Système et Programmation (en C)

Transcription

1 Système et Programmation (en C) ENSTA - TC 1ère année François Pessaux U2IS ensta-paristech.fr Quelques utilitaires en C François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 2/27 Les fichiers Fichier : stockage persistant d informations. Sous Unix, notion plus étendue : vue utilisateur de n importe quel «périphérique» : disques (dur, USB, réseaux), souris, clavier, terminaux virtuels,... systèmes de communication (pipe, socket), espace mémoire de chaque processus, etc... Opérations : Charger le contenu (tout ou partie) en mémoire. Écrire des données de la mémoire dans un fichier. Effacer un fichier. Demander la taille du fichier. Se positionner dans le fichier, etc... Comme toute ressource, soumis à une demande puis une restitution. Nécessite #include <stdio.h> Manipulé via un pointeur sur descripteur FILE : FILE*. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 3/27 1

2 Ouverture Ouverture : FILE* fopen (char *filename, char *mode); filename : chaîne représentant le chemin du fichier. mode : chaîne spécifiant si ouvert en lecture et/ou écriture. "r" : (read) ouverture en lecture (fichier déjà existant) "w" : (write) ouverture en écriture (destruction si existant) "a" : (append) écriture, rajoute à la fin, (création si non existant) "r+", "w+", "a+" : variantes (c.f. man 3 fopen). Suffixe "b" : (binary) lire/écrire les données sans transformation. Succès si le pointeur retourné /= NULL. int main () { in = fopen ("/tmp/input", "rb") ; /* Lecture, données brutes. */ if ( in == NULL ) return ( -1) ; /* Ouverture échouée? */... François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 4/27 Fermeture int fclose(file *stream); stream : pointeur sur le descripteur du fichier. Succès si la valeur retournée = 0. Fermeture importante : garantit l écriture effective des données. int main () { in = fopen ("/ tmp / input ", "rb") ; /* Lecture, données brutes. */ if ( in == NULL ) return ( -1) ; /* Ouverture échouée? */ fclose (in) ; /* Fermeture. */ François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 5/27 Lecture Lire fait avancer un «repère» implicite dans le fichier. Lecture formatée : int fscanf (FILE *stream, char *format,...); stream : pointeur sur le descripteur du fichier. format : format «à la» scanf/printf.... : pointeurs vers les variables où stocker ce qui est lu. Retourne le nombre d items lus. Lecture par «blocs» : size_t fread (void *ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *stream); ptr : pointeur vers la zone mémoire où stocker ce qui est lu. size : taille d un «bloc» à lire. nitems : nombre de «blocs» à lire. stream : pointeur sur le descripteur du fichier. Retourne le nombre de «blocs» lus. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 6/27 2

3 Exemple de lectures int main () { int i1, i2 ; char buffer [256] ; in = fopen ("/ tmp / myfile ", "rb") ; if ( in == NULL ) return ( -1) ; fscanf (in, "%d %s %d", &i1, buffer, &i2) ; printf (" Read : %d %s %d\n", i1, buffer, i2) ; fread (buffer, sizeof ( int ), 1, in) ; printf (" Read : %x\n", (( int *) buffer ) [0]) ; fclose (in) ; Fichier /tmp/myfile 45 Glop 16 abcd mymac:/tmp/$./a.out Read: 45 Glop 16 Read: a 0x63 c, 0x62 b, 0x61 a, 0x0A Montre l ordre des octets d un int en mémoire. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 7/27 Écriture (dual de la lecture) Écrire fait avancer le (même) «repère» implicite dans le fichier. Écriture formatée : int fprintf(file *stream, char *format,...); stream : pointeur sur le descripteur du fichier. format : format «à la» scanf/printf.... : variables desquelles imprimer la valeur. Retourne le nombre de caractères écrits. Écriture par «blocs» : size_t fwrite (void *ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *stream); ptr : pointeur vers la zone mémoire où trouver ce qui est à écrire. size : taille d un «bloc» à écrire. nitems : nombre de «blocs» à écrire. stream : pointeur sur le descripteur du fichier. Retourne le nombre de «blocs» écrits. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 8/27 Exemple d écritures int main () { FILE * out ; int i = 0 x ; out = fopen ("/ tmp / myfile ", "wb") ; if ( out == NULL ) return ( -1) ; fprintf (out, "%d %s %d", 23, "Glop", 57) ; fwrite (&i, sizeof ( int ), 1, out ) ; fclose ( out ) ; mymac:/tmp$ hexdump -C myfile c 6f Glop e 0x /= Montre (encore) l ordre des octets d un int en mémoire. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 9/27 3

4 Fin de fichier Lire c est bien, mais quand s arrêter? Besoin d une fonction testant l atteinte de fin de fichier. int feof (FILE *stream); Retour : /= 0 si fin de fichier atteinte suite aux lectures précédentes. Toujours avoir lu avant de tester avec feof. int main () { /* INCORRECT */ in = fopen (" myfile ", "rb") ; if ( in == NULL ) return ( -1) ; while (!feof (in)) { fscanf (in, "%d", &i) ; printf ("%d\n", i) ; fclose (in) ;... int main () {/ * CORRECT */ in = fopen (" myfile ", "rb") ; if ( in == NULL ) return ( -1) ; fscanf (in, "%d", &i) ; while (!feof (in)) { printf ("%d\n", i) ; fscanf (in, "%d", &i) ; fclose (in) ;... François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 10/27 Position actuelle dans un fichier Connaître la position actuelle (lect/écr) dans un fichier : long ftell (FILE *stream); Se déplacer (sans lire) dans un fichier : int fseek (FILE *stream, long offset, int whence); offset : déplacement en nombre d octets. whence : repère de déplacement : SEEK_SET : depuis le début du fichier, SEEK_CUR : depuis la position courante dans le fichier, SEEK_END : depuis la fin du fichier. Utilisation naturelle : trouver la longueur d un fichier : Aller à la fin et demander la position courante. fseek (myfile 0, SEEK_END) puis ftell (myfile). François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 11/27 Parallélisme et concurrence François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 12/27 4

5 Problème de ressources Plusieurs processus tournent en «même temps» (c.f. cours 8). Les processus utilisent des ressources : mémoire, fichiers, périphériques... Que se passe-t-il s ils veulent accéder à une même ressource? François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 13/27 Problèmes de ressources Lecture/lecture : OK On peut regarder la Joconde à 5 ou 6. Lecture/écriture : KO Regarder la Joconde pendant que Léonard la peint... Écriture/écriture : KO Peindre la Joconde en même temps que Léonard... int main () { FILE * outhd ; outhd = fopen ("f. txt ", "wb") ; for (i = 0; i < 10; i ++) { fprintf ( outhd, "Je parle fort \n") ; fflush ( outhd ) ; getc ( stdin ) ; fclose ( outhd ) ; int main () { FILE * outhd ; outhd = fopen ("f. txt ", "wb") ; for (i = 0; i < 10; i ++) { fprintf ( outhd, "Je parle plus fort \n") ; fflush ( outhd ) ; getc ( stdin ) ; fclose ( outhd ) ; François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 14/27 Exécution de l exemple (1) François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 15/27 5

6 Exécution de l exemple (2) François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 16/27 Exécution de l exemple (3) François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 17/27 Exécution de l exemple (4) François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 18/27 6

7 Exécution de l exemple (5) François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 19/27 Parallélisme et concurrence Parallélisme : programmes tournent en «même temps». Si parallélisme et ressources partagées : protéger les accès aux données. «Pas tous en même temps sur la donnée, à chacun son tour». Concurrence : parallélisme + partage de données + protection des données. La concurrence tend à réduire le parallélisme. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 20/27 Mécanismes de partage et de protection des données. Selon les OS, différents mécanismes de partage de ressources : «pipe», «socket», files de messages, segment de mémoire partagée, signaux, etc... Selon les OS, différents mécanismes de protection d accès aux ressources : mutex (exclusion mutuelle d accès : 1 seul accès à la fois), spinlock (exclusion mutuelle par attente active), sémaphore (restriction à un nombre donné d accès en même temps), moniteur, etc... François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 21/27 7

8 Algorithme simple d exclusion mutuelle - Préparatifs du TD François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 22/27 Positionnement du problème Deux «programmes» partagent une même variable. Chacun incrémente cette variable, l imprime et recommence. Pour incrémenter, chacune lit la variable dans une variable temporaire, «fait quelque chose» de long (attend), écrit la valeur de la variable temporaire + 1 dans la variable. Pour simplifier le TD, 2 fonctions partagent une variable globale. Ces deux fonctions tournent en parallèle par un mécanisme que l on n étudiera pas (thread). program_a tmp = i ; sleep (1) ; i = tmp + 1 ; print (i) ; program_b tmp = i ; sleep (2) ; i = tmp + 1 ; print (i) ; François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 23/27 Résultat attendu / obtenu On voudrait une progression strictement croissante de i. A running. i = 1. B running. i = 2. A running. i = 3. B running. i = 4. A running. i = 5. Mais... A running. i = 1. B running. i = 1. A running. i = 2. A running. i = 3. B running. i = 2. A running. i = 4. A running. i = 5. B running. i = 3. A running. i = 6. A running. i = 7. B running. i = 4. A running. i = 8. A et B se «partagent» des valeurs de i pas à jour. Désynchronisation car incrémentation non atomique. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 24/27 8

9 L algorithme de Peterson (1981) En TD, implémenter l algorithme de Peterson pour 2 «processus». Algorithme simple d exclusion mutuelle. Ajoute un prélude avant d accéder exclusivement à une ressource. Ajoute un postlude après avoir fini d y accéder. Algorithme de Peterson. Pour chaque processus : Avant de pouvoir entrer en section critique (zone d exclusion) : Dire «Je veux la section critique». Donner le «tour» à l autre processus. Boucler à ne rien faire jusqu à ce que l autre ne veuille pas la section critique ou que ce soit notre «tour». Avant de quitter la section critique : Dire «Je ne veux plus la section critique». Attente active : CPU tourne, donc consomme. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 25/27 Implémentation de l algorithme «Dire je (ne) veux (plus)» : 1 booléen par processus. «Donner (attendre) le (son) tour» : 1 variable. Vous est donnée : run_parallel_prog, fonction permettant de lancer «en parallèle» une fonction dont le type est : void *program_xxx (void *p_data); Faire une fonction enter_cs, prélude à section critique. Faire une fonction exit_cs, postlude à la section critique. Modifier les programmes A et B pour protéger leurs accès à la variable. François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 26/27 Propriétés d algorithme d exclusion mutuelle Doit assurer l exclusion mutuelle : Au plus 1 processus est en section critique à tout instant. Ne pas engendrer de famine : Attente bornée pour accéder à la section critique. Satisfaire la condition de progression : Un processus hors section critique ne peut empêcher un autre d y entrer. Doit être indépendant de la vitesse des processus. Doit être identique pour tous les processus. Solutions matérielles existantes (instructions TAS, CAS, masquage d interruptions,... ). François Pessaux IN103 Système et Programmation (en C) 27/27 9