執行庫 I O初始化之「檔案」控制代碼管理

2021-08-09 07:37:29 字數 3024 閱讀 6619

此前討論過一般認為的程式入口main()函式並非實際上程式真正的入口,在進入main()程式設計師設計的運算邏輯之前,執行庫需要完成一系列的準備工作,包括引數入棧、堆初始化以及i/o初始化。在作業系統中,i/o一般是指代硬體外設或磁碟,但從軟體的角度,任何具有輸入輸出操作的都可抽象為「檔案」,一般在系統中都是用控制代碼handle(類似指標)來指代程序中需要開啟的某一具體檔案,而程序中也配備中乙個二維陣列「開啟檔案列表」來管理該程序所依賴的所有「檔案」。最經典的莫過於標準輸入輸出三兄弟(標準輸入stdin、標準輸出stdout、標準錯誤輸出stderr),任何程式在執行之前必須首先完成這三兄弟的初始化。

以下將通過linux系統中ioinit.c中的i/o初始化程式的偽**進行檔案控制代碼管理初始化的分析。

在crt/src/ioinit.c中有乙個陣列

int _nhandle;

ioinfo * _pioinfo[64]; //等效於ioinfo _pioinfo[64][32]

/*這個二維陣列便是程序使用者態的開啟檔案表,所以程序可容納的控制代碼是64*32 = 2048,

驗證了控制代碼資源的有限性,而n_handle則記錄了該錶的實際元素個數。只所以使用而不是

二維陣列的原因是使用指標陣列更加節省空間,而如果使用二維陣列,則不論程式裡開啟了

幾個檔案都必須始終消耗2048個ioinfo的空間。*/

/*file結構中_file值和「開啟檔案列表」兩維陣列_pioinfo的下標直接關聯。

在windows中_file的5到10位用來表示兩維陣列的第一維下標,0到4位表示第二維下標。

_ioinit()函式初始化了__pioinfo陣列的第乙個二級陣列:

*/if( (pio = _malloc_crt( 32 * sizeof(ioinfo)) ) == null )

__pioinfo[0] = pio; //給開啟列表二維陣列的第乙個子陣列分配空間

_nhandle = 32;

for(; pio < __pioinfo[0]+32; pio++)

/*接下來_ioinit的工作是講一些預定義的開啟檔案給初始化,這包括兩部分:

1.從父程序繼承的開啟檔案控制代碼,檔乙個程序呼叫api建立新程序的時候,

可以選擇繼承自己的開啟檔案控制代碼,如果繼承,子程序可以直接使用父程序的開啟檔案控制代碼;

*/void getstartupinfo(startupinfo* lpstartupinfo);

/*關於cbreserved2和lpreserved2這兩個欄位的用途沒有正式文件說明,

但這兩個字段便是用來傳輸開啟檔案控制代碼的,當這兩個欄位都不為0時,

則意味著當前程序從父程序中繼承了一些開啟檔案控制代碼。

lpserverd2是乙個指標,指向一塊記憶體,該塊記憶體的結構如下:

位元組[0,3]:傳遞控制代碼的數量n

位元組[4,3+n]:每乙個控制代碼的屬性(各1byte,對應ioinfo結構的_osfile欄位)

位元組[4+n:]:每乙個控制代碼的值(對應n個intptr_t型別資料,同ioinfo結構的_osfhnd欄位)

*/typedef

struct _startupinfo

startupinfo

//_ioinit函式使用如下**獲得該記憶體區域的資料:

cfi_len = *(__unaligned int *) (startupinfo.lpreserved2);//__unaligned關鍵字告訴編譯器該指

//針可能指向乙個沒有進行資料對齊的位址,編譯器會插入一些**來避免發生資料未對齊而產生的錯誤。

posfile = (char *)(startupinfo.lpreserved2) + sizeof(int);//使posfile指向繼承控制代碼的_osfile欄位陣列

posfhnd = (__unaligned intptr_t *)(posfile + cfi_len);//使posfhnd指向繼承控制代碼的_osfhnd欄位陣列

cfi_len = __min( cfi_len, 32*64 );

for( i=1; _nhandleif( (pio=_malloc_crt(32*sizeof(ioinfo))) == null)

__pioinfo[i] = pio;

_nhandle += 32;//_nhandle總是等於當前二維陣列中已經分配空間的元素數量

for(; pio< __pioinfo[i] + 32; pio++)}/*

這個迴圈中,fh從0遞增,每次通過_pioinfo巨集轉換為開啟檔案列表中連續的對應元素,而posfile和postfhnd

則依次遞增以遍歷從父程序繼承來的控制代碼集合的每乙個資料。複製過程中一些不符合條件的控制代碼會被過濾

*/for(fh=0; fhif( (*posfhnd != (intptr_t)invalid_handle_value) &&

(*posfile & fopen) &&

((*posfile & fpipe) || ( getfiletype( (handle)*posfhnd ) != file_type_unknown ) ) )

//遍歷賦值,若當前的控制代碼存在並且檔案屬性為開啟,且檔案型別不為unknown或檔案為管道檔案,

//則可以進行賦值填充進子程序的乙個ioinfo資料結構中

}/*2.作業系統提供的stdin, stdout, stderr三個標準「檔案」的控制代碼。

每個程序只有實現了這三個標準輸入輸出檔案控制代碼,才能使用標準輸入輸出。

初始化stdin\stdout\stderr三個標準檔案的控制代碼結構,有可能從父程序中繼承來了,故而需要判斷

*/for(fh=0; fh<3; fh++)

else

pio->osfile |= fdev;

}else

pio->osfile |= ftext;

}/*如果0,1,2號控制代碼(stdin\stdout\stderr)無效(沒有從父程序中繼承),

那麼_ioinit會使用getstdhandle函式獲取預設的標準輸入輸出控制代碼。*/

//至此所有的i/o初始化完成了,所有的i/o函式可以自由使用了。

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