20145223《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

20145223 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

教材学习内容总结——系统级I/O

1.输入/输出（I/O）是在主存和外部设备（如磁盘驱动器、终端和网络）之间拷贝数据的过程。输入就是从I/O设备拷贝数据到主存，而输出就是从主存拷贝数据到I/O设备。所有语言的运行时系统都提供执行I/O的较高级别的工具。例如，ANSI C提供标准I/O库，包含像printf和scanf这样执行带缓冲区的I/O函数。C++语言用它的重载操作符<<（输出）和>>（输入）提供了类似的功能。在UNIX系统中，是通过使用由内核提供的系统级Unix I/O函数来实现这些比较高级的I/O函数的。

2. Unix I/O——每个unix文件都是一个m字节的序列，所有I/O设备如网络、磁盘和终端都被模型化为文件，而输入和输出就是对这些文件的读写操作。

（1）打开文件：一个应用程序通过要求内核打开相应的文件，来宣告它想要访问一个I/O设备，内核返回一个**小的非负整数**，叫做**描述符**。
//unix系统创建每个进程的时候都有三个打开的文件：标准输入(描述符0)；标准输出(描述符1），标准错误(描述符2）。

（2）改变当前的文件位置：对于每个打开的文件，内核保持着一个文件位置k（从文件开头起始的字节偏移量）。

（3）读写文件。读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器，从当前文件位置k开始，然后将k增加到k+n。给定一个m字节的文件，当k>=m时执行读操作会触发一个称为end-of-file（EOF）的条件

（4）关闭文件。应用通知内核关闭这个文件；作为响应，内核释放文件打开时创建的数据结构，并将这个描述符恢复到可用的描述符池当中。

3.打开和关闭文件

进程是通过调用open函数来打开一个已存在的文件或者创建一个新文件：

#include  <sys/type.h>'

#include <sys/stat.h>'

#include <fcntl.h>`

int open(char  *filename,  int flags, mode_t  mode);`

      //返回：若成功则为新文件描述符，若出错为-1.

open函数将filename转换为一个文件描述符，并且返回描述符数字。返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符。flags参数指明了进程打算如何访问这个文件：

fd=Open("foo.txt",O_RDONLY,0);如何以读的方式 打开一个已存在的文件

//flags参数也可以是一个或者更多位掩码的或，提供一些额外的指示。

O_RDONLY:只读。
O_WRONLY:只写。
O_RDWR：可读可写。

fd=Open("foo.txt",O_WRONLY|O_APPEND,0);//打开一个已存在的文件并在后面添加一些数据

·-O_CREAT：如果文件不存在，就创建他的一个截断的（truncated)（空）文件。
·-O_TRUNC：如果文件已经存在，就截断它。
·-O_APPEND：在每次写操作前，设置文件位置到文件的结尾处。
//mode参数指定新文件的访问权限位。作为上下文的一部分，每个进程都有一个umask；当进程通过带某个带mode参数的open函数用来创建一个新文件的时候，文件的访问权限位被设置为mode & ~umask。 以上为访问权限位。在sys/stat.h中定义。

最后进程调用close(）关闭一个打开的文件

#include<unistd.h>
int close(int fd);//若成功则返回0，不成功则为-1。

4. 读和写文件

应用程序是通过分别调用read和write函数来执行输入和输出的。

#include <unistd.h>

read函数从描述符为fd的当前文件位置拷贝最多n个字节到存储器位置buf，返回值-1表示一个错误。而返回值0表示EOF。否则，返回值表示的是实际传送的字节数量。
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);//返回值：成功为读的字节数，若EOF为0，出错为-1`

write函数从存储器位置buf拷贝至多n个字节到描述符fd的当前文件位置。
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t n);// 返回值成功为写的字节数，出错为-1

#include "csapp.h"

int main(void) 
{
    char c;

    while(Read(STDIN_FILENO, &c, 1) != 0) 
    Write(STDOUT_FILENO, &c, 1);
    exit(0);
}

read函数从描述符为fd的当前文件位置拷贝最多n个字节到存储器位置buf。 - 在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少。出现这种情况的可能的原因有：

读时遇到EOF。假设该文件从当前文件位置开始只含有20个字节，而应用程序要求我们以50个字节的片进行读取，这样一来，这个read的返回的值是20，在此之后的read则返回0。

从终端读文本行。如果打开的文件是与终端相关联的，那么每个read函数将一次传送一个文本行，返回的不足值等于文本行的大小。

读和写socket。如果打开的文件对应于网络套接字，那么内部缓冲约束和较长的网络延迟会导致read和write返回不足值。

5.用RIO包健壮地读写

RIO提供了两类不同的函数：（1）无缓冲的输入输出函数 （2）带缓冲的输入函数

无缓冲的输入输出函数：（通过调用rio_writen和rio_readn函数，应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据）

#inluude<csapp.h>

ssizet rio_writen(int fd,const void *usrbuf,size_t n);

ssizet rio_writen(int fd,const void *usrbuf,size_t n);

//rio__writen函数遇到EOF的时候返回0；

//rio__readn遇到EOF的时候返回不足值（即 不足n的那个部分的字节数）。

带缓冲的输入函数：允许用户高效地从文件中读取文本行和二进制数据（之前是一次读一个字节，应用这个函数之后，可以一次读一行函数）。

原理：函数从内部缓冲区中拷贝一个文本行，当缓冲区变空的时候，会自动地调用read重新填满缓冲区。

6.取文件元数据（文件信息）

应用程序能够通过调用stat和fstat函数检索到关于文件的信息（有时也称为文件的元数据medatada）

#include <sys/stat.h>

#include <unistd.h>

int stat(const char *filename,struct stat *buf);

int fstat(int fd,struct stat *buf);//若成功，返回0，若出错则为-1

stat以一个文件名为输入，并且填充buf结构体。fstat函数只不过是以文件描述符而不是文件名作为输入。

其中st_size成员包含了文件的字节大小。st_mode为文件访问许可位。

UNIX提供的宏指令根据st_mode成员来确定文件的类型：
S_ISREG()
S_ISDIR()
S_ISSOCK()

查询和处理一个文件的st_mode位：

/* $begin statcheck */
#include "csapp.h"

int main (int argc, char **argv) 
{
    struct stat stat;
    char *type, *readok;

    /* $end statcheck */
    if (argc != 2) {
	fprintf(stderr, "usage: %s <filename>
", argv[0]);
	exit(0);
    }
    /* $begin statcheck */
    Stat(argv[1], &stat);
    if (S_ISREG(stat.st_mode))     /* Determine file type */
	type = "regular";
    else if (S_ISDIR(stat.st_mode))
	type = "directory";
    else 
	type = "other";
    if ((stat.st_mode & S_IRUSR)) /* Check read access */
	readok = "yes";
    else
	readok = "no";

    printf("type: %s, read: %s
", type, readok);
    exit(0);
}
/* $end statcheck */

7.共享文件

内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件：

描述符表（descriptor table）：每个进程都有它独立的描述符表，它的表项是由进程打开的文件描述符来索引的。每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项。

文件表(file table)： 打开文件的描述符表项指向问价表中的一个表项。所有的进程共享这张表。每个文件表的表项组成包括由当前的文件位置、引用计数（既当前指向该表项的描述符表项数），以及一个指向v-node表中对应表项的指针。关闭一个描述符会减少相应的文件表表项中的应用计数。内核不会删除这个文件表表项，直到它的引用计数为零。

v-node表（v-node table）：同文件表一样，所有的进程共享这张v-node表，每个表项包含stat结构中的大多数信息，包括st_mode和st_size成员。

书上p607三中打开文件的类型

每周测试错题问题解决：

问题1：Linux中查找配置（configure）网卡（interface）的命令是（man –k configure | grep interface ）

命令运行结果：

问题2：git log 命令来查看（提交历史)

命令运行结果：

本周代码托管截图

- 代码托管链接

学习进度条

代码行数（新增/累积） 博客量（新增/累积） 学习时间（新增/累积） 重要成长
目标 4000行 20篇 400小时
第0周 0/0 1/1 5/5
第1周 0/0 1/2 10/15
第2周 300/300 1/3 15/30
第3周 200/500 1/4 10/40
第5周 150/650 1/5 10/50
第6周 50/700 1/6 8/58
第7周 0/700 1/7 8/64
第8周 0/700 2/9 5/70
第7周 181/881 2/11 7/77

参考资料

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原文地址：https://www.cnblogs.com/20145223ymy/p/6056874.html