Hauptthemen

• Dateien und Dateisysteme
• Schnittstellen für Dateioperationen in C

Zusatzinhalte

• Festplatten
• RAID

• Daten auf einer Festplatte werden meistens zu abgeschlossenen Datenmengen, zu sogenannten Dateien abgefasst
• Dateien können je nach Anwendung in unterschiedlichsten Dateiformaten vorliegen und besitzen neben einen Dateinamen weitere Meta-Informationen wie Dateigröße, Besitzer, etc…
• Das Dateisystem legt fest, wie und wo Dateien auf der Festplatte gehalten, geschrieben und gelöscht werden

• Viele Dateisysteme erlauben das organisieren von Dateien in Verzeichnisstrukturen
  • Rekursive, baumartige Struktur (Verzeichnisbaum)
• Jede Datei besitzt einen eindeutigen Dateipfad

• UNIX-Systeme bilden unterschiedliche Betriebsmittel auf das Dateisystem (als ‘nichtreguläre Dateien’) ab:
  • Symbolische Links
  • E/A-Geräte und Datenträger
  • Feststehende Programmverbindungen (Named Pipes / FIFOs)
  • Netzwerkkommunikationsendpunkte (Sockets)
• Eine wie zuvor definierte Datei wird als regulär bezeichnet

• Unter Linux gibt es mehrere Möglichkeiten
  • Syscall-Wrapper der C-Bibliothek (“low-level”), z.B. open(2)
  • Arbeitet mit Dateideskriptoren.
  • Nur eingeschränkt auf andere Betriebssysteme anwendbar

  int open(const char *path, int flags)
    syscall(__NR_open, path, flags)

  • Abstrakte Stream-Schnittstelle in C (“high-level”), z.B. fopen(3) aus stdio.h
  • Abstraktion von Dateideskriptoren zu (gepuffertem) Strom

  FILE* fopen(const char *path, const char *mode)

• open(2): Datei öffnen
  • int open(const char *path, int flags)
  • Gibt Dateideskriptor zurück - wird später benötigt
• read(2): Aus Datei lesen
  • size_t read(int fd, void *buf, size_t count)
• lseek(2): Schreib-/Leseposition verändern
  • off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)
• close(2): Offene Datei schließen
  • int close(int fd)
• Standardisierte Schnittstelle, u.a. in POSIX.1-2001

• Abstrakter, plattformübergreifender Kommunikationskanal (z.B. unter Windows)
• Teil des C-Standards!
• Interne Pufferung: Blockweises Lesen → höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit
• Unabhängiges Lesen und Schreiben an verschiedenen Positionen
• Stream-Repräsentation durch struct FILE
• Definierte Standard-Streams: stdin, stdout, stderr

• fopen(3): Datei öffnen
  • FILE* fopen(const char *path, const char *mode)
  • mode: z.B. “r” (Lesen), “r+” (Schreiben & Lesen), “a” (Anhängen)
    • Gibt Zeiger auf FILE-Datenstruktur zurück - wird später benötigt
• fread(3): Aus Datei lesen
  • size_t fread(void *buf, size_t itemsize, size_t count, FILE *stream)
• fseek(3): Schreib-/Leseposition verändern
  • off_t fseek(FILE *stream, off_t offset, int whence)
• fclose(3): Offene Datei schließen
  • int fclose(FILE *stream)

• ftell(3): Gibt den Datei-Positionszeiger für den Stream stream aus
  • long ftell(FILE *stream)
• fscanf(3): Liest den Inhalt einer Datei gemäß Formatstring aus
  • int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)
  • Funktioniert wie scanf(3)
• fprintf(3): Schreibt einen formatierten String in eine Datei
  • int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)
  • Analog zu printf(3)
• Ebenfalls standardisierte Schnittstelle, u.a. in POSIX.1-2001

• Das FILE-Objekt enthält neben dem Dateideskriptor zum identifizieren einer geöffneten Datei auch den Modus sowie Zeiger auf den Puffer inklusive den Positionszeiger
• Achtung: Auf die Felder des FILE-Objekts darf nicht direkt zugegriffen werden, da dies laut C-Standard zu undefinierten Verhalten führt!
• Je nach System unterscheiden sich die Implementierungen von FILE
• DIR-Objekt als Analogon für Verzeichnisse

• Dateien haben verschiedene Eigenschaften
  • Typ, Eigentümer:in (Nutzer:in und Gruppe), Größe, Berechtigungen
• Abfrage mit int stat(const char* pathname, struct stat* statbuf);
  • Untersucht die Datei bzw. das dateiartige Objekt auf welches der Pfad path verweist und liefert bei Erfolg 0
  • Die Resultate dieser Untersuchung werden in finfo gespeichert
  • S_ISREG(statbuf.st_mode) liefert für eine reguläre Datei true
  • S_ISDIR(statbuf.st_mode) liefert für ein Verzeichnis true

• opendir(3): Öffnet ein Verzeichnis zum Lesen
  • DIR* opendir(const char *path)
  • Liefert einen Zeiger auf DIR-Datenstruktur - wird später benötigt
• readdir(3): Liest den nächsten Eintrag aus dem Verzeichnis
  • struct dirent* opendir(DIR *dir)
  • Liefer einen Zeiger auf dirent-Datenstruktur
  • Gibt Auskunft über den aktuellen Eintrag im Verzeichnis
  • Siehe man 3 readdir
• closedir(3): Schließt das aktuelle Verzeichnis
  • int closedir(DIR *dir)

• Speicherplatz für zu konstruierenden Pfad sicherstellen
• Benötigter Speicher hängt von der Länge ab
  • “foo/bar.txt” vs. “irgendein/furchtbar/langer/Pfad.txt”
• Zur Erinnerung:
  • Länge einer Zeichenkette mit strlen(3) bestimmen
  • Speicher mit malloc(3) allozieren un später freigeben (free(3))

int bufsize = strlen("foo") + strlen("bar") + 2;

char *buf = malloc(bufsize);
if (buf == NULL) { /* Fehler */ }

snprintf (buf, bufsize, "%s/%s", "foo", "bar");
// buf enthält jetzt "foo/bar" (inkl. Nullterminator)