Операционные Системы

Лабораторная работа №7. Файловый ввод-вывод.

Цель занятия

Знакомство с подсистемой ввода-вывода системы Windows NT.

Научиться

-Создавать объект ядра «файл».

-Выполнять синхронные операции над файлами.

-Выполнять асинхронные операции над файлами с использованием:

Синхронизации с объектом ядра «файл»

Синхронизации с объектом ядра «событие»

Синхронизации с использованием оповестительного ввода-вывода

(alterable I/O).

Синхронизация с использованием портов завершения ввода-вывода.

-Использовать объект «проекция файла»

Теория

Модель системы ввода-вывода Windows согласуется с концепцией большинства ОС, где все устройства представлены прикладному программисту как файл. ОС пытается, насколько это, возможно, скрыть от разработчиков различия между устройствами. Открыв устройство, вы используете одни и те же функции для чтения и записи независимо от того, с каким устройством вы обмениваетесь информацией.

Для осуществления ввода-вывода, прежде всего надо открыть устройство и получить его описатель. Способ получения описателя зависит от типа устройства, но, как правило, используется функция CreateFile.

Таблица 11. Функции для открытия различных устройств.

LPCTSTR lpFileName указывает тип и имя устройства. Для дисковых файлов указывается полный путь либо UNC путь. Максимальная длина пути равна MAX_PATH (260), однако можно преодолеть это ограничение, указав перед именем “\\?\” это позволит указать имя в формате UNICODE, длиной до 32 000 символов, но каждый компонент пути ограничен

MAX_PATH.

DWORD dwDesiredAccess определяет, как будет производиться обмен данными с устройством.

DWORD dwShareMode определяет привилегии при совместном доступе к устройству.

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes – дескриптор защиты, который применим только в файловой системе NTFS. Для защиты по умолчанию NULL.

DWORD dwCreationDisposition задаѐт параметры открытия дисковых файлов

устройством, а, так же, если устройство является файлом, – установить его атрибуты. Ниже даны некоторые, наиболее важные, флаги и атрибуты.

HANDLE hTemplateFile – описатель уже открытого файла или NULL. Указывает файл, атрибуты которого должны быть назначены создаваемому файлу.

Возвращаемое значение

Вслучае удачи возвращает описатель файла или устройства, который закрывается функцией CloseHandle.

Вслучае ошибки возвращается значение INVALID_HANDLE_VALUE (0xFFFFFFF)

74

Пример 22. Вызов функции создания файла.

// Открытие существующего файла для записи и асинхронного доступа без //буферизации

HANDLE h = CreateFile("C:\\Sample.txt", GENERIC_WRITE,

FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_NO_BUFFERING |

FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL);

// Открытие логического диска A:

HANDLE h = CreateFile("\\\\.\\A:", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,

FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, 0,

NULL);

// Открытие последовательного порта

HANDLE h = CreateFile("COM1", GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, 0,

NULL);

// Проверка результата функции if (h != INVALID_HANDLE_VALUE)

{

…

CloseHandle(h);

} else printf(―Ошибка!‖);

Функции работы с файлами

В системе Windows 2000 адресация к данным файла производится через 64-битный указатель, что, теоретически, ограничивает размер файла 264 байт (18 экзабайт). В настоящий момент только файловая система NTFS поддерживает 64-разрядную адресацию. Системы FAT16 и FAT32 определяют максимальный фала в 232 (4 ГБ) байт. Указатель создаѐтся при открытии файла, и указывает на начальную позицию, с которой будет выполняться следующая операция чтения или записи (только при синхронном доступе к файлу!). Каждая операция чтения или записи сдвигает файловый указатель на число считанных или записанных байт.

75

Таблица 12. Получение размера файла.

DWORD GetFileSize

(

HANDLE hFile, // описатель файла

LPDWORD lpFileSizeHigh // старшие 32 разряда

);

HANDLE hFile описатель файла

LPDWORD lpFileSizeHigh – старшие 32 разряда размера файла. Можно передать NULL, если не интересует.

Возвращаемое значение

младшие 32 разряда размера файла

в случае ошибки возвращается INVALID_FILE_SIZE

Пример

HANDLE hFile = CreateFile(…);

Стартовая точка для смещения:

FILE_BEGIN – смещать относительно начала файла. FILE_END – смещать относительно конца файла.

FILE_CURRENT – смещать относительно текущего значения указателя.

Возвращаемое значение

76

Новое смещение в файле в случае удачи.

INVALID_SET_FILE_POINTER в случае ошибки. Дополнительно требуется проверить результат функции, что GetLastError() != 0.

Пример

HANDLE hFile = CreateFile(…);

if (SetFilePointer(hFile, 1024, NULL, FILE_BEGIN) = INVALID_SET_FILE_POINTER)

{

if (GetLastError()!=0) printf(―Ошибка!‖); else printf(―OK!‖);

}

Таблица 14. Установка маркера конца файла.

BOOL SetEndOfFile(HANDLE hFile)

HANDLE hFile – описатель файла

Возвращаемое значение

TRUE в случае удачи.

Пример

Установка размера файла в 1 МБ

HANDLE hFile = CreateFile(…);

SetFilePointer(hFile,1024*1024,NULL, FILE_BEGIN); SetEndOfFile(hFile);

SetFilePointer(hFile, 0, NULL, FILE_BEGIN);

Синхронный ввод-вывод

Синхронный ввод-вывод осуществляется функциями ReadFile и WriteFile. При этом вызывающий поток блокируется до завершения операции. Операции с файлами происходят синхронно, если при его создании не был установлен флаг FILE_FLAG_OVERLAPPED.

Таблица 15. Функция ReadFile.

BOOL ReadFile(

HANDLE hFile, // описатель файла

LPVOID lpBuffer,// буфер для считывания данных

DWORD nNumberOfBytesToRead, // сколько байт читать LPDWORD lpNumberOfBytesRead,// истинное значение

// считанных байт

LPOVERLAPPED lpOverlapped // указатель на // структуру OVERLAPPED

77

);

HANDLE hFile – описатель файла

LPVOID lpBuffer – буфер, куда будут помещены считанные данные. DWORD nNumberOfBytesToRead – число байт для чтения. Должно быть меньше или равно размеру буфера.

LPDWORD lpNumberOfBytesRead – указатель на переменную типа

DWORD для помещения результата об истинном значении считанных байт.

LPOVERLAPPED lpOverlapped – указатель на структуру OVERLAPPED,

применяющаяся при асинхронном доступе к файлу. Для синхронного доступа указывается NULL.

Возвращаемое значение

Если запрашиваемая синхронная операция успешно завершена, то TRUE. При ошибке FALSE.

Если запрашиваемая асинхронная операция успешно завершена как синхронная, то TRUE

Если запрашиваемая асинхронная операция не завершена, то FALSE.

Требуется проверить, что GetLastError() = ERROR_IO_PENDING, что говорит о выполняющейся асинхронной операции. Если это не так, то результат ввода-вывода закончился с ошибкой.

Таблица 16. Функция WriteFile

BOOL WriteFile(

//описатель файла

HANDLE hFile,

//буфер для записи данных

LPVOID lpBuffer,

//сколько байт писать

DWORD nNumberOfBytesToWrite,

//истинное значение записанных байт

LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,

//указатель на структуру OVERLAPPED

LPOVERLAPPED lpOverlapped );

HANDLE hFile – описатель файла

LPVOID lpBuffer – буфер, откуда брать данные для записи данные. DWORD nNumberOfBytesToRead – число байт для записи. Должно быть меньше или равно размеру буфера.

LPDWORD lpNumberOfBytesRead – указатель на переменную типа

DWORD для помещения результата об истинном значении записанных байт.

LPOVERLAPPED lpOverlapped – указатель на структуру

78

OVERLAPPED, применяющейся при асинхронном доступе к файлу. Для синхронного доступа указывается NULL.

Возвращаемое значение

Если запрашиваемая синхронная операция успешно завершена, то TRUE. При ошибке FALSE.

Если запрашиваемая асинхронная операция успешно завершена как синхронная, то TRUE.

Если запрашиваемая асинхронная операция не завершена, то FALSE.

Требуется проверить, что GetLastError() == ERROR_IO_PENDING, что говорит о выполняющейся асинхронной операции. Если это не так, то результат ввода-вывода закончился с ошибкой.

Пример 23. Пример синхронной операции с файлом.

#define BUFSIZE 4096

//Исходный файл (должен существовать) const char szSrc[] = "С:\\Sample.txt";

//Конечный файл

const char szTgt[] = "С:\\New.txt"; int _tmain()

{

//Всегда будем пользоваться VirtualAlloc для буфера char* Buf = (char*) VirtualAlloc(NULL, BUFSIZE,

MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE);

// Открытие заданного файла для чтения

HANDLE hSrc = CreateFile(szSrc, GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);

// Создание файла для записи

HANDLE hTgt = CreateFile(szTgt, GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_ALWAYS, 0, NULL);

// Если файлы открыты

if ((hSrc != INVALID_HANDLE_VALUE) && (hTgt != INVALID_HANDLE_VALUE))

{

79

//результат чтения из файла

DWORD dwResult = 0;

//читаем из исходного файла

if (ReadFile(hSrc, Buf, BUFSIZE, &dwResult, NULL))

{

// устанавливаем длину целевого файла.

SetFilePointer(hTgt, 1024+dwResult, NULL, FILE_BEGIN);

SetEndOfFile(hTgt);

//Будем писать не с 0, а с позиции 1024 в файле

SetFilePointer(hTgt, 1024, NULL, FILE_BEGIN);

//Записываем число байт, считанных ReadFile

if (!(WriteFile(hTgt, Buf, dwResult, &dwResult, NULL)))

printf("Ошибка! записи"); } else printf("Ошибка");

//Закрываем файлы

CloseHandle(hSrc);

CloseHandle(hTgt);

//Освобождаем буфер

VirtualFree(Buf, 0, MEM_RELEASE);

}else printf("Ошибка: один из файлов не открыт");

}

Асинхронный ввод-вывод

При асинхронном запросе ввода-вывода поток, выдавший запрос поток не блокируется до окончания выполнения, а продолжает выполнять другие задачи. В какой-то момент времени поток (или другой поток) достигнет такой точке в коде, где ему понадобится результат ввода-вывода, – т.е. он должен синхронизироваться с операцией ввода-вывода. На данный момент это решается рядом способов, которые рассмотрены ниже.

Что бы получить асинхронный доступ к устройству, нужно вызвать функцию CreateFile с установленным флагом FILE_FLAG_OVERLAPPED.

80