Возможности и мощь: программы GNU

 

Ограничив себя лишь оригинальным кодом Unix, можно было бы получить интересную историческую книгу, но она была бы не очень полезна в XXI веке. Современные программы не имеют тех же ограничений (памяти, мощности процессора, дискового пространства и скорости), которые были у ранних систем Unix. Более того, они должны работать в многоязычном мире – ASCII и американского английского недостаточно.

Что еще важнее, одной из главных свобод, выдвинутых явным образом Фондом бесплатных программ (Free Software Foundation) и проектом GNU[5], является «свобода обучения». Программы GNU предназначены для обеспечения большого собрания хорошо написанных программ, которые программисты среднего уровня могут использовать а качестве источника для своего обучения.

Используя программы GNU, мы преследуем две цели: показать вам хорошо написанный современный код, на котором вы будете учиться писать хорошие программы, а также использовать API.

Мы считаем, что программное обеспечение GNU лучше, поскольку оно свободно (в смысле «свободы», а не «бесплатного пива»)[6]. Но признается также, что программное обеспечение GNU часто также технически лучше соответствующих двойников в Unix, и мы уделили место в разделе 1.4 «Почему программы GNU лучше», чтобы это объяснить

Часть примеров кода GNU происходит из (GNU). Главной причиной этого является то, что это программа, с которой мы очень знакомы, поэтому было просто отобрать оттуда примеры. У нас нет относительно нее других притязаний.

 

Обзор глав

 

Вождение автомобиля целостный процесс, включающий множество одновременных задач. Во многих отношениях программирование по Linux похоже на это, требуя понимания многих аспектов API, таких, как файловый ввод/вывод, метаданные файлов, каталоги, хранение сведений о времени и т.д.

В первой части книги рассматривается достаточное количество этих отдельных элементов, чтобы дать возможность изучить первую значительную программу, V7 ls. Затем мы завершим наше обсуждение файлов и пользователей, рассмотрев иерархии файлов и принципы работы файловых систем и их использование.

Глава 1, «Введение»,

описывает модели файлов и процессов Unix и Linux, рассматривает отличия оригинального С от стандартного С 1990 г., а также предоставляет обзор принципов, которые делают программы GNU в целом лучшими по сравнению со стандартными программами Unix.

Глава 2, «Аргументы, опции и переменные окружения»,

описывает, как С программа получает доступ к аргументам и опциям командной строки и обрабатывает их, а также объясняет, как работать с переменными окружения.

Глава 3, «Управление памятью на уровне пользователя»,

предоставляет обзор различных видов используемой памяти, доступной работающему процессу. Управление памятью на уровне пользователя является основным для каждого нетривиального приложения, поэтому важно понять это с самого начала.

Глава 4, «Файлы и файловый ввод/вывод»,

обсуждает базовый файловый ввод/вывод, показывая, как создавать и использовать файлы. Понимание этого важно для всего последующего материала.

Глава 5, «Каталоги и служебные данные файлов»,

описывает, как работают каталоги, прямые и символические ссылки. Затем описываются служебные данные файлов, такие, как владелец, права доступа и т.д., а также освещается работа с каталогами

Глава 6, «Общие библиотечные интерфейсы – часть 1»,

рассматривает первый набор интерфейсов общего программирования, которые будут нам нужны для эффективного использования служебных данных файлов.

Глава 7, «Соединяя все вместе: ls»,

связывает воедино все рассмотренное до сих пор, рассматривая программу V7.

Глава 8, «Файловые системы и обходы каталогов»,

описывает, как монтируются и демонтируются файловые системы и как программа может получить сведения о том, что смонтировано в системе. В главе описывается также, как программа может легко «обойти» всю иерархию файлов, предпринимая а отношении каждого встреченного объекта необходимые действия.

Вторая часть книги имеет дело с созданием и управлением процессами, межпроцессным взаимодействием посредством каналов и сигнала, ID пользователей и групп и дополнительными интерфейсами общего программирования. Далее в книге сначала описываются интернационализация с использованием GNU, а затем несколько расширенных API.

Глава 9, «Управление процессами и каналы»,

рассматривает создание процесса, исполнение программы, межпроцессное взаимодействие (IPC) с использованием каналов и управление дескрипторами файлов, включая неблокирующий ввод/вывод.

Глава 10, «Сигналы»,

обсуждает сигналы, упрощенную форму межпроцессного взаимодействия. Сигналы играют также важную роль а управлении родительским процессом порожденных процессов.

Глава 11, «Права доступа и ID пользователей и групп»,

рассматривает, как идентифицируются процессы и файлы, как работает проверка прав доступа и как работают механизмы и.

Глава 12, «Общие библиотечные интерфейсы – часть 2»,

рассматривает оставшуюся часть общих API; многие из них более специализированы, чем первый общий набор API.

Глава 13, «Интернационализация и локализация»,

объясняет, как почти без усилий обеспечить работу ваших программ на нескольких языках.

Глава 14, «Расширенные интерфейсы»,

описывает несколько расширенных версий интерфейсов, освещенных в предыдущих главах, а также более подробно освещает блокировку файлов.

Мы завершаем книгу главой об отладке, поскольку (почти) никто не может сделать все правильно с первого раза, и рекомендуем финальный проект для закрепления ваших знаний по рассмотренным в данной книге API.

Глава 15, «Отладка»,

описывает основы отладчика GDB, передает как можно больше нашего опыта в этой области и рассматривает несколько полезных инструментов для осуществления различных видов отладки.

Глава 16, «Проект, связывающий все воедино»,

представляет значительный проект по программированию, который использует почти все, рассмотренное в книге.

Несколько приложений освещают представляющие интерес темы, включая лицензии для использованного в данной книге исходного коде.

Приложение А, «Научитесь программированию за десять лет»,

ссылается на знаменитое высказывание: «Москва не сразу строилась»[7]. Также и квалификация в Linux/Unix и понимание этих систем приходит лишь со временем и практикой. С этой целью мы включили это эссе Петера Норвига, которое мы горячо рекомендуем.

Приложение В, «Лицензия Caldera для старой Unix»,

охватывает исходный код Unix, использованный в данной книге.

Приложение С, «Общедоступная лицензия GNU»,

охватывает исходный код GNU, использованный в данной книге.

 

Соглашения об обозначениях

 

Как и в любой книге на компьютерную тему, для передачи информации мы используем определенные соглашения об обозначениях. Определения или первое использование термина выделяется курсивом, как слово «Определения» в начале этого предложения. Курсив используется также для выделения, для цитирования других работ и комментариев в примерах. Переменные элементы, такие, как аргументы или имена файлов, выглядят таким образом. Иногда мы используем жирный шрифт, когда нужно усилить мысль.

Вещи, находящиеся на компьютере, обозначаются моноширинными шрифтом, как в случае имен файлов () и названий команд (,). Короткие фрагменты, которые вы вводите, дополнительно заключаются в одинарные кавычки: ''

 и являются первичным и вторичным приглашениями оболочки Борна и используются при отображении интерактивных примеров. Ввод пользователя выделяется другим шрифтом от обычного вывода компьютера в примерах. Примеры выглядят следующим образом:

ls ‑1

 

Мы предпочитаем оболочку Борна и ее варианты (ksh93, Bash) по сравнению с оболочкой С; соответственно на всех наших примерах показана лишь оболочка Борна. Знайте, что правила применения кавычек и переноса на следующую строку в оболочке С другие; если вы используете ее, то на свой страх и риск![8]

При ссылках на функции в программах мы добавляем к имени функции пустую пару скобок:,. При ссылке на справочную страницу (доступную по команде man), мы следуем стандартному соглашению Unix по написанию имени команды или функции курсивом, а раздела – в скобках после имени обычным шрифтом: awk (1), printf (3)[9].

 

Где получить исходные коды Unix и GNU

 

Вы можете захотеть получить копни программ, которые мы использовали в данной книге, для своих собственных экспериментов и просмотра. Весь исходный код доступен через Интернет, а ваш дистрибутив GNU/Linux содержит исходный код для инструментов GNU.

 

Код Unix

 

Архивы различных «древних» версий Unix поддерживаются Обществом наследства UNIX (The UNIX Heritage Society – TUHS),.

Наибольший интерес представляет возможность просматривать архив старых исходных кодов Unix через веб. Начните с. Все примеры кода в данной книге из седьмого издания исследовательской системы UNIX, известной также как «V7».

Сайт TUHS физически расположен в Австралии, хотя имеются зеркала архива по всему миру – см.. Эта страница также указывает, что архив доступен для зеркала через. (Если у вас нет, см.: это стандартная утилита на системах GNU/Linux.)

Чтобы скопировать весь архив, потребуется примерно 2‑3 гигабайта дискового пространства. Для копирования архива создайте пустой каталог, а в нем выполните следующие команды:

 

 

Вы можете пропустить копирование каталога, который содержит извлечения из нескольких версий Unix и занимает на диске около 700 мегабайт.

В рассылке TUHS можно также поинтересоваться, нет ли поблизости от вас кого‑нибудь, кто мог бы предоставить вам архив на CD‑ROM, чтобы избежать пересылки по Интернету такого большого количества данных.

Группа в Southern Storm Software, Pty. Ltd. в Австралии «модернизировала» часть кода уровня пользователя V7, так что его можно откомпилировать и запустить на современных системах, особенно на GNU/Linux. Этот код можно загрузить с их веб‑сайта[10].

Интересно отметить, что код V7 не содержит в себе каких‑либо уведомлений об авторских правах или разрешениях. Авторы писали код главным образом для себя и своего исследования, оставив проблемы разрешений отделу корпоративного лицензирования AT&T.

 

Код GNU

 

Если вы используете GNU/Linux, ваш дистрибутив поступит с исходным кодом, предположительно в формате, используемом для упаковки (файлы RPM Red Hat, файлы DEB Debian, файлы Slackware и т.д.) Многие примеры в книге взяты из GNU Coreutils, версия 5.0. Найдите соответствующий CD‑ROM для своего дистрибутива GNU/Linux и используйте для извлечения кода соответствующий инструмент. Или следуйте для получения кода инструкциям в следующих нескольких абзацах.

Если вы предпочитаете самостоятельно получать файлы из ftp‑сайта GNU, вы найдете его по адресу:.

Для получения файла можно использовать утилиту:

wget ftp://ftp.gnu.org/ena/coreutils/coreuitils‑5.0.tar.gz

 

 

В качестве альтернативы можно использовать для получения файла старый добрый:

Ftp ftp.gnu.org

 

 

Anonymous

 

 

Cd /gnu/coreutils

 

Bin

 

Hash

 

get coreutils‑5.0.tar.gz

 

Quit

 

Получив файл, извлеките его следующим образом:

gzip ‑dc < coreutils‑5.0.tar.gz | tar ‑xvpf ‑

 

Системы, использующие GNU tar, могут использовать следующее заклинание:

tar ‑xvpzf coreutils‑5.0.tar.gz

 

В соответствии с общедоступной лицензией GNU, вот сведения об авторских правах для всех GNU программ, процитированных в данной книге. Все программы являются «свободным программным обеспечением; вы можете распространять их и/или модифицировать на условиях общедоступной лицензии GNU в изданном Фондом бесплатных программ виде; либо версии 2 лицензии, либо (по вашему выбору) любой последующей версии». Текст общедоступной лицензии GNU см. в приложении С «Общедоступная лицензия GNU».

 

Файл Coreutils 5.0	Даты авторского права
	© 1993‑1994, 1998, 2002
	© 2002
	© 1998, 2001‑2002
	© 2001
	© 1988‑1991, 1995‑2003
	© 1986, 1991‑2003
	© 1989‑1991, 1995‑2002
	© 2001‑2002
	© 1985, 1988, 1990, 1991, 1995‑2003
	© 1991‑2003
	© 1988, 1991‑2002
	© 1997‑2003
	© 1985, 1991, 1995‑2002
Файл Gawk 3.0.6	Даты авторского права
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑2000
Файл Gawk 3.1.3	Даты авторского права
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑2003
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑2003
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑2003
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑2003
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑2003
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑1998, 2001‑2003
Файл Gawk 3.1.4	Даты авторского права
	© 1986, 1988, 1989, 1991‑2004
Файл GLIBC 23.2	Даты авторского права
	© 1991, 1992, 1995‑2002
	© 1991‑2003
	© 1991‑1994, 1996‑2003
Файл Make 3.80	Даты авторского права
	© 1988‑1997, 2002

 

Где получить примеры программ, использованные в данной книге

 

Примеры программ, использованные в данной книге, можно найти по адресу:.

 

Об обложке

 

«Это оружие Джедая …, элегантное оружие для более цивилизованной эпохи. На протяжении тысяч поколений Рыцари Джедай были защитниками мира и справедливости в Старой Республике. От мрачных времен, до Империи».

‑ Оби‑Ван Кеноби ‑

 

Возможно, вы удивляетесь, почему мы поместили на обложке легкую саблю и использовали ее во внутреннем оформлении книги. Что она представляет и какое она имеет отношение к программированию под Linux?

В руках Рыцаря Джедай легкая сабля является и мощным оружием, и предметом красоты. Ее использование демонстрирует мощь, знание, контроль над Силой и напряженное обучение для владеющего им Джедая.

Элегантность легкой сабли отражает элегантность оригинального дизайна Unix API. Там также обдуманное, точное использование API и программных инструментов и принципов проектирования GNU привело к сегодняшним мощным, гибким, развитым системам GNU/Linux. Эта система демонстрирует знание и понимание программистов, создавших все их компоненты.

И конечно, легкие сабли – это просто круто!

 

Благодарности

 

Написание книги требует большого количества работы, а чтобы сделать это хорошо, нужна помощь от многих людей. Д‑р Brian W. Kernighan, д‑р Doug McIlroy, Peter Memishian и Peter van der Linden сделали рецензию первоначального предложения. David J. Agans, Fred Fish, Don Marti, Jim Meyering, Peter Norvig и Julian Seward достали разрешения на воспроизведение различных элементов, процитированных по всей книге. Спасибо Geoff Collyer, Ulrich Drepper, Yosef Gold, д‑ру C.A.R. (Tony) Hoare, д‑ру Manny Lehman, Jim Meyering, д‑ру Dennis M. Ritchie, Julian Seward, Henry Spencer и д‑ру Wladyslaw M. Turski за предоставление множества полезной общей информации. Спасибо также другим членам группы GNITS. Karl Berry, Akim DeMaille, Ulrich Drepper, Greg McGary, Jim Meyering, Francois Pinard и Tom Tromey, которые предоставили полезную обратную связь относительно хорошей практики программирования. Karl Berry, Alper Ersoy и д‑р Nelson H.F. Beebe предоставили ценную техническую помощь по Texinfo и DocBook/XML.

Хорошие технические обзоры не только гарантируют, что автор использует правильные факты, они также гарантируют, что он тщательно обдумывает свое представление. Д‑р Nelson H.F. Beebe, Geoff Collyer, Russ Cox, Ulrich Drepper, Randy Lechlitner, д‑р Brian W. Kernighan, Peter Memishian, Jim Meyering, Chet Ramey и Louis Taber работали в качестве технических рецензентов для всей книги. Д‑р Michael Brennan предоставил полезные комментарии для главы 15. Их рецензии принесли пользу как содержанию, так и многим примерам программ. Настоящим я благодарю их всех. Как обычно говорят в таких случаях большинство авторов, «все оставшиеся ошибки мои».

Я особенно хотел бы поблагодарить Mark Taub из Pearson Education за инициирование этого проекта, за его энтузиазм для этой серии и за его помощь и советы по мере прохождения книги через различные ее стадии. Anthony Gemmellaro сделал феноменальную работу по реализации моей идеи для обложки, а внутренний дизайн Gail Cocker великолепен. Faye Gemmellaro сделал процесс производства вместо рутины приятным. Dmitry Kirsanov и Alina Kirsanova сделали рисунки, макеты страниц и предметный указатель; работать с ними было одно удовольствие.

Наконец, моя глубочайшая благодарность жене Мириам за ее поддержку и ободрение во время написания книги.

 

Арнольд Роббинс

Nof Ayalon

ИЗРАИЛЬ

 

 

Часть 1

Файлы и пользователи

 

Глава 1

Введение

 

Если есть одна фраза, резюмирующая важнейшие понятия GNU/Linux (а следовательно, и Unix), это «файлы и процессы». В данной главе мы рассмотрим модели файлов и процессов в Linux. Их важно понять, потому что почти все системные вызовы имеют отношение к изменению какого‑либо атрибута или части состояния файла или процесса.

Далее, поскольку мы будем изучать код в обеих стилях, мы кратко рассмотрим главные различия между стандартным С 1990 г. и первоначальным С. Наконец, мы довольно подробно обсудим то, что делает GNU‑программы «лучше» – принципы программирования, использование которых в коде мы увидим.

В данной главе содержится ряд умышленных упрощений. Детали в подробностях будут освещены по мере продвижения по книге. Если вы уже являетесь специалистом в Linux, пожалуйста, простите нас