===== Elementy programowania systemowego =====

==== Przygotuj się do laboratorium ====

  * Proszę przypomnieć sobie, w jaki sposób kompiluje się programy w języku C w środowisku Unix (np. [[https://www.cyberciti.biz/faq/howto-compile-and-run-c-cplusplus-code-in-linux/|zajrzeć tutaj]]).
  * Proszę przejrzeć manual do funkcji systemowych: **''open(2)''**, **''creat(2)''**, **''read(2)''**, **''write(2)''**, **''stat(2)''**, **''close(2)''**, \\ jak również manuale do funkcji: **''getenv(3)''**, **''putenv(3)''**, **''setenv(3)''** \\ oraz do zmiennych: **''errno(3)''**, **''environ(7)''**.

==== Wiedza ====

=== 1. Operacje na plikach ===

  * W systemie Unix dostęp do danych realizowany jest przez pliki. Dostęp procesów do samych plików jest realizowany przez __**deskryptory plików**__. Każdy proces ma pulę 20 deskryptorów (0-19), które mogą być przypisane do plików, potoków, itp. Deskryptory są używane we //wszystkich// funkcjach operujących na plikach. Deskryptor jest reprezentowany przez typ ''int''.
  * **Tworzenie pliku**: zob. manual do funkcji ''creat(2)''
  * **Otwarcie pliku**: zob. manual do funkcji ''open(2)''
    * Funkcja ''creat()'' jest szczególnym przypadkiem ''open()'' - na serwerze SPK mają dokładnie tę samą stronę w manualu.
  * **Czytanie z pliku**: zob. manual do funkcji ''read(2)''
  * **Zapis do pliku**: zob. manual do funkcji ''write(2)''
  * **Zamknięcie pliku**: zob. manual do funkcji ''close(2)''

System udostępnia również kilka funkcji oferujących zaawansowane operacje na plikach:
  * do zarządzania prawami dostępu służą np.: ''chmod(2)'', ''chown(2)'',
  * funkcje ''access(2)'', ''lseek(2)'', czy ''link(2)'' zwiększają możliwości operowania na plikach,
  * ''stat(2)'' zwraca **informacje o pliku**.

=== 2. Podstawowe operacje na katalogach ===

  * Katalogi implementowane są przez zwykłe pliki (co oznacza, że można na nich używać funkcji dla plików).
  * W systemie Unix występuje również szereg funkcji upraszczających pracę z katalogami, m.in.:
    * ''opendir(3)'', ''closedir(3)'',
    * ''scandir(3)''.

=== 3. Praca z procesami ===

  * Środowisko pracy:
    * ogólny opis w ''environ(7)'',
    * funkcje operujące na środowisku: ''getenv(3)'', ''putenv(3)'', ''setenv(3)''.
  * Uruchamianie nowych programów w obrębie bieżącego procesu:
    * odpowiedzialna funkcja: ''execve(2)''
    * "wrapperami" dla użytkownika jest grupa funkcji ''exec(3)'' [czym się różnią między sobą?]
    * Nie należy ich mylić z funkcją ''system(3)'', która uruchamia zewnętrzne polecenie w osobnym procesie (i zbiera wyjście)
  * Tworzenie nowych procesów:
    * Funkcja ''fork(2)''
    * Tworzy ona proces potomny będący kopią procesu macierzystego, który dziedziczy jego środowisko pracy.

==== Ćwiczenia ====

=== I. Operacje na plikach ===

  - Proszę ściągnąć i obejrzeć poniższy program, a następnie zrealizować polecenia umieszczone w kolejnych podpunktach: <code c f1.c>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define BUFSIZE 1024

int main (int argc, char **argv) {
    int f1, c;
    char b[BUFSIZE], *n1;

    c = 10;
    n1 = argv[1];

    f1 = open (n1, O_RDONLY);
    read (f1, b, c);
    printf("%s: Przeczytano %d znaków z pliku %s: \"%s\"\n",
	   argv[0], c, n1, b);
    close(f1);

    return(0);
}
</code>
    - skompiluj program: <code bash>gcc -Wall -ansi -pedantic f1.c -o f1</code>
    - uruchom program podając jako argument stworzony wcześniej plik tekstowy
    - rozbuduj program o sprawdzanie liczby argumentów wywołania
    - rozbuduj program o sprawdzanie rezultatu funkcji ''open()'' i ''read()''
      * wskazówka 1: co powinien wypisywać ''printf()'' jako liczbę przeczytanych znaków?
      * wskazówka 2: dlaczego przy wypisywaniu znaków, czasami na końcu wyświetlane są "śmieci"?
  - Proszę ściągnąć i obejrzeć poniższy program, a następnie zrealizować polecenia umieszczone w kolejnych podpunktach: <code c f2.c>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
 
#define BUFSIZE 1024

int main (int argc, char **argv) {
    int f1, f2, c;
    char b[BUFSIZE], *n1, *n2;

    c = 10;
    n1 = argv[1];
    n2 = argv[2];

    f1 = open (n1, O_RDONLY);
    read (f1, b, c);
    printf("%s: Przeczytano %d znaków z pliku %s: \"%s\"\n",
	   argv[0], c, n1, b);

    f2 = open (n2, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0600);
    write (f2, b, c);
    printf("%s: Zapisano %d znaków do pliku %s: \"%s\"\n",
	   argv[0], c, n2, b);

    close(f1);
    close(f2);

    return(0);
}
</code>
    - skompiluj program: <code bash>gcc -Wall -ansi -pedantic f2.c -o f2</code>
    - uruchom program [ile i jakich argumentów należy podać? co ma robić program?]
    - rozbuduj program o funkcje z 1. programu
    - rozbuduj program o możliwość kopiowania pliku dowolnej długości

=== II. Podstawowe operacje na katalogach ===

  - Proszę ściągnąć, obejrzeć, skompilować i uruchomić poniższy program (jest to prymitywny program typu //ls//), a następnie zrealizować polecenia umieszczone w kolejnych podpunktach: <code c d2.c>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/dir.h>

#define MAX_CHAR 200

int main(int argc, char **argv) {
    int t;
    struct direct *e;
    DIR *d;
    struct stat s;
    char p[MAX_CHAR];

    d = opendir(argv[1]);
    while ((e = readdir(d)) != 0)  {
	printf("%d %s", (int)e->d_ino, e->d_name);
	if (strcmp(e->d_name, ".") != 0 &&
	    strcmp(e->d_name, "..") != 0)
	    printf("\n");
	else {
	    p[0] = 0;
	    strcat(p, argv[1]);
	    strcat(p, "/");
	    strcat(p, e->d_name);
	    t = stat(p, &s); 
	    if (S_ISDIR(s.st_mode)) 
		printf("/");
	    printf("\n");
	}
    }
    closedir(d);
    return 0;
}
</code>
    - rozbuduj program o precyzyjne sprawdzanie wartości zwracanych przez funkcje, a co za tym idzie podstawową diagnostykę błędów
    - rozbuduj program o jak najwięcej funkcjonalności polecenia ''ls'', czyli czytanie kolejnych danych zwracanych przez funkcję ''stat()''
    - rozbuduj program o możliwość wyświetlania zawartości podkatalogów

=== III. Praca z procesami ===

  - Proszę ściągnąć, obejrzeć, skompilować i uruchomić poniższy program: <code c p1.c>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

extern char **environ;  /* można skorzystać ze zmiennej environ z unistd.h ... */

int main (int argc, char **argv, char **envp) {  /* ... albo z trzeciego argumentu main() */
    int i;

    printf("Srodowisko procesu:\n");
    for (i = 0; envp[i] != NULL;i++)
	printf("%s\n", envp[i]);

    return 0;
}
</code>
    - zmodyfikuj program, aby pozwalał na wypisanie i zmianę wartości wybranej zmiennej środowiskowej
  - Proszę ściągnąć, obejrzeć, skompilować i uruchomić poniższy program: <code c p2.c>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

extern char **environ;

int main (int argc, char **argv, char **envp) {

    printf("Poczatek procesu.\n");

    system("echo ala ma kota");
    printf("Dalszy ciag kodu...\n");

    execl("/bin/echo", "echo", "jakis napis", NULL);
    printf("Koniec kodu...\n");

    return 0;
}
</code>
    - jaka jest różnica pomiędzy funkcjami ''system()'' a ''exec()''?
    - zmodyfikuj program tak, aby działał tak samo przy użyciu innych wywołań z rodziny funkcji ''exec()''
  - Proszę ściągnąć, obejrzeć, skompilować i uruchomić poniższy program: <code c p3.c>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

extern char **environ;

int main (int argc, char **argv, char **envp) {
    int p=0;

    printf("Poczatek procesu...\n");
    p = fork();
    printf("Tu jestem: %d\n", p);

    return 0;
}
</code>
    - jak działa program? Dlaczego?
  - Dla lepszego zrozumienia proszę obejrzeć i uruchomić kolejny program: <code c p4.c>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

extern char **environ;

int main (int argc, char **argv, char **envp) {
    int p=0;

    printf("%s[%d]: Poczatek procesu glownego...\n",
	   *argv, getpid());
    p = fork();
    if (p == -1)
	printf("%s[%d]: BLAD! Nie moge stworzyc procesu!\n",
	       *argv, getpid());
    else if (p > 0) {
	printf("%s[%d]: To dalej ja, proces glowny...\n",
	       *argv, getpid());
	sleep(5);
    }
    else if (p == 0) {
	printf("%s[%d]: Jestem procesem potomnym, moj rodzic to: [%d]...\n",
	       *argv, getpid(), getppid());
	exit(0);
    }

    printf("%s[%d]: Koniec procesu glownego...\n",
	   *argv, getpid());
    return 0;
}
</code>
    - proszę otoczyć komentarzem wywołanie funkcji ''sleep()'', jak to wpłynie na działanie procesów?
  - Proszę ściągnąć, obejrzeć, skompilować i uruchomić poniższy program (i zobaczyć w jaki sposób proces macierzysty może czekać na procesy potomne): <code c p5.c>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

extern char **environ;

int main (int argc, char **argv, char **envp) {
    int p=0, p1=0;

    printf("%s[%d]: Poczatek procesu glownego...\n",
	   *argv, getpid());
    p = fork();
    if (p == -1)
	printf("%s[%d]: BLAD! Nie moge stworzyc procesu!\n",
	       *argv, getpid());
    else if (p > 0) {
	printf("%s[%d]: To dalej ja, proces glowny...\n",
	       *argv, getpid());
    }
    else if (p == 0) {
	printf("%s[%d]: Jestem procesem potomnym, moj rodzic to: [%d]...\n",
	       *argv, getpid(), getppid());
	sleep(5);
	printf("%s[%d]: Koncze ze soba!\n",
	       *argv, getpid());
	exit(0);
    }

    p1=wait(NULL);
    printf("%s[%d]: Jestem bezdzietny, nie ma juz: %d :(\n",
	   *argv, getpid(), p1);

    printf("%s[%d]: Koniec procesu glownego.\n",
	   *argv, getpid());
    return 0;
}
</code>
    - tutaj również otocz komentarzem wywołanie funkcji ''sleep()'' - co się zmieniło? czym różni się ten program od poprzedniego?
  - Proszę ściągnąć, obejrzeć, skompilować i uruchomić poniższy program (i zobaczyć w jaki sposób można zmienić program dla wybranych procesów): <code c p6.c>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

extern char **environ;

int main (int argc, char **argv, char **envp) {
    int p=0, p1=0;

    printf("%s[%d]: Poczatek procesu glownego...\n",
	   *argv, getpid());
    p = fork();
    if (p == -1)
	printf("%s[%d]: BLAD! Nie moge stworzyc procesu!\n",
	       *argv, getpid());
    else if (p > 0) {
	printf("%s[%d]: To dalej ja, proces glowny...\n",
	       *argv, getpid());
    }
    else if (p == 0) {
	printf("%s[%d]: Jestem procesem potomnym, moj rodzic to: [%d]...\n",
	       *argv, getpid(), getppid());
	printf("%s[%d]: Moge byc kims innym!\n",
	       *argv, getpid());
	execl("/bin/echo", "echo", "moge stac sie programem ktory cos pisze!", NULL);
    }

    p1=wait(NULL);
    printf("%s[%d]: Jestem bezdzietny, nie ma juz: %d :(\n",
	   *argv, getpid(), p1);

    printf("%s[%d]: Koniec procesu glownego.\n",
	   *argv, getpid());
    return 0;
}
</code>
  - Proszę ściągnąć, obejrzeć, skompilować i uruchomić poniższy program: <code c p7.c>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>

#define BUFSIZE 1024
#define CPC 5
#define NC 5

extern char **environ;

int main (int argc, char **argv, char **envp) {
    int p=0, p1=0, f, n=5, c, i, j;
    char *b, *n1;

    c = NC;
    n1 = argv[1];

    printf("%s[%d]: Poczatek procesu glownego...\n",
	   *argv, getpid());
    f = open(n1, O_RDONLY);
    for (i=0; i<n; i++) {
	p = fork();
	if (p == -1)
	    printf("%s[%d]: BLAD! Nie moge stworzyc procesu!\n",
		   *argv, getpid());
	else if (p > 0) {
	    printf("%s[%d]: To dalej ja, proces glowny...\n",
		   *argv, getpid());
	}
	else if (p == 0) {
	    printf("%s[%d]: Jestem procesem potomnym, moj rodzic to: [%d]...\n",
		   *argv, getpid(), getppid());
	    sleep(1);
	    lseek(f, i*CPC, SEEK_SET);
	    b = malloc(sizeof(char)*c+1);
	    j = read (f, b, c);
	    b[c+1]='\n';
	    printf("%s: Przeczytano %d znaków, poczynajac od: %d,  z pliku %s: \"%s\"\n",
		   argv[0], j, i*CPC, n1, b);
	    free(b);
	    exit(0);
	}
    }

    p1=wait(NULL);
    printf("%s[%d]: Jestem bezdzietny, ostatnie dziecko to: %d :(\n",
	   *argv, getpid(), p1);
    close(f);
    printf("%s[%d]: Koniec procesu glownego.\n",
	   *argv, getpid());
    return 0;
}
</code>
    - ważna obserwacja: proces potomny dziedziczy środowisko, wraz z kopiami deskryptorów plików
    - ten program tak naprawdę nie czeka na zakończenie wszystkich swoich procesów potomnych - popraw go odpowiednio
    - proszę przeanalizować i zmodyfikować powyższy program, np. tak, aby czytał inne fragmenty pliku, lub wykonywał równolegle inne operacje