Mémoire, fichiers et entrées-sorties

Un programme en cours d'exécution dispose de plusieurs zones de mémoire. Deux nous intéressent :

• la pile (stack) : les blocs d'activation des appels de fonction, empilés et dépilés automatiquement. Rapide, de taille bornée, gérée sans que vous n'y pensiez.
• le tas (heap) : la mémoire demandée explicitement par malloc, rendue par free. Vaste, à durée de vie choisie, entièrement à votre charge en C.

Le programme demande de distinguer ces deux notions, qu'on confond volontiers.

• La portée est syntaxique : c'est la région du texte du programme où un nom désigne cette variable. En C, les accolades la délimitent.
• La durée de vie est temporelle : c'est l'intervalle pendant lequel la case mémoire existe.

Elles ne coïncident pas. Un objet du tas survit à la fonction qui l'a créé — c'est tout son intérêt.

Le système attribue à chaque processus des plages d'adresses. Toute lecture ou écriture hors de ces plages est interceptée par le matériel, et le processus est tué : c'est la segmentation violation, que le programme cite explicitement.

int* p = NULL;
*p = 1;              /* Segmentation fault */

Un fichier se présente au programme comme une suite d'octets munie d'une taille et d'un accès séquentiel : on l'ouvre, on lit ou on écrit à la position courante — qui avance — et on le ferme.

FILE* f = fopen("donnees.txt", "r");     /* "r" lecture, "w" écriture */
if (f == NULL) { /* le fichier n'existe pas, ou les droits manquent */ }
int x;
fscanf(f, "%d", &x);
fclose(f);

let f = open_in "donnees.txt" in
let ligne = input_line f in      (* lève End_of_file en fin de fichier *)
close_in f

Le programme borne l'exigence : « les seules notions exigibles sont celles permettant à un programme de gérer l'ouverture, la fermeture et l'accès à un ou plusieurs fichiers ».

Sur le disque, un fichier est un ensemble de blocs de taille fixe, pas nécessairement contigus. Un nœud d'index — l'inode — porte les métadonnées (taille, droits, dates) et la liste des blocs. Point capital : l'inode ne contient pas le nom du fichier.

Le programme demande de présenter « le partage de blocs (avec liens physiques ou symboliques) et l'organisation hiérarchique de l'espace de nommage ».

Un fichier n'est effacé que lorsque son dernier nom disparaît : rm retire un nom, pas un contenu.

Chaque inode porte des droits pour trois catégories — propriétaire, groupe, autres — et trois opérations : lecture $r$, écriture $w$, exécution $x$.

-rw-r--r--   rapport.txt     le propriétaire lit et écrit, les autres lisent
drwxr-xr-x   travaux/        un répertoire ; x signifie « on peut le traverser »

Sur un répertoire, $x$ ne veut pas dire « exécutable » mais « traversable » : sans lui, on ne peut pas accéder à ce qu'il contient, même en connaissant les noms.

Contrairement aux lettres de lecteur, un système de type Unix n'a qu'un arbre, de racine /. Un support amovible y est monté en un point : son contenu apparaît alors sous ce répertoire. Le programme attend « une expérience du montage d'un support de fichiers amovible, de la gestion des droits d'accès … de la création et du déplacement des parties de l'arborescence et de la gestion des liens ».

Tout processus démarre avec trois flux ouverts :

Un tube (pipe) branche la sortie standard d'un programme sur l'entrée standard d'un autre : les deux s'exécutent en même temps, les données circulant au fil de l'eau.

./generer | ./filtrer | ./compter

Le programme demande explicitement que « le professeur expose également ses étudiants à la réalisation d'enchaînements de programmes via des tubes ».