b %Y, %R", tm_ptr);

 printf("strptime consumed up to: %s\n", result);

 printf("strptime gives:\n");

 printf ("date: %02d/%02d/%02d\n",

  tm_ptr->tm_year % 100, tm_ptr->tm_mon+1, tm_ptr->tm_mday);

 printf("time: %02d:%02d\n",

  tm_ptr->tm_hour, tm->ptr->tm_min);

 exit(0);

}

Когда вы откомпилируете и выполните программу strftime.c, то получите следующий результат:

$ ./strftime

strftime gives: Saturday 09 June, 08:16 AM

calling strptime with: Thu 26 July 2007, 17:53 will do fine

strptime concurred up to: will do fine

strptime gives:

date: 07/07/26

time: 17:53

Как это работает

Программа strftime получает текущее местное время с помощью вызовов функций

time

localtime

strftime

strptime

%R

strptime

%Н:%M

Важно отметить, что для успешного просмотра даты функции strptime необходима точная строка формата. Обычно она не может точно обработать даты, считываемые из строк, введенных пользователями, до тех пор, пока не будет строго выверен формат.

Возможно, при компиляции программы strftime.c вы получите предупреждение компилятора. Причина в том, что по умолчанию в библиотеке GNU не объявлена функция

strptime

#define _XOPEN_SOURCE

Зачастую программы нуждаются в возможности использования временного хранилища в виде файлов. В них могут храниться промежуточные результаты вычислений, или резервные копии файлов, сделанные перед выполнением критических операций. Например, приложение для работы с базой данных может применять временный файл при удалении записей. В файле собираются элементы базы данных, нуждающиеся в сохранении, и затем в конце процесса временный файл становится новой базой данных, а исходная база данных удаляется.

У столь популярных временных файлов есть скрытый недостаток. Вы должны следить за тем, чтобы приложения выбирали уникальное имя для временного файла. Если это условие не соблюдается, могут возникнуть проблемы. Поскольку ОС Linux — многозадачная система, другая программа может выбрать то же самое имя, и обе будут мешать друг другу.

Уникальное имя файла генерируется с помощью функции

tmpnam

#include <stdio.h>

char *tmpnam(char *s);

Функция

tmpnam

s

NULL

L_tmpnam

tmpnam

TMP_MAX

Если, временный файл предполагается использовать немедленно, вы можете одновременно назвать его и открыть с помощью функции

tmpfile

tmpnam

tmpfile

#include <stdio.h>

FILE* tmpfile(void);

Функция tmpfile возвращает указатель потока, ссылающийся на уникальный временный файл. Файл открыт для чтения и записи (с помощью

fopen

w+

В случае возникновения ошибки

tmpfile

NULL

errno

Давайте посмотрим эти две функции в действии:

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 char tmpname[L_tmpnam];

 char* filename;

 FILE *tmpfp;

 filename = tmpnam(tmpname);

 printf("Temporary file name is: %s\n", filename);

 tmpfp = tmpfile();

 if (tmpfp) printf("Opened a temporary file OK\n");

 else perror("tmpfile");

 exit(0);

}

Когда вы откомпилируете и выполните программу tmpnam.с, то увидите уникальное имя файла, сгенерированное функцией

tmpnam

$ ./tmpnam

Temporary file name is: /tmp/file2S64zc

Opened a temporary file OK

Как это работает

Программа вызывает функцию

tmpnam

tmpfile

tmpnam

В некоторых версиях UNIX предлагается другой способ генерации имен временных файлов — с помощью функций

mktemp

mkstemp

tmpnam

#include <stdlib.h>

char *mktemp(char *template);

int mkstemp(char *template);

Функция mktemp создает уникальное имя файла на основе заданного шаблона

template

template

Х

mktemp

Х

NULL

Функция

mkstemp

tmpfile

mktemp

Примечание

В ваших собственных программах следует всегда применять функции "создать и открыть"

tmpfile

и

mkstemp

вместо функций

tmpnam

и

mktemp

.

Все программы в ОС Linux за исключением программы init, запускаются другими программами или пользователями. В главе 11 вы узнаете больше о взаимодействии выполняющихся программ или процессов. Пользователи чаще всего запускают программы из командной оболочки, реагирующей на их команды. Вы видели, что в программе можно определить собственное окружение, просматривая переменные окружения и читая системные часы. Программа может также выяснить данные о пользователе, применяющем ее.

Когда пользователь регистрируется в системе Linux, у него или у нее есть имя пользователя и пароль. После того как эти данные проверены, пользователю предоставляется командная оболочка. В системе у пользователя также есть уникальный идентификатор пользователя, называемый UID (user identifier). Каждая программа, выполняемая Linux, запускается от имени пользователя и имеет связанный с ней UID.

Вы можете настроить выполнение программ так, как будто они запускаются другим пользователем. Если у программы есть свой набор прав доступа для UID, она будет выполняться от имени владельца исполняемого файла. Когда выполнена команда su, программа действует так, как будто она запущена суперпользователем. Затем она проверяет право доступа пользователя, изменяет UID на идентификатор назначенной учетной записи и запускает регистрационную командную оболочку данной учетной записи. Этот прием позволяет программе выполняться от имени другого пользователя и часто используется системными администраторами для выполнения задач технического обслуживания системы.

Поскольку UID — это ключевой параметр для идентификации пользователя, начнем с него.

У UID есть свои тип

uid_t

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

uid_t getuid (void);

char *getlogin(void);

Функция

getuid

Функция

getlogin

Системный файл /etc/passwd содержит базу данных, имеющую дело с учетными записями пользователей. Он состоит из строк по одной на каждого пользователя, в каждую строку включены имя пользователя, зашифрованный пароль, идентификатор пользователя (UID), идентификатор группы (GID), полное имя, исходный каталог и командная оболочка, запускаемая по умолчанию. Далее приведен пример такой строки:

neil:zBqxfqedfpk:500:100:Neil Matthew:/home/neil:/bin/bash

Если вы пишете программу, которая определяет UID пользователя, запустившего ее, то можете расширить ее возможности и заглянуть в файл passwd для выяснения регистрационного имени пользователя и его полного имени. Мы не рекомендуем делать это, потому что современные UNIX-подобные системы уходят от применения файлов учетных записей пользователей для повышения безопасности системы. Многие системы, включая Linux, имеют возможность использовать файлы теневых паролей (shadow password), совсем не содержащие пригодной информации о зашифрованных паролях (она часто хранится в файле /etc/shadow, которые обычные пользователи не могут читать). По этой причине определен ряд функций для предоставления эффективного программного интерфейса, позволяющего получать эту пользовательскую информацию.

#include <sys/types.h>

#include <pwd.h>

struct passwd *getpwuid(uid_t uid);

struct passwd *getpwnam(const char *name);

Структура базы данных учетных записей пользователей

passwd

Таблица 4.4

В некоторых системах UNIX может использоваться другое имя для поля с полным именем пользователя: в одних системах это

pw_gecos

pw_comment

getpwuid

getpwnam

passwd

getpwuid

getpwnam

errno

Выполните упражнение 4.11.

В этом упражнении показана программа user.c, извлекающая некоторую информацию о пользователе из базы данных учетных записей.

#include <sys/types.h>

#include <pwd.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 uid_t uid;

 gid_t gid;

 struct passwd *pw;

 uid = getuid();

 gid = getgid();

 printf("User is %s\n", getlogin());

 printf("User IDs: uid=%d, gid=%d\n", uid, gid);

 pw = getpwuid(uid);

 printf(

  "UID passwd entry:\n name=%s, uid=%d, gid=%d, home=%s, shell=%s\n",

  pw->pw_name, pw->pw_uid, pw->pw_gid, pw->pw_dir, pw->pw_shell);

 pw = getpwnam("root");

 printf("root passwd entry:\n");

 printf("name=%s, uid=%d, gid=%d, home=%s, shell=%s\n",

  pw->pw_name, pw->pw_uid, pw->pw_gid, pw->pw_dir, pw->pw_shell);

 exit(0);

}

Программа предоставит следующий вывод, который может слегка отличаться в разных версиях Linux и UNIX:

$ ./user

User is neil

User IDs: uid=1000, gid=100

UID passwd entry:

name=neil, uid=1000, gid=100, home=/home/neil, shell=/bin/bash

root passwd entry:

name=root, uid=0, gid=0, home=/root, shell=/bin/bash

Как это работает

Эта программа вызывает функцию

getuid

getpwuid

getpwnam

root

В исходном коде Linux вы сможете найти в команде

id

getuid

Для просмотра всех данных файла учетных записей пользователей можно воспользоваться функцией

getpwent

#include <pwd.h>

#include <sys/types.h>

void endpwent(void);

struct passwd *getpwent(void);

void setpwent(void);

Функция

getpwent

endpwent

setpwent

getpwent

opendir

readdir

closedir

Идентификаторы пользователя и группы (эффективный или действующий и реальный) можно получить с помощью других реже используемых функций:

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

uid_t geteuid(void);

gid_t getgid(void);

gid_t getegid(void);

int setuid(uid_t uid);

int setgid(gid_t gid);

Подробную информацию об идентификаторах группы и эффективных идентификаторах пользователей следует искать на страницах интерактивного справочного руководства системы, хотя, быть может, вы решите, что вам вообще не следует манипулировать ими.

Примечание

Только суперпользователь может вызывать функции

setuid

и

setgid

.

Программа может установить некоторые подробные сведения о компьютере, на котором выполняется, так же, как она определяет информацию о пользователе. Подобную информацию предоставляет команда

uname

man 2 uname

Сведения о рабочем компьютере могут оказаться полезными в ряде ситуаций. Вы можете захотеть настроить поведение программы в зависимости от сетевого имени машины, на которой она выполняется, скажем, на студенческом компьютере или машине администратора. Для соблюдения лицензионных соглашений вам может потребоваться ограничить выполнение программы одной машиной. Все это означает, что вам нужен способ определения компьютера, на котором выполняется программа.

Если в системе установлены сетевые компоненты, вы очень легко можете получить сетевое имя компьютера с помощью функции

gethostname

#include <unistd.h>

int gethostname(char *name, size_t namelen);

Эта функция записывает сетевое имя машины в строку

name

namelen

gethostname

Более подробную информацию о рабочем компьютере можно получить с помощью системного вызова

uname

#include <sys/utsname.h>

int uname(struct utsname *name);

Функция uname записывает информацию о компьютере в структуру, на которую указывает параметр name. Структура типа utsname, определенная в файле sys/utsname.h, обязательно должна включать элементы, перечисленные в табл. 4.5.

Таблица 4.5

В случае успешного завершения функция

uname

errno

Выполните упражнение 4.12.

Далее приведена программа hostget.c, извлекающая некоторые сведения о рабочем компьютере.

#include <sys/utsname.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 char computer[256];

 struct utsname uts;

 if (gethostname(computer, 255) != 0 || uname(&uts) < 0) {

  fprintf(stderr, "Could not get host information\n");

  exit(1);

 }

 printf("Computer host name is %s\n", computer);

 printf("System is %s on %s hardware\n", uts.sysname, uts.machine);

 printf("Nodename is %s\n", uts.nodename);

 printf("Version is %s, %s\n", uts.release, uts.version);

 exit(0);

}

Она отобразит следующие зависящие от ОС Linux данные. Если ваша машина включена в сеть, то вы увидите расширенное имя компьютера, включающее обозначение сети:

$ ./hostget

Computer host name is suse103

System is Linux on i686 hardware

Nodename is suse103

Version is 2.6.20.2-2-default, #1 SMP Fri Mar 9 21:54:10 UTC 2007

Как это работает

Эта программа вызывает функцию

gethostname

suse103

uname

Примечание

Другой пример применения функции

uname

вы можете найти в исходном коде Linux для команды

uname

, которая использует эту функцию.

Уникальный идентификатор каждого рабочего компьютера можно получить с помощью функции

gethostid

#include <unistd.h>

long gethostid(void);

Функция

gethostid

Многие приложения нуждаются в регистрации своей деятельности. Системные программы очень часто выводят сообщения на консоль или записывают их в регистрационный системный журнал. В этих сообщениях могут регистрироваться ошибки, предупреждения или более общая информация о состоянии системы. Например, программа su может зафиксировать тот факт, что пользователь пытался получить привилегии супер пользователя и потерпел неудачу.

Очень часто зарегистрированные сообщения записываются в системные файлы в каталоге, предоставляемом для этой цели. Это может быть каталог /usr/admor/var/log. При типичной установке ОС Linux все системные сообщения содержатся в файле /var/log/messages, в файл /var/log/mail включены другие регистрируемые сообщения от почтовой системы, а в файле /var/log/debug могут храниться отладочные сообщения. Проверить конфигурацию своей системы можно в файле /etc/syslog.conf или /etc/syslog-ng/syslog-ng.conf в зависимости от версии Linux.

Далее приведены некоторые примеры зарегистрированных сообщений.

Mar 2 6 18:25:51 suse103 ifstatus: eth0 device: Advanced Micro Devices [AMD] 79c970 [PCnet32 LANCE] (rev 10)

Mar 26 18:25:51 suse103 ifstatus: eth0 configuration: eth-id-00:0c:29:0e:91:72

...

May 20 06:56:56 suse103 SuSEfirewall2: Setting up rules from /etc/sysconfig/SuSEfirewall2

...

May 20 06:56:57 suse103 SuSEfirewall2: batch committing

...

May 20 06:56:57 suse103 SuSEfirewall2: Firewall rules successfully set

...

Jun 9 09:11:14 suse103 su: (to root) neil on /dev/pts/18 09:50:35

В этом выводе показаны виды регистрируемых сообщений. Несколько первых отправлены непосредственно ядром Linux во время его загрузки и обнаружения установленного оборудования. Брандмауэр сообщает о своей перенастройке. И наконец, программа

su

Примечание

Для просмотра регистрируемых сообщений вы можете запросить права суперпользователя.

Некоторые системы UNIX не предоставляют файлов с удобными для чтения сообщениями, но они снабжают администраторов средствами для чтения базы данных системных событий. См. подробности в системной документации.

Несмотря на то, что формат и хранение системных сообщений могут отличаться, метод формирования сообщений стандартный. В спецификации UNIX представлен доступный всем программам интерфейс формирования регистрируемых сообщений с помощью функции

syslog

#include <syslog.h>

void syslog(int priority, const char *message, arguments...);

Функция syslog посылает регистрируемое сообщение средству ведения системного журнала (logging facility). У каждого сообщения есть аргумент

priority

OR

Типы программ (из файла syslog.h) включают константу

LOG_USER

LOG_LOCAL0

LOG_LOCAL1

LOG_LOCAL7

В табл. 4.6 перечислены степени важности сообщений в порядке убывания приоритета.

Таблица 4.6

В зависимости от настройки системы сообщения типа

LOG_EMER

LOG_ALERT

LOG_DEBUG

syslog

У сообщения, создаваемого

syslog

message

syslog

format

printf

syslog

printf

message

%m

errno

Выполните упражнение 4.13.

В этой программе осуществляется попытка открыть несуществующий файл.

#include <syslog.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 FILE *f;

 f = fopen("not_here", "r");

 if (!f) syslog(LOG_ERR|LOG_USER, "oops - %m\n");

 exit(0);

}

Когда вы откомпилируете и выполните программу syslog.с, то не увидите никакого вывода, но в конце файла /var/log/messages теперь содержится следующая строка:

Jun 9 09:24:50 suse103 syslog: oops — No such file or directory

Как это работает

В данной программе вы пытаетесь открыть файл, которого нет. Когда попытка заканчивается неудачно, вы вызываете функцию

syslog

Обратите внимание на то, что регистрируемое сообщение не указывает, какая программа вызвала средство регистрации; оно просто констатирует тот факт, что была вызвана функция

syslog

%m

В файле syslog.h определены и другие функции, применяемые для изменения поведения средств ведения системных журналов.

К ним относятся следующие функции:

#include <syslog.h> void closelog(void);

void openlog(const char *ident, int logopt, int facility);

int setlogmask(int maskpri);

Вы можете изменить способ представления ваших регистрируемых сообщений, вызвав функцию

openlog

ident

facility

syslog

LOG_USER

logopt

syslog

OR

Таблица 4.7

Функция

openlog

closelog

openlog

syslog

Вы можете управлять приоритетом регистрируемых вами сообщений с помощью установки маски регистрации, используя функцию

setlogmask

syslog

LOG_DEBUG

Вы можете создать маску для регистрируемых сообщений, используя значение

LOG_MASK(priority)

LOG_UPTO(priority)

Выполните упражнение 4.14.

В этом примере вы увидите

logmask

#include <syslog.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

 int logmask;

 openlog("logmask", LOG_PID|LOG_CONS, LOG_USER);

 syslog(LOG_INFO, "informative message, pid = %d", getpid());

 syslog(LOG_DEBUG, "debug message, should appear");

 logmask = setlogmask(LOG_UPTO(LOG_NOTICE));

 syslog(LOG_DEBUG, "debug message, should not appear");

exit(0);

}

Программа logmask.c ничего не выводит, но в типичной системе Linux вы увидите в файле /var/log/messages, ближе к концу, следующую строку:

Jun 9 09:28:52 suse103 logmask[19339] : informative message, pid = 19339

Файл, настроенный на получение регистрируемых сообщений об отладке (в зависимости от настройки регистрации, это чаще всего файл /var/log/debug или иногда файл /var/log/messages), должен содержать следующую строку:

Jun 9 09:28:52 susel03 logmask[19339]: debug message, should appear

Как это работает

Программа инициализирует средство ведения системного журнала, названное logmask, и запрашивает включение идентификатора процесса в регистрируемые сообщения. Информирующее сообщение записывается в файл /var/log/messages, а отладочное сообщение — в файл /var/log/debug. Второе отладочное сообщение не появляется, потому что вы вызвали функцию

setlogmask

LOG_NOTICE

Если в установленную у вас систему не включена регистрация отладочных сообщений или она настроена иначе, отладочные сообщения могут не появляться. Для разблокирования всех отладочных сообщений и для получения подробностей настройки см. системную документацию, посвященную функции

syslog

syslog-ng

Программа logmask.c также использует функцию

getpid

getppid

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);pid_t getppid(void);

Функции возвращают идентификаторы вызвавшего и родительского процессов. Дополнительную информацию об идентификаторах процессов (PID) см. в главе 11.

Программы, выполняющиеся в системе Linux, зависят от ограниченности ресурсов. Это могут быть физические ограничения, накладываемые оборудованием (например, памятью), ограничения, связанные с системной политикой (например, разрешенное время процессора) или ограничения реализации (такие как размер типа

integer

В заголовочном файле limits.h определены многие именованные константы, представляющие ограничения, налагаемые операционной системой (табл. 4.8).

Таблица 4.8

Существует множество других ограничений, полезных приложению, поэтому следует ознакомиться с заголовочными файлами установленной у вас версии системы.

Примечание

Имейте в виду, что константа

NAME_MAX

зависит от файловой системы. Для разработки легко переносимого кода следует применять функцию pathconf. Дополнительную информацию о ней см. на страницах интерактивного справочного руководства.

В заголовочном файле sys/resource.h представлены определения операций над ресурсами. К ним относятся функции для считывания и установки предельных значений для разрешенного размера программы, приоритета выполнения и файловых ресурсов.

#include <sys/resource.h>

int getpriority(int which, id_t who);

int setpriority(int which, id_t who, int priority);

int getrlimit(int resource, struct rlimit *r_limit);

int setrlimit(int resource, const struct rlimit *r_limit);

int getrusage(int who, struct rusage *r_usage);

Здесь

id_t

rusage

Таблица 4.9

Структура

timeval

tv_sec

tv_usec

Время ЦП, потребляемое программой, делится на время пользователя (время, затраченное самой программой на выполнение собственных инструкций) и системное время (время ЦП, потребляемое операционной системой в интересах программы, т.е. время, затраченное на системные вызовы, выполняющие ввод и вывод или другие системные функции).

Функция

getrusage

rusage

r_usage

who

Таблица 4.10

Мы будем обсуждать дочерние процессы и приоритеты задач в главе 11, но для полноты картины мы здесь упоминаем об их причастности к потреблению системных ресурсов. Пока достаточно сказать, что у каждой выполняющейся программы есть ассоциированный с ней приоритет, и чем выше приоритет программы, тем больше ей выделяется доступного времени ЦП.

Примечание

Обычные пользователи могут только снижать приоритеты своих программ, а не повышать их.

Приложения могут определять и изменять свои (и чужие) приоритеты с помощью функций

getpriority

setpriority

which

who

Таблица 4.11

Итак, для определения приоритета текущего процесса вы можете выполнить следующий вызов:

priority = getpriority(PRIO_PROCESS, getpid());

Функция

setpriority

По умолчанию приоритет равен 0. Положительные значения приоритета применяются для фоновых задач, которые выполняются, только когда нет задачи с более высоким приоритетом, готовой к выполнению. Отрицательные значения приоритета заставляют программу работать интенсивнее, выделяя большие доли доступного времени ЦП. Диапазон допустимых приоритетов — от -20 до +20. Часто это приводит к путанице, поскольку, чем выше числовое значение, тем ниже приоритет выполнения.

Функция

getpriority

errno

errno

getpriority

setpriority

Предельные величины, заданные для системных ресурсов, можно прочитать и установить с помощью функций

getrlimit

setrlimit

rlimit

Таблица 4.12

Определенный выше тип

rlim_t

SIGXCPU

SIGSEGV

Ограничить можно ряд системных ресурсов. Эти ограничения описаны в параметре

resource

rlimit

Таблица 4.13

В упражнении 4.15 показана программа limits.c, имитирующая типичное приложение. Она также задает и нарушает ограничения ресурсов.

1. Включите заголовочные файлы для всех функций, которые вы собираетесь применять в данной программе:

#include <sys/types.h> \

#include <sys/resource.h>

#include <sys/time.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

2. Функция типа

void

void work() {

 FILE *f;

 int i;

 double x = 4.5;

 f = tmpfile();

 for (i = 0; i < 10000; i++) {

  fprintf(f, "Do some output\n");

  if (ferror(f)) {

   fprintf(stderr, "Error writing to temporary file\n");

   exit(1);

  }

 }

 for (i = 0; i < 1000000; i++) x = log(x*x + 3.21);

}

3. Функция

main

work

work

int main() {

 struct rusage r_usage;

 struct rlimit r_limit;

 int priority;

 work();

 getrusage(RUSAGE_SELF, &r_usage);

 printf("CPU usage: User = %ld.%06ld, System = %ld.%06ld\n",

  r_usage.ru_utime.tvsec, rusage.ru_utime.tv_usec,

  r_usage.ru_stime.tv_sec, r_usage.ru_stime.tv_usec);

4. Далее она вызывает функции

getpriority

getrlimit

 priority = getpriority(PRIO_PROCESS, getpid());

 printf("Current priority = %d\n", priority);

 getrlimit(RLIMIT_FSIZE, &r_limit);

 printf("Current FSIZE limit: soft = %ld, hard = %ld\n",

  r_limi t.rlim_cur, r_limit.rlim_max);

5. В заключение задайте ограничение размера файла с помощью функции

setrlimit

work

 r_limit.rlim_cur = 2048;

 r_limit.rlim_max = 4096;

 printf("Setting a 2K file size limit\n");

 setrlimit(RLIMIT_FS1ZE, &r_limit);

 work();

 exit(0);

}

Выполнив эту программу, вы сможете увидеть, сколько затрачено времени ЦП, и текущий приоритет, с которым программа выполняется. После того как будет задан предельный размер файла, программа не сможет записать во временный файл более 2048 байтов.

$ cc -о limits limits.с -lm

$ ./limits

CPU usage: User = 0.140008, System = 0.020001

Current priority = 0

Current FSIZE limit: soft = -1, hard = -1

Setting a 2K file size limit

File size limit exceeded

Вы можете изменить приоритет программы, запустив ее с помощью команды

nice

$ nice ./limits

CPU usage: User = 0.152009, System = 0.020001

Current priority = 10

Current FSIZE limit: soft = -1, hard = -1 

Setting a 2K file size limit

File size limit exceeded

Как это работает

Программа limits вызывает функцию

work

work

Примечание

Ограничения можно также наложить на программу, выполняющуюся в отдельной командной оболочке с помощью команды

ulimit

оболочки bash.

В приведенном примере сообщение об ошибке "Error writing to temporary file" ("Ошибка записи во временный файл") не выводится. Это происходит потому, что некоторые системы (например, Linux 2.2 и более поздние версии) завершают выполнение программы при превышении ограничения ресурса. Делается это с помощью отправки сигнала

SIGXFSZ

В этой главе вы посмотрели на окружение системы Linux и познакомились с условиями выполнения программ. Вы узнали об аргументах командной строки и переменных окружения — и те, и другие могут применяться для изменения стандартного поведения программы и предоставляют подходящие программные опции.

Вы увидели, как программа может воспользоваться библиотечными функциями для обработки значений даты и времени и получить сведения о себе, пользователе и компьютере, на котором она выполняется.

Программы в ОС Linux, как правило, должны совместно использовать дорогостоящие ресурсы, поэтому в данной главе рассматриваются способы определения имеющихся ресурсов и управления ими.