Linux API. Исчерпывающее руководство

Выше говорилось, что инструкции переходов goto могут создавать трудности при чтении программы. В свою очередь, нелокальные переходы могут на порядок затруднить чтение, поскольку способны передавать управление между двумя любыми функциями программы. Таким образом, использование функций setjmp() и longjmp() должно стать редким исключением. Лучше потратить дополнительные усилия в проектировании и написании кода, чтобы получить программу, в которой удастся обойтись без этих функций, и в результате она станет легче читаемой и, возможно, более портируемой. Мы еще будем рассматривать варианты этих функций (sigsetjmp() и siglongjmp(), описание которых дается в подразделе 21.2.1) при изучении сигналов, поскольку их иногда полезно применять при написании обработчиков сигналов.

6.9. Резюме

У каждого процесса есть свой уникальный идентификатор, и он содержит запись идентификатора своего родительского процесса.

Виртуальная память процесса логически разделена на несколько сегментов: текстовый, сегмент данных (инициализированных и неинициализированных), стека и кучи.

Стек состоит из последовательности фреймов, при этом новый фрейм добавляется при вызове функции и удаляется при возвращении из этой функции. Каждый фрейм содержит локальные переменные, аргументы функций и информацию, связанную с вызовом для отдельно взятого вызова функции.

Аргументы командной строки, предоставляемые при запуске программы, становятся доступны через аргументы argc и argv функции main(). По соглашению в argv[0] содержится имя, использованное для вызова программы.

Каждый процесс получает копию списка переменных среды своего родительского процесса, представляющего собой набор из пар «имя-значение». Доступ процесса к переменным в его списке переменных среды и возможность их изменения предоставляется через глобальную переменную environ и посредством различных библиотечных функций.

Функции setjmp() и longjmp() предлагают способ выполнения нелокальных переходов из одной функции в другую (с раскруткой стека). Чтобы избежать проблем с оптимизацией в ходе компиляции, при использовании этих функций может понадобиться объявлять переменные с модификатором volatile. Нелокальные переходы могут отрицательно сказаться на читаемости программы и затруднить ее сопровождение, поэтому по возможности их нужно избегать.

Дополнительная информация

Подробное описание системы управления виртуальной памятью можно найти в изданиях [Tanenbaum, 2007] и [Vahalia, 1996]. Алгоритмы управления памятью, используемые в ядре Linux, и соответствующий им код подробно рассмотрены в книге [Gorman, 2004].

6.10. Упражнения

6.1. Скомпилируйте программу из листинга 6.1 (mem_segments.c) и выведите на экран ее размер, воспользовавшись командой ls — l. Хотя программа содержит массив (mbuf), размер которого приблизительно составляет 10 Мбайт, размер исполняемого файла существенно меньше. Почему?

6.2. Напишите программу, чтобы посмотреть, что случится, если попытаться осуществить переход с помощью функции longjmp() в функцию, возвращение из которой уже произошло.

6.3. Реализуйте функции setenv() и unsetenv(), используя функции getenv(), putenv() и там, где это необходимо, код, который изменяет массив environ напрямую. Ваша версия функции unsetenv() должна проверять наличие нескольких определений переменной среды и удалять все определения (точно так же, как это делает glibc-версия функции unsetenv()).

7. Выделение памяти

Почти все системные программы должны обладать возможностью выделения дополнительной памяти для динамических структур данных. Например, такая память нужна для работы связанных списков и двоичных деревьев, чей размер зависит от информации, доступной только в ходе выполнения программы. В этой главе рассматриваются функции, используемые для выделения памяти в куче или стеке.

7.1. Выделение памяти в куче

Процесс может выделить память, увеличив размер кучи (сегмента непрерывной виртуальной памяти переменного размера), который начинается сразу же после сегмента неинициализированных данных процесса и увеличивается/уменьшается по мере выделения/высвобождения памяти (см. рис. 6.1). Текущее ограничение кучи называется крайней точкой программы (program break).

Для выделения памяти в программах на языке C обычно используется семейство функций malloc, которое мы вскоре рассмотрим. Но сначала разберем функции brk() и sbrk(), на применении которых основана работа функций malloc.

7.1.1. Установка крайней точки программы: brk() и sbrk()