信息安全系统设计基础第九周学习总结
第十章 系统级I/O
内容总结：
一、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，而所有的输入和输出都被当做对相应文件的读和写来执行。
二、输入/输出（I/O）是在主存和外部设备之间拷贝数据的过程。输入操作是从I/O设备拷贝数据到主存，输出操作是从主存拷贝数据到I/O设备。
三、 I/O重定向：
1、Unix外壳提供了I/O重定向操作符，允许用户将磁盘文件和标准输入输出联系起来。
unix > ls > foo.txt
使外壳加载和执行ls程序，将标准输出重定向到磁盘文件foo.txt。
2、I/O重定向函数： dup2
函数定义为：
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);
返回：若成功则为非负的描述符，若出错则为-1。
dup2函数拷贝描述符表表项oldfd到描述符表表项newfd，覆盖描述符表表项newfd以前的内容，如果newfd被打开了，dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd。
四、标准I/O
1、ANSI C定义了一组高级输入输出函数，称为标准I/O库，包含:
(1)fopen、fclose，打开和关闭文件
(2)fread、fwrite，读和写字节
(3)fgets、fputs，读和写字符串
(4)scanf、printf，复杂的格式化的I/O函数
2、标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。对于程序员而言，一个流就是一个指向FILE类型的结构的指针。
3、每个ANSI C程序开始的时候都有三个打开的流：stdin、stdout、stderr，分别对应于标准输入、标准输出和标准错误：
#include <stdio.h>
extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;
类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象。流缓冲区的目的和RIO读缓冲区的一样：就是使开销较高的Unix I/O系统调用的数量尽可能的小。
五、Unix I/O是在操作系统内核中实现的。应用程序可以通过open、close、lseek、read、write和stat这样的函数来访问Unix I/O。
六、标准I/O流，从某种意义上而言是全双工的，因为程序能够在同一个流上执行输入和输出。然而 ，对流的限制和对套接字的限制，有时候会互相冲突，而又极少有文档描述这些现象：
限制一：跟在输出函数之后的输入函数。
限制二：跟在输入函数之后的输出函数。
七、在网络套接字上不要使用标准I/O函数来进行输入和输出，而是使用健壮的RIO函数。
课后练习题：
练习题1
下面的程序输出是什么？
#include "csapp.h"
int main()
{
int fd1, fd2;
fd1 = Open("foo.txt", O_RDONLY, O);
Close(fd1);
fd2 = Open("baz.txt", O_RDONLY, O);
printf("fd2 = %d\n", fd2);
exit(0);
}
答案：Unix进程生命周期开始时，打开的描述符赋给了stdin（描述符0）、stderr（描述度2）。open函数总是返回最低的未打开的描述符，所以第一次调用open会返回描述符3.调用close函数会释放描述符3，最后对open的调用会返回描述符3，因此程序的输出是”fd2=3“.
练习题2
假设磁盘文件foobar.txt由6个ASCII码字符“foobar”组成。那么下列程序的输出是什么？ 程序如下：
#include "csapp.h"
int main()
{
int fd1, fd2;
char c;
fd1 = Open("foobar.txt", O_RDONLY, O);
fd2 = Open("foobar.txt", O_RDONLY, O);
Read(fd, &c, 1);
Read(fd2, &c, 1);
printf("c = %c\n", c);
exit(0);
}
答案： 描述符fd1和fd2都有各自的打开文件表表项，所以每个描述符对于foobar.txt都有它自己的文件位置。因此，从fd2的读操作会读取，foobar.txt的第一个字母，并输出 c = f
练习题3
就像前面一样，假设磁盘文件foobar.txt由6个ASCII码字符”foobar“组成。那么下列程序的输出是什么？
#include "csapp.h"
int main()
{
int fd;
char c;
fd = Open("foobar.txt", O_RDONLY, O);
if(Fork()==0){
Read(fd, &c, 1);
exit(0);
}
Wait(NULL);
Read(fd, &c, 1);
printf("c = %c\n", c);
exit(0);
}
答案：因为子进程会继承父进程的描述符表，以及所有进程共享的同一个打开文件表。因此，描述符fd在父子进程中都指向同一个文件表表项。当子进程读取文件的第一个字母时，文件位置加1.因此，父进程会读取第二个字节，而输出就是c = 0
练习题4
如何用dup2将标准输入重定向到描述符5？
答案： 重定向标准输入（描述符0）到描述符5，我们将调用dup2（5，0）或者等价的dup2（5，STDIN_FILENO).
练习题5
假设磁盘文件foobar.txt由6个ASCII码字符“foobar”组成。那么下列程序的输出是什么？
#include "csapp.h"
int main()
{
int fd1, fd2;
char c;
fd1 = Open("foobar.txt", O_RDONLY, O);
fd2 = Open("foobar.txt", O_RDONLY, O);
Read(fd2, &c, 1);
Dup2（fd2, fd1);
Read(fd1, &c, 1);
printf("c = %c\n", c);
exit(0);
}
答案：因为我们将fd1重定向到了fd2，输出实际上是c = 0.
参考资料
《深入理解计算机系统》
心得体会：
本周将书本第十章的内容重新看了一遍，重点放在了I/O这一块，然后认真做了课后的练习题，发现对内容的掌握更深一步。
