20145327 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结
20145327 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结
教材学习内容总结
输入输出I/O是在主存和外部设备（如磁盘，网络和终端）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。
10.1 unix i/o
所有的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的文件的读和写来执行。这种将设备优雅地映射为文件的方式，允许Unix内核引出一个简单、低级的的应用接口，称为Unⅸ I/O，这使得所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行：
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，它在后续对此文件的所有操作中标识这个文件。内核记录有关这个打开文件的所有信息。应用程序只需记住这个描述符。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）和标准错误（描述符为2)。头文件可用来代替显式的描述符值。
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，初始为0。这个文件位置是从文件开头起始的字节偏移量。应用程序能够通过执行seek操作，显式地设置文件的当前位置为k。
读写文件。一个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。给定一个大小为m字节的文件，当k>=m时执行读操作会触发―个称为end-of-file（EOF）的条件，应用程序能检测到这个条件。在文件结尾处处并没有明确的“EOF”符号。
关闭文件。当应用完成了对文件的访问之后，它就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中。无论一个进程因为何种原因终止时，内核都会关闭所有打开的文件并释放它们的存储器资源。
10.2 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
flags参数表示进程打算如何访问这个文件，它的值包括：
O_RDONLY
O_WRONLY
O_RDWR
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_CREAT
O_TRUNC：如果文件已经存在，就截断它。
O_APPEND
mode参数指定了新文件的访问权限位。符号名字如下图。作为上下文的一部分，每个进程都有一个umask它是通过调用umask函数来设置的。当进程通过带某个mode参数的open函数调用来创建一个新文件时，文件的访问权限位被设置为mode&umask。
10.3 读和写文件
应用程序是通过分别调用系统函数 read和write函数来执行输入和输出的。
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。
10.4 用rio包健壮地读写
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。
带缓冲的输入函数
内容缓存在应用级缓冲区内。
10.4.1 rio的无缓冲的输入输出函数
rio_readn函数从描述符fd的当前文件位置最多传送n个字节到存储器位置usrbuf。类似的rio_writen函数从位置usrbuf传送n个字节到描述符fd。rio_readn函数在遇到EOF时只能返回一个不足值。rio_writen函数绝不会返回不足值。
注意:如果rio_readn和rio_writen函数被一个从应用信号处理程序的返回中断，那么每个函数都会手动地重启read或write。
10.4.2 rio的带缓冲的输入函数
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，换行符是‘\n’，与ASCII码换行符LF相同，数值为0x0a。假设我们要编写一个程序来计算文本文件中文本行的数量应该如何来实现呢？
一种方法是用read函数来一次一个字节地从文件传送到用户存储器，检查每个字节来查找换行符。这种方法的问题就是效率不高，每次取文件中的一个字节都要求陷入内核。
一种更好的方法是调用一个包装函数（rio_readlineb），它从一个内部缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区变空时，会自动的调用read系统调用来重新填满缓冲区。
10.5 读取文件元数据
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。
stat函数结构
st_size成员包含了文件的字节数大小。st_mode成员则编码了文件访问许可位和文件类型。Unix识别大量不同的文件类型。普通文件包括某种类型的二进制或文本数据。对于内核而言，文本文件和二进制文件毫无区别。
目录文件包含关于其他文件的信息。套接字是一种用来通过网络与其他进程通信的文件。Unix提供的宏指令根据st_mode成员来确定文件的类型。
10.6 共享文件
内核用三个相关数据结构来表示打开的文件
描述符表
文件表
v-node表
10.7 i/o重定向
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。
10.8 标准i/o
ANSI C定义了一组高级输入输出函数，成为标准I/O库，为程序员提供了Unix I/O的较高级别的替代。这个库（libc）提供了打开和关闭文件的函数（fopen和fclose）、读和写字节的函数（fread和fwrite）、读和写字符串的函数（fgets和fputs）、以及复杂的格式化I/O函数（printf和scanf）。
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。每个ANSI C程序开始时都有三个打开的流stdin、stdout和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;
代码调试中的问题和解决过程
p598 10.1练习题
- 先是缺少csapp.h的头文件，csapp.h其实就是一堆头文件的打包，在http://csapp.cs.cmu.edu/public/code.html 这里可以下载。1：先将csapp.h、csapp.c移到你的主目录下；2: 将此文件移到/usr/include中, sudo mv csapp.h csapp.c /usr/include；3: 在csapp.h文件中添加#include"csapp.c"。最后，由于csapp.c中包含线程的一部分，所以编译的时候一定要加上-lpthread选项，否则很多错误。
- 编译通过，但是无法执行，不在目录中。
尝试了多种解决方法后还是未能解决Linux解决bash ./没有那个文件或目录的方法
-解决方法2
将头文件更改为p597代码
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
编译成功
p599代码
- 方法一还是头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
- 方法2 下载csapp.h的头文件 （注意编译时-lpthread）
同样的方法不知道为什么练习题10.1的就不能出结果，找不到目录
本周代码托管截图
其他（感悟、思考等，可选）
开始动手实践后的学习就是感觉不一样，但同时未能解决问题也很苦恼。
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 | 5000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 100/100 | 2/2 | 10/10 | |
| 第二周 | 100/200 | 1/3 | 20/30 | |
| 第三周 | 80/280 | 1/4 | 15/45 | |
| 第五周 | 100/380 | 1/5 | 15/60 | |
| 第六周 | 100/480 | 1/6 | 15/75 | |
| 第七周 | 20/500 | 1/7 | 15/90 | |
| 第八周 | 0/500 | 1/8 | 15/105 | |
| 第九周 | 61/561 | 1/9 | 20/125 |
