20145239 《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

Unix I/O

• I/O

  1、输入就是从I/O设备拷贝数据到贮存，输出就是从主存拷贝数据到I/O设备。

  2、所有的I/O设备都被模型化为文件，而所有的输入输出都被当做对相应文件的读/写。

• 打开文件

  1、过程：应用程序向内核发出请求，要求内核打开相应的文件，内核返回文件描述符（一个小的非负整数）。

  2、内核记录有关这个文件的所有的信息，应用程序只需要记住这个描述符。

  3、Unix外壳创建的每个进程开始时都有三个打开的文件：
  • 标准输入（描述符为0）
  • 标准输出（描述符为1）
  • 标准错误（描述符为2）
  分别对应头文件<unistd.h>中的定义常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO

• 改变当前的文件位置

  1、对于每个打开的文件，内核保持着一个文件位置k，初始为0。这个位置是从文件开头起始的字节偏移量。

  2、应用程序可以通过seek操作显式的设置文件的当前位置为k。

• 读写文件

  1、读操作：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。

  2、写操作：从存储器拷贝n>0个字节到一个文件，从当前文件位置k开始，然后更新k。

  3、给定一个大小为m字节的文件，k >= m 时执行读操作会触发一个称为end-of-file（EOF）的条件，应用程序能检测到这个条件，但是文件结尾处并没有明确的“EOF符号”。

• 关闭文件

  1、过程：应用通知内核关闭文件，内核释放文件打开时的数据结构，恢复描述符，释放存储器资源。

打开和关闭文件

• 打开文件

  1、open()函数：若成功，返回值为新文件描述符（返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符）；若出错，返回值为-1

  #include <sys/types.h>
  #include <sys/stat.h>
  #include <fcntl.h>
  
  int open(char *filename,int fliags,mod_it mode)；

  参数：

  • filename：文件名

  • flags：指明进程打算如何访问这个文件

    表示访问方式额外提示：
    O_RDONLY:只读。
    O_WRONLY:只写。
    O_RDWR：可读可写。
    
    一位或者多位掩码的或：
    O_CREAT,表示如果文件不存在，就创建它的一个截断的文件。
    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：指定了新文件的访问权限位
    

    每个进程都有一个umask，通过调用umask函数设置。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。

• 关闭文件：

  1、close()函数：若成功则返回0，不成功则为-1。

  #include<unistd.h>
  
  int close(int fd);  //fd：即文件的描述符。

  2、 关闭一个已经关闭的描述符程序会出错。

  读和写文件

• 读函数

  #include<unistd.h>
  
  ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);
  //ssziet被定义为int，有符号;sizet被定义成unsigned int，无符号

  1、返回值：若成功，返回读字节数，即实际传送的字节数量；若EOF（给定了m字节大小的文件，在从k字节位置开始读或者写的时候，发现k>=m），返回0；若出错，返回-1。

  2、含义：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。

• 写函数

  #include<unistd.h>
  
  ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t n);

  1、返回值：若成功，返回写的字节数；若出错，返回-1

  2、含义：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。

• 通过调用lseek函数，应用程序能够显示地修改当前文件的位置。

• 不足值

  1、在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少（这些不表示有错误）：

  • 读时遇到EOF。
  • 从终端读文本行。
  • 读和写网络套接字。

  2、实际上除了EOF，在读写磁盘文件时，不会遇到不足值。如果想创建健壮的诸如web服务器这样的网络应用，就必须通过反复调用read和write处理不足值，直到所有需要的字节都传送完毕。

• 用RIO包健壮地读写

• RIO包会自动处理不足值。
• RIO提供了两类不同的函数：
  • 无缓冲的输入输出函数。这些函数直接在存储器和文件之间传送数据，没有应用级缓冲，对将二进制数据读写到网络和从网络读写二进制数据尤其有用。
  • 带缓冲的输入函数。这些函数允许高效地从文件中读取文本行和二进制数据（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），这些文件的内容缓存在应用级缓冲区内，类似于像printf这样的标准I/O函数提供的缓冲区。带缓冲的RIO输入函数是线程安全的，它在同一个描述符上可以被交错地调用。

• RIO的无缓冲的输入输出函数

  #include "csapp.h"
  
  ssize_t rio_readn(int fd,void *usrbuf,size_t n);
  ssize_t rio_writen(int fd,void *usrbuf,size_t n);

  1、rio_readn函数从描述符fd的当前文件位置最多传送n和字节到存储器位置usrbuf，遇到EOF时只能返回一个不足值。返回值：若成功为传送的字节数；EOF为0（一个不足值）；出错为-1。

  2、rio_writen函数从位置usrbuf传送n个字节到描述符fd。返回值：若成功为传送的字节数；出错为-1；绝不会返回不足值。

  3、对于同一个描述符，可以任意交错地调用rio_readn和rio_writen。通过调用rio_readn和rio_writen函数，应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据。

• RIO的带缓冲的输入函数

  以实现计算文本文件中文本行的数量为例：

  #include "csapp.h"
  
  void rio_readinitb(rio_t *rp, int fd);
  
  ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp,void *usrbuf, size_t maxlen);
  ssize_t rio_readnb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n);

  1、rio_readinitb函数将描述符fd和地址rp处的一个类型为rio_t的读缓存区联系起来。

  2、rio_readlineb函数从文件rp中读出一个文本行，包括换行符，拷贝到存储器位置usrbuf，并用空字符结束这个文本行。最多读到maxlen-1个字节，最后一个给结尾的空字符。

  3、rio_readnb函数从文件rp中读取最多n个字符到存储器位置usrbuf中。

  4、返回值：成功则返回传送的字节数，EOF为0，出错为-1。

  5、一个文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。在Unix系统中，换行符（‘\n‘）与ASCII码换行符（LF）相同，数字值为0x0a。

• RIO读程序的核心是rio_read函数

  读取文件元数据

• 元数据

  1、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（元数据）。

  #include <unistd.h>
  #include <sys/stat.h>
  
  int stat(cost char *filename,struc sta *buf);//stat函数以文件名作为输入
  int fstat(int fd,struct stat *buf);//fstat函数以文件描述符作为输入

  2、stat数据结构
  

  • st_size成员包含了文件的字节数大小
  • st_mode成员编码了文件访问许可位和文件类型

  2、Unix提供的宏指令根据st_mode成员来确定文件的类型

  宏指令：S_ISREG()   普通文件    二进制或文本数据
  宏指令：S_ISDIR()   目录文件    包含其他文件的信息
  宏指令：S_ISSOCK()  网络套接字   通过网络和其他进程通信的文件
  

  代码调试中的问题和解决过程

• 添加完csapp.h和csapp.c文件后编译依然出现如下问题：

经过仔细排查后发现是在修改csapp.h文件是出了问题：

可以看出#endif这句颜色变了，可能是被注释了。修改后：

修改后代码可以运行了，第一次运行是因为没有建立两个txt文件所以返回值为负数，添加了foo.txt和baz.txt两个文件后返回值便正常了。

本周代码托管截图

代码托管链接：

https://git.oschina.net/929210354/Linux

学习进度条

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