20135333苏正生——信息安全系统设计基础第八周学习总结
第十章 系统级I/O
输入/输出(I/O)是在主存和外部设备之间拷贝数据的过程。
第一节 Unix I/O
1.打开文件:
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
文件描述符:
标准输入——0(STDIN_FILENO)
标准输出——1(STDOUT_FILENO)
标准错误——2(STDERR_FILENO)
括号中是常量表示形式,使用时需要加头文件
二者的主要区别为:
数据类型不同,前者为int类型,后者为FILE;
*STDIN_FILENO主要用在read(),write()等中,后者主要用在fread(),fwrite()以f开头。
2.改变当前的文件位置
通常,读,写操作都从当前文件偏移量处开始(也就是文件位置),并使偏移量增加所读写的字节数,可以理解为光标所在的位置。
3.读写文件
(1)读
读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器,并且改变文件当前位置。
(2)写
写操作是从存储器拷贝n>0个字节到一个文件,然后更新当前文件位置。
4.关闭文件
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。
第二节 打开和关闭文件
1.open函数
(1)函数定义:
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(char *filename, int flags, mode_t mode);
(2)参数解析:
返回值:类型为int型,返回的是描述符数字,总是在进程中当前没有打开的最小描述符。如果出错,返回值为-1.
filename:文件名
flags:指明进程打算如何访问这个文件,可以取的值见下:
O_RDONLY:只读
O_WRONLY:只写
O_RDWR:可读可写
O_CREAT:文件不存在,就创建新文件
O_TRUNC:如果文件存在,就截断它
O_APPEND:写操作前设置文件位置到结尾处
mode:指定了新文件的访问权限位
2.close函数
(1)函数定义:
#include <unistd.h>
int close(int fd);
(2)参数解析:
返回值:成功返回0,出错返回-1
关闭一个已经关闭的描述符会出错
fd:即文件的描述符。
第三节 读和写文件
1.读 read
(1)函数原型:
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);
(2)参数解析:
返回值:成功则返回读的字节数,EOF返回0,出错返回-1。返回值为有符号数。
fd:文件描述符
buf:存储器位置
n:最多从当前文件位置拷贝n个字节到存储器位置buf
2.写 write
(1)函数原型:
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, void *buf, size_t n);
(2)参数解析:
返回值:成功则返回写的字节数,出错返回-1。返回值为有符号数。
fd:文件描述符
buf:存储器位置
n:最多从存储器位置buf拷贝n个字节到当前文件位置
3.通过lseek函数可以显式的修改当前文件的位置
读和写socket
第四节 用RIO包健壮的读写
RIO,Robust I/O,针对的出现不足值的问题。
1.RIO的无缓冲的输入输出函数。
这些函数的作用是直接在存储器和文件之间传送数据,常适用于网络和二进制数据之间。
rio_readn函数和rio_writen定义:
#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);
参数:
fd:文件描述符
usrbuf:存储器位置
n:传送的字节数
返回值:
rio_readn成功则返回传送的字节数,EOF为0(一个不足值),出错为-1
rio_writen成功则返回传送的字节数,出错为-1,没有不足值。
2.RIO的带缓冲的输入函数
可以高效的从文件中读取文本行和二进制数据。
一个概念:一个文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。
范例:如何统计文本文件中文本行的数量——通过计算换行符。需要用到的函数:
#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);
【课本代码】
图10-4:
#include "csapp.h"
int main(int argc, char **argv)
{
int n;
rio_t rio;
char buf[MAXLINE];
Rio_readinitb(&rio, STDIN_FILENO);
while((n = Rio_readlineb(&rio, buf, MAXLINE)) != 0)
Rio_writen(STDOUT_FILENO, buf, n);
exit(0);
}
图10-5:
#define RIO_BUFSIZE 8192
typedef struct {
int rio_fd; /* descriptor for this internal buf */
int rio_cnt; /* unread bytes in internal buf */
char *rio_bufptr; /* next unread byte in internal buf */
char rio_buf[RIO_BUFSIZE]; /* internal buffer */
} rio_t;
void rio_readinitb(rio_t *rp, int fd)
{
rp->rio_fd = fd;
rp->rio_cnt = 0;
rp->rio_bufptr = rp->rio_buf;
}
图10-6:
static ssize_t rio_read(rio_t *rp, char *usrbuf, size_t n)
{
int cnt;
while (rp->rio_cnt <= 0) { /* 如果缓存区为空,调用read填满它 */
rp->rio_cnt = read(rp->rio_fd, rp->rio_buf,
sizeof(rp->rio_buf));
if (rp->rio_cnt < 0) {
if (errno != EINTR) /* 出错返回-1*/
return -1;
}
else if (rp->rio_cnt == 0) /* EOF返回0 */
return 0;
else
rp->rio_bufptr = rp->rio_buf; /* reset buffer ptr */
}
cnt = n;
if (rp->rio_cnt < n)
cnt = rp->rio_cnt;
memcpy(usrbuf, rp->rio_bufptr, cnt);
rp->rio_bufptr += cnt;
rp->rio_cnt -= cnt;
return cnt;
}
rio_readnb函数
ssize_t rio_readnb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n)
{
size_t nleft = n;
ssize_t nread;
char *bufp = usrbuf;
while (nleft > 0) {
if ((nread = rio_read(rp, bufp, nleft)) < 0) {
if (errno == EINTR)
nread = 0;
else
return -1;
}
else if (nread == 0)
break;
nleft -= nread;
bufp += nread;
}
return (n - nleft);
}
rio_readlineb函数
ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t maxlen)
{
int n, rc;
char c, *bufp = usrbuf;
for (n = 1; n < maxlen; n++) {
if ((rc = rio_read(rp, &c, 1)) == 1) {
*bufp++ = c;
if (c == '\n')
break;
} else if (rc == 0) {
if (n == 1)
return 0;
else
break;
} else
return -1;
}
*bufp = 0;
return n;
}
第五节 读取文件元数据
元数据即文件信息,需要用到的函数是stat和fstat。定义如下:
include <unistd.h>
include <sys/stat.h>
int stat(const char *filename, struct stat *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);
普通文件 二进制或文本文件(对内核没差) S_ISREG()
目录文件 关于其他文件的信息 S_ISDIR()
套接字 通过网络与其他进程通信的文件 S_ISSOCK()
查询和处理一个文件的st_mode位:
#include "csapp.h"
int main (int argc, char **argv)
{
struct stat stat;
char *type, *readok;
Stat(argv[1], &stat);//文件选择argv[1],写入一个stat数据结构
if (S_ISREG(stat.st_mode)) /* 如果是一个文本文件 */
type = "regular";
else if (S_ISDIR(stat.st_mode))//如果是一个目录文件
type = "directory";
else
type = "other";
f ((stat.st_mode & S_IRUSR)) /* 检查阅读权限 */
readok = "yes";
else
readok = "no";
printf("type: %s, read: %s\n", type, readok);
exit(0);
}
第六节 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
文件表:打开文件的集合是由一张文件表来表示的。
v-node表
第七节 I/O重定向
I/O重定向操作符: >
ls > foo.txt
这句代码的含义就是使外壳加载和执行ls程序,并且将标准输出重定向到磁盘文件foo.txt。
I/O重定向函数: dup2
函数定义为:
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);
返回值:成功返回描述符,错误返回-1
第八节 标准I/O
1.标准I/O库:
ANSI C定义了一组高级输入输出函数,称为标准I/O库,包含:
fopen、fclose,打开和关闭文件
fread、fwrite,读和写字节
fgets、fputs,读和写字符串
scanf、printf,复杂的格式化的I/O函数
2.流——类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象
参考资料:
1.《深入理解计算机系统》
2.Linux系统编程学习笔记(三)高级文件I/O - fuliang - ITeye技术网站
http://fuliang.iteye.com/blog/652297
心得体会:
本周课程在书本中仅仅有十页,但是内容却远远的超过十页,不仅要看书本内容,还要代码,理解每行的意思,熟悉代码中调用i/o的过程。 通过本周的学习,对于之前的存储器,链接,以及计算机操作系统中的进程调度都有了更深的了解。