Основные понятия
В стандарте POSIX-2001 предусмотрены две основные группы функций, обслуживающие операции ввода/вывода:
- функции нижнего уровня, использующие упоминавшиеся ранее целочисленные файловые дескрипторы (эти функции и ассоциирован- ные объекты определены в заголовочном файле <fcntl.h>);
- функции более высокого уровня, осуществляющие буферизованный ввод/вывод с применением потоков (см. <stdio.h>).
Применение потоков не расширяет базовых возможностей ввода/вывода, поскольку в конечном счете используются функции нижнего уровня, но в отличие от них позволяет приложениям получить дополнительный сервис в виде управляемой буферизации и форматного ввода/вывода.
Согласно стандарту POSIX-2001, поток – это объект, служащий для доступа к файлам как к упорядоченной последовательности символов.
Поток представляется структурой типа FILE, с которой ассоциирован соответствующий дескриптор открытого файла. Несколько дескрипторов и/или потоков могут ссылаться на одно описание открытого файла.
Существенны не только содержимое, но и адрес объекта типа FILE; копия подобного объекта не обязательно является корректным представлением потока.
И файловые дескрипторы, и потоки формируются в результате выполнения функций открытия файлов, которые должны предшествовать операциям ввода/вывода. Имеется, однако, три предопределенных потока: стандартный ввод, стандартный вывод и стандартный протокол, открываемые окружением времени выполнения еще перед началом работы C-программ. Для обращения к ним служат указатели на объекты типа FILE с именами, соответственно, stdin, stdout и stderr.
При открытии файлов указывается вид последующих операций ввода/вывода: чтение, запись, модификация (чтение и запись), добавление (запись в конец). Вид операций должен быть согласован с правами доступа к файлу; в противном случае открытие закончится неудачей.
Если файл поддерживает запросы на позиционирование (таковы обычные файлы в противоположность, например, символьным специальным, соответствующим терминалам), то после открытия индикатор текущей позиции устанавливается в начало (на нулевой байт) при условии, что файл не открывали на добавление; в этом случае от реализации зависит, будет ли индикатор указывать на начало или конец файла.
В дальнейшем индикатор текущей позиции смещается под воздействием операций чтения, записи и позиционирования, чтобы упростить последовательное продвижение по файлу.
Потоки могут быть полностью буферизованными, буферизованными построчно и небуферизованными. В первом случае передача байт из файла/в файл осуществляется преимущественно блоками, когда буфер оказывается заполненным. При построчной буферизации передача данных также осуществляется блоками, по достижении символа перевода строки или заполнении буфера. При отсутствии буферизации байты передаются по возможности без задержек.
Стандартом C99 [5] предусмотрены байтные и широкие символы. Соответственно, в стандарте POSIX-2001 введено понятие ориентации потока, которая может быть широкой или байтной. Задает ориентацию первая после открытия файла ввода/вывода операция. Если вначале применяется функция ввода/вывода широких символов, поток получает широкую ориентацию; в противном случае – байтную. Сменить ориентацию можно только повторным открытием файла; применяемые к потоку функции ввода/вывода должны соответствовать его ориентации.
После завершения работы с файлом его необходимо закрыть. При этом не только разрывается связь между файлами с одной стороны и дескрипторами и потоками с другой, но и обеспечивается передача данных, остававшихся буферизованными.
Стандарт POSIX-2001 предусматривает как синхронный, так и асинхронный ввод/вывод.
Операция асинхронного ввода/вывода сама по себе не способна привести к приостановке процесса (потока управления) и лишить его возможности использовать процессор. Это означает, что процесс и асинхронная операция ввода/вывода могут выполняться параллельно.
При синхронном вводе/выводе процесс (поток управления) приостанавливается до завершения запрошенной операции обмена данными.
С одним файлом могут параллельно работать несколько процессов, выполняющихся на разных хостах (узлах сети) и использующих разные буфера. Для корректного обслуживания подобной ситуации в стандарте POSIX-2001 определено (в качестве необязательной возможности) понятие синхронизированного ввода/вывода – так называют механизм, повышающий детерминированность и устойчивость средств обмена данными, поэтому приложение может быть уверено, что данные, которыми оно манипулирует, физически присутствуют на устройствах вторичной (массовой, стабильной) памяти и наряду с файлами находятся в целостном состоянии.
В дальнейшем индикатор текущей позиции смещается под воздействием операций чтения, записи и позиционирования, чтобы упростить последовательное продвижение по файлу.
Потоки могут быть полностью буферизованными, буферизованными построчно и небуферизованными. В первом случае передача байт из файла/в файл осуществляется преимущественно блоками, когда буфер оказывается заполненным. При построчной буферизации передача данных также осуществляется блоками, по достижении символа перевода строки или заполнении буфера. При отсутствии буферизации байты передаются по возможности без задержек.
Стандартом C99 [5] предусмотрены байтные и широкие символы. Соответственно, в стандарте POSIX-2001 введено понятие ориентации потока, которая может быть широкой или байтной. Задает ориентацию первая после открытия файла ввода/вывода операция. Если вначале применяется функция ввода/вывода широких символов, поток получает широкую ориентацию; в противном случае – байтную. Сменить ориентацию можно только повторным открытием файла; применяемые к потоку функции ввода/вывода должны соответствовать его ориентации.
После завершения работы с файлом его необходимо закрыть. При этом не только разрывается связь между файлами с одной стороны и дескрипторами и потоками с другой, но и обеспечивается передача данных, остававшихся буферизованными.
Стандарт POSIX-2001 предусматривает как синхронный, так и асинхронный ввод/вывод.
Операция асинхронного ввода/вывода сама по себе не способна привести к приостановке процесса (потока управления) и лишить его возможности использовать процессор. Это означает, что процесс и асинхронная операция ввода/вывода могут выполняться параллельно.
При синхронном вводе/выводе процесс (поток управления) приостанавливается до завершения запрошенной операции обмена данными.
С одним файлом могут параллельно работать несколько процессов, выполняющихся на разных хостах (узлах сети) и использующих разные буфера. Для корректного обслуживания подобной ситуации в стандарте POSIX-2001 определено (в качестве необязательной возможности) понятие синхронизированного ввода/вывода – так называют механизм, повышающий детерминированность и устойчивость средств обмена данными, поэтому приложение может быть уверено, что данные, которыми оно манипулирует, физически присутствуют на устройствах вторичной (массовой, стабильной) памяти и наряду с файлами находятся в целостном состоянии.
