Tema 2 Bibliotecă stdio

• Familiarizarea cu modul de funcționare al bibliotecii standard input/output (stdio)
• Aprofundarea conceptelor de:
  • I/O buffering
  • Crearea de procese și rularea de fișiere executabile
  • Redirectearea intrărilor și ieșirilor standard
  • Generarea de biblioteci dinamice

Dezvoltarea trebuie făcută exclusiv pe mașinile virtuale SO.

student@so:~$ git clone https://github.com/systems-cs-pub-ro/so-assignments.git
student@so:~$ cd so-assignments/2-stdio

student@so:~$ git pull

Să se realizeze o implementare minimală a bibliotecii stdio, care să permită lucrul cu fișiere. Biblioteca va trebui să implementeze structura SO_FILE (similar cu FILE din biblioteca standard C), împreună cu funcțiile de citire/scriere. De asemenea, va trebui să ofere funcționalitatea de buffering.

Rezolvarea temei va trebui să genereze o bibliotecă dinamică numită libso_stdio.so/so_stdio.dll care implementează header-ul so_stdio.h. În acest header găsiți semnăturile functiilor exportate de biblioteca generată de voi.

Este tipul de date care descrie un fișier deschis și este folosit de toate celelalte funcții. Un pointer la o astfel de structură este obținut la deschiderea unui fișier, folosind funcția so_fopen.

SO_FILE *so_fopen(const char *pathname, const char *mode);

Argumentele funcției sunt similare cu cele pentru fopen:

• pathname reprezintă calea către un fișier
• mode este un string care determină modul în care va fi deschis fișierul. Poate fi unul din următoarele:
  • r - deschide fișierul pentru citire. Dacă fișierul nu există, funcția eșuează.
  • r+ - deschide fișierul pentru citire și scriere. Dacă fișierul nu există, funcția eșuează.
  • w - deschide fișierul pentru scriere. Dacă fișierul nu există, este creat. Dacă fișierul există, este trunchiat la dimensiune 0
  • w+ - deschide fișierul pentru citire și scriere. Dacă fișierul nu există, este creat. Dacă fișierul există, este trunchiat la dimensiune 0
  • a - deschide fișierul în modul append - scriere la sfârșitul fișierului. Dacă fișierul nu există, este creat.
  • a+ - deschide fișierul în modul append+read. Dacă fișierul nu există, este creat.

Funcția so_fopen alocă o structură SO_FILE pe care o întoarce. În caz de eroare, funcția întoarce NULL.

Închiderea unui fișier se face cu so_fclose.

int so_fclose(SO_FILE *stream);

Închide fișierul primit ca parametru și eliberează memoria folosită de structura SO_FILE. Întoarce 0 în caz de succes sau SO_EOF în caz de eroare.

Aceste operații se realizează cu ajutorul funcțiilor so_fgetc, so_fputc, so_fread și so_fwrite.

int so_fgetc(SO_FILE *stream);

Citește un caracter din fișier. Întoarce caracterul respectiv sau SO_EOF în caz de eroare.

int so_fputc(int c, SO_FILE *stream);

Scrie un caracter în fișier. Întoarce caracterul scris sau SO_EOF în caz de eroare.

size_t so_fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, SO_FILE *stream);

Citește nmemb elemente, fiecare de dimensiune size. Datele citite sunt stocate la adresa de memorie specificată prin ptr. Întoarce numărul de elemente citite. În caz de eroare sau dacă s-a ajuns la sfârșitul fișierului, funcția întoarce 0.

size_t so_fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, SO_FILE *stream);

Scrie nmemb elemente, fiecare de dimensiune size. Datele ce urmează a fi scrise sunt luate de la adresa de memorie specificată prin ptr. Întoarce numărul de elemente scrise, sau 0 în caz de eroare.

int so_fseek(SO_FILE *stream, long offset, int whence);

Mută cursorul fișierului. Noua poziție este obținută prin adunarea valorii offset la poziția specificată de whence, astfel:

• SEEK_SET - noua poziție este offset bytes față de începutul fișierului
• SEEK_CUR - noua poziție este offset bytes față de poziția curentă
• SEEK_END - noua poziție este offset bytes față de sfârșitul fișierului

Întoarce 0 în caz de succes și -1 în caz de eroare.

long so_ftell(SO_FILE *stream);

Întoarce poziția curentă din fișier. În caz de eroare funcția întoarce -1.

Proprietatea esențială a bibliotecii stdio este că aceasta face buffering. O structură SO_FILE are un buffer asociat, iar operațiile de citire/scriere se folosesc de acest buffer:

• Operațiile de citire (so_fgetc, so_fread) întorc datele direct din buffer. Atunci când bufferul este gol sau nu există date suficiente, acesta este populat cu date din fișier, folosind API-ul pus la dispoziție de sistemul de operare (read/ReadFile)
• Operațiile de scriere (so_fputc, so_fwrite) scriu datele în buffer. În situația când bufferul este plin (sau când se apelează so_fflush), datele se scriu în fișier, folosind API-ul pus la dispoziție de sistemul de operare(write/WriteFile).

int so_fflush(SO_FILE *stream);

Are sens doar pentru fișierele pentru care ultima operație a fost una de scriere. În urma apelului acestei funcții, datele din buffer sunt scrise în fișier. Întoarce 0 în caz de succes sau SO_EOF în caz de eroare.

/* Linux */
int so_fileno(SO_FILE *stream);
/* Windows */
HANDLE so_fileno(SO_FILE *stream);

Întoarce file descriptorul/HANDLE-ul asociat structurii SO_FILE.

int so_feof(SO_FILE *stream);

Întoarce o valoarea diferită de 0 dacă s-a ajuns la sfârșitul fișierului sau 0 în caz contrar.

int so_ferror(SO_FILE *stream);

Întoarce o valoarea diferită de 0 dacă s-a întâlnit vreo eroare în urma unei operații cu fișierul sau 0 în caz contrar.

SO_FILE *so_popen(const char *command, const char *type);

Lansează un proces nou, care va executa comanda specificată de parametrul command. Ca implementare, se va executa sh -c command, respectiv cmd /C command, folosind un pipe pentru a redirecta intrarea standard/ieșirea standard a noului proces. Funcția întoarce o structură SO_FILE pe care apoi se pot face operațiile uzuale de citire/scriere, ca și cum ar fi un fișier obișnuit.

Valorile parametrului type pot fi:

• “r” - fișierul întors este read-only. Operațiile so_fgetc/so_fread executate pe fișier vor citi de la ieșirea standard a procesului creat.
• “w” - fișierul întors este write-only. Operațiile so_fputc/so_fwrite executate pe fișier vor scrie la intrarea standard a procesului creat.

int so_pclose(SO_FILE *stream);

Se apelează doar pentru fișierele deschise cu so_popen. Așteaptă terminarea procesului lansat de so_popen și eliberează memoria ocupată de structura SO_FILE. Întoarce codul de ieșire al procesului (cel obținut în urma apelului waitpid/GetExitCodeProcess).

• Dimensiunea bufferului unui fișier este dată de macro-ul DEFAULT_BUF_SIZE.
• Pentru simplitate, sugerăm să începeți implementarea cu so_fgetc/so_fputc. Apoi so_fread/so_fwrite pot fi implementate pe baza lor.
• Pentru fișierele deschise în unul din modurile “r”, “r+”, “w”, “w+”, cursorul va fi poziționat inițial la începutul fișierului.
• Operațiile de scriere pe un fișier deschis în modul “a” se fac ca și cum fiecare operație ar fi precedată de un seek la sfârșitul fișierului.
• Pentru fișierele deschise în modul “a+”, scrierile se fac la fel ca mai sus. În schimb, citirea se face inițial de la începutul fișierului.
• Conform standardului C, pentru fișierele deschise în modul update (i.e. toate modurile care conțin caracterul '+' la final: “r+”, “w+”, “a+”) trebuie respectate următoarele (de asemenea vor fi respectate în teste):
  • Între o operație de citire urmată de o operație de scriere trebuie intercalată o operație de fseek.
  • Între o operație de scriere urmată de o operație de citire trebuie intercalată o operație de fflush sau fseek.
• La o operație de so_fseek trebuie avute în vedere următoarele:
  • Dacă ultima operație făcută pe fișier a fost una de citire, tot bufferul trebuie invalidat.
  • Dacă ultima operație făcută pe fișier a fost una de scriere, conținutul bufferului trebuie scris în fișier.

• Tema se va realiza folosind funcții POSIX. Astfel so_fopen se va implementa folosind open, so_fgetc/so_fread folosind read, so_fputc/so_write folosind write, etc.
• În implementarea popen trebuie să închideți capetele de pipe nefolosite atât în procesul părinte cât și în procesul copil.
• Nu aveți voie să folositți funcția system()

• Tema se va realiza folosind funcții Win32. Astfel so_fopen se va implementa folosind CreateFile, so_fgetc/so_fread folosind ReadFile, so_fputc/so_write folosind WriteFile, etc.
• În implementarea popen, înainte de a apela CreateProcess, trebuie să marcați ca nemoștenibil capătul de pipe nefolosit de către procesul copil. În acest scop, puteți folosi funcția SetHandleInformation.
• Pentru a detecta EOF la citirea dintr-un pipe trebuie ca ReadFile să întoarcă FALSE, iar GetLastError să întoarcă ERROR_BROKEN_PIPE.

• Pentru simplificarea procesului de corectare a temelor, dar și pentru a reduce greșelile temelor trimise, corectarea se va realiza automat cu ajutorul testelor publice indicate în secțiunea de materiale ajutătoare.
• Există 33 teste. Se pot obține maxim 9.5 puncte prin trecerea testelor. Se acordă 0.5 puncte din oficiu.
• Testul 0 din cadrul checker-ului temei verifică automat coding style-ul surselor voastre folosind stilul de coding din kernelul Linux. Acest test valorează 5 puncte din totalul de 100. Pentru mai multe informații despre un cod de calitate citiți pagina de recomandări.
• Din punctajul temei se vor scădea automat puncte pentru întârzieri și pentru warning-uri. La revizia temei, se poate scădea suplimentar pentru nerespectarea criteriilor scrise la secțiunea de depunctări ale temelor.
• În cazuri excepționale se poate scădea mai mult decât este menționat mai sus.

Cursuri utile:

• Curs 1
• Curs 2
• Curs 3

Laboratoare utile:

• Laborator 1
• Laborator 2
• Laborator 3

Resurse:

• Header-ul so_stdio.h expus de biblioteca so_stdio.

Pagina de Upload:

• vmchecker

Pentru întrebări sau nelămuriri legate de temă folosiți lista de discuții sau canalul de IRC.