システムプログラミング第６回

システムプログラミング第６回 システムコールのエラーメッセージファイルシステム情報工学科篠埜　功

今日からの内容 • Linuxのシステムコールを用いたCプログラムの作成 • 今日の内容 • システムコールのエラーメッセージについて • ファイルシステム

システムコールについて • システムコールとは、カーネル内のコードを呼び出すためのC言語の関数 • ファイル、ネットワーク、キーボード等、ハードウェアとのやりとりはすべてカーネルが行う。ユーザはシステムコールを通じてカーネルにハードウェア操作を依頼する。 • 例えば、ファイルからデータを読み出す場合、getc, fgetcなどのライブラリ関数を呼ぶが、どんなライブラリ関数を呼んだとしても、最終的にはreadシステムコールが呼ばれ、カーネル内部のコードが実行される。

システムコールの実装 システムコールは、Cの関数であり、ライブラリファイル /usr/lib64/libc.aに入っている。 $ gcc -print-file-name=libc.aで表示される。システムコールであるCの関数の中で、ハードウェア割り込みを起こす命令（トラップ命令）が実行される。これにより、カーネルの割り込み処理部分に制御が移る。トラップ命令実行時にシステムコールの番号を伝え、それによってそれぞれのシステムコールに対応するカーネルのコードに制御が移ることになる。 $ ar t /usr/lib64/libc.a | less でlibc.aの中身のオブジェクトファイルリストが表示される。write.o, read.oなどが入っている。

システムコールの番号 1 exit 2 fork 3 read 4 write 5 open 6 close 7 wait 8 creat 9 link 10 unlink 11 exec 12 chdir … 今後の講義でシステムコールを少しずつ紹介する。各システムコールのC関数が番号の設定を行うので番号は知らなくてよい。

システムコールのマニュアル システムコールはmanコマンドでマニュアルを表示できる。例えば、 $ man -S 2 write でwriteシステムコールのマニュアルが表示される。 $ man write とすると、writeコマンドのマニュアルが表示される。 $ man –a write とすると、writeの名前のマニュアルがすべて(PAGERがlessの場合はqを押すごとに)順番に表示される。 manコマンドの-Sの引数には分類番号を入れる。1はコマンド、2はシステムコール、3はライブラリ関数となっている。

システムコールのエラーメッセージ • システムコールがエラーになった場合、エラー番号がerrnoという外部変数に代入されている。この番号を用いてエラーメッセージを出力するライブラリ関数perrorがあるのでそれを用いる。（errnoを直接使うプログラムは書かないほうがよい。） • 例えば、$ lsaaaのように、lsコマンドで存在しないファイル名を指定した場合に、そのようなファイルは存在しないといったメッセージが出力される。ここではperror関数が用いられている。（そのようにlsコマンドが実装されている。）

ライブラリ関数perror void perror (char *s) ライブラリ関数perrorは文字列（charへのポインタ）を引数として受け取り、それを出力し、コロンと空白を出力したあとにシステムコールのエラーメッセージを表示する。

ファイルの１文字目を表示する例（入力して実行、後で詳述）ファイルの１文字目を表示する例（入力して実行、後で詳述） #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #define ERR -1 int main (void) { intfd, n; char c; if ((fd = open ("test", O_RDONLY)) == ERR) { perror ("open"); exit(1);} /* 続き */ if ( (n = read (fd, &c, 1) ) > 0 ) printf ("1文字目は%cです。\n", c); if (n==ERR) { perror ("read"); exit(1); } if (close (fd) == ERR) { perror ("close"); exit(1); } return 0; }

演習課題 さきほどのプログラムを参考にして、テキストファイルの２文字目まで表示するプログラムをopenシステムコール, readシステムコールを使って作成せよ。（さきほどと同様、printfは使うことにする。）

ファイル、プロセス • OS(Linux)は、ファイルとプロセスを木構造で管理する。 • まず、ファイルの木構造について学習する。

ファイル操作のシステムコール ファイルはOS(Linux)が管理している。ファイルの操作等を行うためのシステムコールが提供される。 open, creat, close, read, write, lseek, dup, dup2等がある。今日はopen, close, read, writeの解説を行う。この前に、まず、ファイルの基本事項の説明を行う。

ファイルとは UNIX系OSではファイルは１つの木構造で管理される。ルートディレクトリ以外は、すべてのファイルには親（ディレクトリ）がある。ディレクトリもファイルの一種であり、そのディレクトリの子供のファイルの名前を保持しているファイルである。ディレクトリファイルも、（ルートディレクトリ以外は）何らかのディレクトリの子供である。すべてのファイルはルートディレクトリから親子関係を辿ることによって到達できる。

デバイスファイル • UNIXでは、端末、ディスク、磁気テープ、プリンタなどの周辺機器やメモリなどの装置のそれぞれに対応するファイルがある。特殊ファイル、あるいはスペシャルファイルとも呼ばれる。デバイスドライバに対するインタフェースであり、ファイルを扱うシステムコールで操作できる。これらのファイルは通常/devディレクトリ以下にある。 • デバイスは次の２種類に分けられる。 • 　キャラクタデバイス--- 端末やプリンタなど、文字単位で入出力を行う装置 • 　ブロックデバイス --- ディスクや磁気テープ装置など、データをある程度まとまったブロック単位で処理する装置

ファイル名、パス名 • ファイルには、名前がある。それをファイル名という。ディレクトリが違えば同じファイル名であっても別のファイルである。 • パス名は、経路（パス）をファイル名の前につけたものである。 • ファイル名は255文字以内、パス名は4095文字以内。大文字、小文字、数字、ピリオド、ハイフン、アンダーバーが使える。ファイル名に日本語は使えるが、現状では使わないのが無難。

絶対パス、相対パス • 絶対パス --- ルートディレクトリから下向きに辿るパス • 相対パス --- 現在のディレクトリからの相対的な経路で表すパス名で、上に行くこともある。 • ピリオド --- 現在のディレクトリ(current directory)を表す。 • ピリオド２つ --- 親ディレクトリを表す。（例） ../.. は２つ上の親のディレクトリを表す。

ピリオドの役割 ピリオド . はカレントディレクトリを表す。カレントディレクトリの実行形式ファイルを実行するとき、 $ ./test のようにして実行する。単にファイル名を $ test のように打った場合は、testという実行形式ファイルを、環境変数PATHに格納されているディレクトリの中から順番に探すことになる。PATHに . が指定されていない場合は、カレントディレクトリにtestがあっても実行できない。また、testがシェルの内部コマンドだったり（実際はそうではないが）、PATHのディレクトリにある実行ファイルだと、そちらが実行される。(実際に、/usr/bin/testが存在しており、/usr/binは（設定を変えてなければ）PATHに入っている。)

ホームディレクトリ ログイン時のディレクトリをホームディレクトリという。通常、/homeの下に作成される。（rootというユーザ（スーパーユーザ）のホームディレクトリは/rootである）。演習室では、（私sasanoの場合）/home/sitの下にある。ディレクトリを変更するコマンドがcd（シェルの内部コマンド）であり、これはchdirシステムコールを使って実現されている。ホームディレクトリはチルダ~で表される。

ファイルの保護 ファイルを他人（他のユーザ）に見られないように、permissionの指定ができる。 $ ls –al で確認できる。 d rwxrwxrwx の最初の桁以外は変更できる。最初がdだとディレクトリ、-は一般のファイル。そのあとは、owner, group, otherに対する読み書き実行の許可を表す。（例） -rw-r—r--だと、一般ファイルで、所有者は読み書き、グループメンバーとその他のユーザは読み出しのみ許可。

Permissionの変更 Permissionの変更はchmodコマンドで行う。 $ chmodモードファイル名モードは、rwxの組を3桁の2進数と考え、これを8進１桁で表わし、8進３桁で指定することができる。例えば、rw-r--r--にしたい場合は644とする。 chmodは、chmodシステムコールを使って実現されている。

ファイルの所有者 ファイルには所有者、グループが関連づけられている。 $ ls –l で確認できる。ファイルの所有者の変更はchownコマンド、グループの変更はchgrpコマンドで行う。これらはchownシステムコールを使って実現されている。ただし、所有者とスーパーユーザ以外は変更できない。

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