Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

В книге [40], написанной ныне покойным Уильямом Ричардом Стивенсом (W. Richard Stevens), UNIX обсуждается во многом в тех же терминах, которые в настоящей книге используются для обсуждения Windows. Книга Стивенса по-прежнему остается стандартным справочником по средствам UNIX, но в ней не рассматриваются потоки. Стандартизация UNIX претерпела изменения, однако в книге Стивенса содержатся удобные рабочие определения всего того, что предлагается в UNIX, а также в Linux. В этой книге сопоставлены возможности функций файлового ввода/вывода библиотеки С и функций ввода/вывода системы UNIX, что имеет отношение и к Windows.

Если вас интересуют сравнительные характеристики ОС и более глубокое обсуждение UNIX, обратитесь к книге [29] и ее русскоязычному изданию [49], которая помимо того, что является весьма полезной, еще и увлекательно написана, хотя некоторым читателям позиция автора может показаться несколько предвзятой.

Пользовательский интерфейс в настоящей книге не рассматривается. В случае необходимости можете обратиться к [30] или [25].

Существует масса хороших учебников по общей теории ОС. Одной из наиболее популярных является книга [35].

Исчерпывающим руководством по этой теме служит книга [27]. Для получения беглого обзора можно обратиться к книге [20] или к ее русскоязычному изданию [48], которая содержит полное описание библиотеки и остается классическим учебником по языку программирования С. Эти книги помогут вам принять решение относительно того, достаточно ли возможностей библиотеки С для решения стоящих перед вами задач обработки файлов.

Тем, кто хочет применить материал настоящей книги к Windows СЕ, можно порекомендовать книгу [23].

Для получения необходимой информации по этому вопросу и загрузки пакета с открытым исходным кодом Wine, позволяющего эмулировать Windows API поверх UNIX и X, посетите сайт http://www.winehq.com.

Упражнения

1.1. Скомпилируйте, скомпонуйте и выполните каждую из трех программ, предназначенных для копирования файлов. К числу других возможных вариантов реализации относится использование библиотек совместимости с UNIX, включая библиотеку Microsoft Visual C++ (программа, использующая эту библиотеку, доступна на Web-сайте книги). Примечание. На Web-сайте книги на ходятся исходные коды всех программ. Краткие рекомендации относительно порядка использования этих кодов в средах Microsoft Visual Studio .NET и Microsoft Visual C++ 6.0 вы найдете в приложении А.

1.2. Ознакомьтесь с одной из сред разработки приложений, например, Microsoft Visual Studio .NET или Microsoft Visual C++. В частности, научитесь создавать в выбранной среде консольные приложения. Для проведения самостоятельных экспериментов с использованием рассмотренных в данной главе программ пользуйтесь отладчиком. Инструкции относительно того, как следует приступать к работе, содержатся в приложении А, а обширную дополнительную информацию вы найдете на Web-сайте компании Microsoft и в документации к используемой вами среде разработки приложений.

1.3. В Windows в качестве метки конца строки используется последовательность символов "возврат каретки-перевод строки" (CR-LF). Определите, как изменится поведение программы 1.1, если входной файл открывать в двоичном режиме, а выходной — в текстовом, или наоборот. Как это будет проявляться в системе UNIX и в других системах?

1.4. Выполните для каждой из программ хронометраж при копировании файлов большого размера. Получите соответствующие данные для как можно большего числа различных вариантов и сравните полученные результаты между собой. Вряд ли следует подчеркивать, что быстродействие программ зависит от множества факторов, однако, в предположении, что все остальные параметры системы остаются неизменными, сопоставление результатов, полученных с использованием различных вариантов реализации программы, может представлять определенную ценность. Совет. Для облегчения анализа результатов расположите их в виде таблицы. Программа, обеспечивающая количественный контроль длительности временных промежутков, приведе на в главе 6, а некоторые экспериментальные результаты представлены в приложении В.

ГЛАВА 2

Использование файловой системы и функций символьного ввода/вывода Windows

Нередко самыми первыми средствами операционной системы (ОС), с которыми разработчик сталкивается в любой системе, являются файловая система и простой терминальный ввод/вывод. Ранние ОС для PC, такие как MS-DOS, не могли дать ничего больше, кроме возможностей работы с файлами и терминального (или консольного) ввода/вывода, но эти же ресурсы и сейчас занимают центральное место почти в любой ОС.

Файлы играют очень важную роль в организации долговременного хранения данных и программ и обеспечивают простейшую форму межпрограммного взаимодействия. Помимо этого, многие аспекты файловых систем оказываются применимыми также к взаимодействию между процессами и сетям.

На примере программ копирования файлов, которые рассматривались в главе 1, вы уже познакомились с четырьмя важными функциями, обеспечивающими последовательную обработку файлов:

CreateFile

ReadFile

WriteFile

CloseHandle

В данной главе не только подробно описываются эти и родственные им функции, но и обсуждаются функции, предназначенные для обработки символов и обеспечения консольного ввода/вывода. Сначала будут кратко охарактеризованы существующие типы файловых систем и их основные свойства. Далее будет показано, каким образом введение расширенной формы символов в кодировке Unicode помогает приложениям справиться с проблемой поддержки национальных языков. Главу завершает введение в управление файлами и каталогами в Windows.

Файловые системы Windows

Windows поддерживает на непосредственно подключенных устройствах файловые системы четырех типов, но только первый из них будет иметь для нас существенное значение на протяжении всей книги, поскольку именно полнофункциональная файловая система этого типа рекомендуется компанией Microsoft для использования в качестве основной:

1. Файловая система NT (NTFS) — современная файловая система, которая поддерживает длинные имена файлов, а также безопасность, устойчивость к сбоям, шифрование, сжатие, расширенные атрибуты, и позволяет работать с очень большими файлами и объемами данных. Заметьте, что на гибких дисках (флоппи-дисках, или дискетах) система NTFS использоваться не может; не поддерживается она и системами Windows 9x.

2. Файловые системы FAT и FAT32 (от File Allocation Table — таблица размещения файлов) происходят от 16-разрядной файловой системы (FAT16), первоначально использовавшейся в MS-DOS и Windows 3.1. FAT32 впервые была введена в Windows 98 для поддержки жестких дисков большого объема и других усовершенствованных возможностей; далее под термином FAT мы будем подразумевать любую из вышеуказанных версий. FAT является единственно доступной файловой системой для дисков (но не компакт-дисков), работающих под управлением Windows 9x, а также гибких дисков. Разновидностью FAT является TFAT — ориентированная на поддержку механизма транзакций версия, используемая в Windows СЕ. Постепенно FAT выходит из употребления и в большинстве случаев ее можно встретить лишь на устаревших системах, особенно тех, обновление которых после первоначальной установки на них Windows 9x выполнялось без преобразования типа существующей файловой системы.

3. Файловая система компакт-дисков (CDFS), как говорит само ее название, предназначена для доступа к информации, записанной на компакт-дисках. CDFS удовлетворяет требованиям стандарта ISO 9660.

4. Универсальный дисковый формат (Universal Disk Format, UDF) поддерживает диски DVD и, в конечном итоге, должен полностью вытеснить систему CDFS. Поддержка UDF в Windows XP поддерживает как чтение, так и запись файлов, тогда как в Windows 2000 для UDF обеспечивается только запись.

Windows поддерживает, причем как на стороне клиента, так и на стороне сервера, такие распределенные файловые системы, как Networked File System (Сетевая файловая система), или NFS, и Common Internet File System (Общая межсетевая файловая система), или CIFS; на серверах обычно используют NTFS. В Windows 2000 и Windows Server 2003 обеспечивается широкая поддержка сетевых хранилищ данных (Storage Area Networks, SAN) и таких развивающихся технологий хранения данных, как IP-хранилища. Кроме того, Windows дает возможность разрабатывать пользовательские файловые системы, которые поддерживают тот же API доступа к файлам, что и API, рассматриваемый в этой и следующей главах.

Доступ к файловым системам любого типа осуществляется одинаковым образом, иногда с некоторыми ограничениями. Например, поддержка защиты файлов обеспечивается только в NTFS. В необходимых случаях мы будем обращать ваше внимание на особенности, присущие только NTFS, но в этой книге, как правило, будет предполагаться использование именно этой системы.