PDF de programación - Tema 9 - Entrada-Salida - Sistemas Operativos: Programación de Sistemas

Tema 9 : Entrada - Salida

Sistemas Operativos:
Programación de Sistemas

Oscar Déniz Suárez
Alexis Quesada Arencibia
Francisco J. Santana Pérez
Curso 2006-07

Introducción
 El manejo de la E/S de un sistema operativo es un punto
 Los programadores en C en Unix tienen disponibles dos

clave
conjuntos de funciones para acceso a archivos:
 Funciones de la librería estándar: printf, fopen...
 Llamadas al sistema

 Las funciones de librería se implementan haciendo uso
de llamadas al sistema
 Aunque las funciones de librería hacen más cómodo el
acceso, las llamadas al sistema proporcionan el tipo de
acceso más directo que puede tener un programa

Introducción
 Para el kernel, todo fichero abierto se identifica con un
 Los accesos al fichero se realizan usando dicho
 Los descriptores sirven en realidad para acceder a

descriptor de fichero
descriptor
cualquier otro componente del sistema que sea capaz
de enviar y recibir datos: dispositivos, sockets,...
 Por convención se definen los siguientes descriptores:

 0 = entrada estándar
 1 = salida estándar
 2 = error estándar

Introducción
 El kernel mantiene varias estructuras de datos

muy importantes relacionadas con ficheros:
 Tabla de descriptores de fichero. Es una

 Objetos de ficheros abiertos. Es una estructura

estructura local a cada proceso que indica todos los
ficheros abiertos por un proceso. Cada entrada
apunta a su vez a una entrada en la tabla de ficheros
del sistema.
manejada por el núcleo asociada a cada fichero
abierto en el sistema (puntero de acceso -
desplazamiento de lectura/escritura, etc…)
cada fichero (propietario, permisos, situación del
fichero en disco, …)

 Tabla de i-nodos. Guarda información asociada a

Introducción

Tabla de descriptores

de ficheros del proceso A

Objetos de Ficheros

Abiertos

Tabla de i-nodos

Tabla de descriptores

de ficheros del proceso B

Puntero lect/esc
Modo de apertura

Puntero lect/esc
Modo de apertura

Puntero lect/esc
Modo de apertura

Puntero lect/esc
Modo de apertura

Llamadas de E/S

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags).
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
 mode indica los permisos de acceso (necesario si el fichero se va a crear)
 flags puede ser una combinación OR de:

 O_RDONLY = Solo lectura
 O_WRONLY = Solo escritura Una de estas es obligatoria
 O_RDWR = Lectura/escritura
 O_CREAT = Crea el fichero si no existe
 O_EXCL = Falla si el fichero ya existe (junto con O_CREAT)
 O_TRUNC = Trunca el fichero a longitud 0 si ya existe
 O_APPEND = Se añade por el final
 O_NONBLOCK = Si las operaciones no se pueden realizar sin esperar, volver
 O_SYNC = Las operaciones no retornarán antes de que los datos sean físicamente

antes de completarlas
escritos al disco o dispositivo

Llamadas de E/S

#include <unistd.h>
int close(int fd);
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int creat(const char *pathname, int mode);
 creat es equivalente a:

open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)

 Cuando un proceso termina todos sus ficheros abiertos son

automáticamente cerrados por el kernel

Llamadas de E/S

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fildes, off_t offset, int whence);
 Todo fichero tiene asociado un puntero que marca la posición del siguiente
 El puntero se guarda en la tabla de ficheros
 La interpretación de offset (que puede ser negativo) depende de whence:

acceso, respecto al principio

 SEEK_SET => posicionamiento respecto al inicio del fichero
 SEEK_CUR => posicionamiento respecto a la posición actual
 SEEK_END => posicionamiento respecto al fin del archivo

 lseek devuelve el puntero actual
 Si se lleva el puntero más allá del fin del fichero y luego se escribe, el

fichero se hará más grande, rellenando con ceros

Llamadas de E/S
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
 count es el nº de bytes a leer
 read devuelve el nº de bytes leídos o 0 si
 Si p.ej. el fichero tiene 30 bytes e intentamos

estamos al final del fichero
leer 100, read devuelve 30. La próxima vez que
se llame read devuelve 0

Llamadas de E/S
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

 nbytes es el nº de bytes a escribir
 Si el fichero se abrió con O_APPEND el

puntero del fichero se pone al final del mismo
antes de cada operación de escritura

 devuelve el nº de bytes escritos

Llamadas de E/S
#include <unistd.h>
int fsync(int fd);
 El sistema puede mantener los datos en memoria por

varios segundos antes de que sean escritos a disco, con
el fin de manejar la E/S más eficientemente
en el disco o dispositivo

 fsync hace que se escriban todos los datos pendientes

#include <unistd.h>
int ftruncate(int fd, size_t length);
 ftruncate trunca el fichero fd al tamaño length

Llamadas de E/S
#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
 Duplican un descriptor de fichero existente
 Se garantiza que el nuevo descriptor devuelto por dup
es el más bajo libre
 Con dup2 el valor del nuevo descriptor lo especificamos
en newfd
 Tras duplicar, el nuevo descriptor de fichero se refiere al
mismo objeto de fichero abierto que el descriptor original
 Por tanto, tras duplicar, ambos tienen los mismos flags
de acceso al fichero, el mismo puntero, etc.

Introducción

Tabla de descriptores

de ficheros del proceso A Objetos de Ficheros

Abiertos

Puntero lect/esc
Modo de apertura

Tabla de i-nodos

Llamadas de E/S

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
Int fcntl(int fd, int cmd, strcut flock *lock)
 fcntl cambia las propiedades de un fichero abierto. Puede usarse

para:
 Duplicar un descriptor de fichero existente (cmd=F_DUPFD)
 Ver/poner el indicador cierre-en-exec (cmd=F_GETFD o F_SETFD)
 Ver/poner flags de estado del fichero (cmd=F_GETFL o F_SETFL)
 Ver/poner ID de proceso (cmd=F_GETOWN or F_SETOWN)
 Ver/poner bloqueos de regiones (cmd=F_GETLK, F_SETLK o

F_SETLKW)

Llamadas de E/S
 F_DUPDF => Duplica el descriptor fd,

garantizando que sea el nº más bajo disponible
y que sea mayor o igual que arg. Se devuelve
el nuevo descriptor
 F_SETFD => Pone el flag de cierre-en-exec:
Cuando se realiza un exec el descriptor de
fichero se cierra. Por defecto se deja abierto.
 F_SETFL => Pone los flags de estado de
fichero a arg. Son los mismos que en la función
open (O_NONBLOCK, O_APPEND,
O_ASYNC)

consistentes los accesos concurrentes a los
ficheros. Se usa para controlar el acceso de
varios procesos a un fichero común

 Las operaciones de bloqueo permitidas por

fcntl son:
 F_GETLK => Comprueba si una región de un

Llamadas de E/S
 El bloqueo de regiones permite hacer

fichero está ya bloqueada. Si es así se sobreescribe
información en el puntero flock

 F_SETLK => Bloquea una región de un fichero
 F_SETLKW => Versión bloqueante de F_SETLK

Llamadas de E/S

struct flock {

short l_type; /* Tipo bloqueo: F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */
short l_whence; /* Cómo interpretar l_start : SEEK_SET,
SEEK_CUR, SEEK_END */
off_t l_start; /* Offset de comienzo del bloqueo */
off_t l_len; /* Número de bytes a bloquear, si 0 bloquea hasta final del
fichero */
pid_t l_pid; /* PID del proceso que bloquea la región (solo F_GETLK)
*/

};
 Valores de flock.l_type:

 F_RDLCK indica bloqueo de lectura
 F_WRLCK indica bloqueo de escritura
 F_UNLCK desbloquea

Llamadas de E/S

 El éxito del bloqueo de una región depende de si ya está

bloqueada por otro proceso:

Región tiene

Petición bloq.

lectura

OK

Petición bloq.

escritura

OK

OK

Denegada

Denegada

Denegada

Ningún
bloqueo
1 o más
lectura

bloqueos de

1 bloqueo de

escritura

Llamadas de E/S
 El fichero /proc/locks contiene

bloqueo de un fichero

información sobre los bloqueos de
regiones que tienen actualmente los
ficheros abiertos

 Cada línea representa información de

Llamadas de E/S
 Ejercicio práctico:

 Vamos crear un proceso que lee o escribe en un
fichero en función de un parámetro que pasamos
como argumento mediante la línea de órdenes (l-
lector, e- escritor). Las operaciones de lectura y
escritura se realizarán un número de veces N
indicado también mediante la línea de órdenes. La
escrituras consistirán en el incremento del valor
entero almacenado en el archivo. Tanto las N
lecturas como las N escrituras se deberán realizar
en bloque (de forma atómica) y bajo control del
usuario, que hará efectiva cada operación de
lectura/escritura pulsando “enter”.

Llamadas de E/S

#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int stat(const char *pathname, struct stat *buf);
int fstat(int filedes, struct stat *buf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *buf);
 stat devuelve una estructura de información de un fichero
 fstat hace lo mismo pero a partir de un fichero abierto
 lstat es para enlaces simbólicos (si se llama a stat para un enlance

simbólico se devuelve información del fichero al que apunta el
enlace, pero no del enlace mismo)
ls -l

 La información de stat es similar a la que devolvería el comando

Llamadas de E/S

struct stat
{
dev_t st_dev;
ino_t st_ino;
mode_t st_mode;
nlink_t st_nlink;
uid_t st_uid;
gid_t st_gid;
dev_t st_rdev;
off_t st_size;
unsigned long st_blksize;
unsigned long st_blocks;
time_t st_atime;
time_t st_mtime;
time_t st_ctime;
};

/* device (major and minor numbers) */
/* inode */
/* protection and type of file */
/* number of hard links */
/* user ID of owner */
/* group ID of owner */
/* device type (if inode device) */
/* total size, in bytes */

/* blocksize for filesystem I/O */
/* number of blocks allocated */
/* time of last access */
/* time of last modification */

/* time of last change */

Llamadas de E/S
 Tipos de ficheros en UNIX:

 Fichero regular. El kernel no distingue si es de texto o con
 Directorio. Un fichero que contiene los nombres de otros

datos binarios
ficheros y punteros a la información en los mismos. Cua