信息安全设计基础系统第九周学习总结
10系统级I/O
10.1 Unix I/O
这一节涉及到操作系统的基本抽象之一——文件。也就是说，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。相关的执行动作如下：
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）
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。
当打开一个文件的最初时候文件的偏移量为0.
通过seek操作，可以显示的设置文件的当前位置为k。
读写文件
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。（如果当前位置是k，则改变为k+n）
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。
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。
10.2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>
intopen(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
这些值可以用或连接起来。
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>
intclose(intfd);
(2)参数解析：
- 返回值：成功返回0，出错返回-1
- fd：即文件的描述符。
10.3读和写文件
1.读 read
（1）函数原型：
#include<unistd.h>
ssize_tread(intfd, 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_twrite(intfd, 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
4.不足值
不足值指在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少，原因如下：
- 读的时候遇到EOF
- 从终端读文本行
- 读和写socket
10.4 RIO包健壮的读写
1.RIO的无缓冲的输入输出函数。
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_trio_readn(intfd, void *usrbuf, size_t n);
ssize_trio_writen(intfd, void *usrbuf, size_t n);
参数：
- 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
可高效的从文件中读取文本行和二进制数据。
一个文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。
rio_readnb函数
ssize_trio_readnb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_tn)
{
size_tnleft = n;
ssize_tnread;
char *bufp = usrbuf;
while (nleft> 0) {
if ((nread = rio_read(rp, bufp, nleft)) < 0) {
if (errno == EINTR)
nread = 0; /* 调用read填充 */
else
return -1; /* 错误，返回-1 */
}
elseif (nread == 0)
break; /* EOF */
nleft -= nread;
bufp += nread;
}
return (n - nleft); /* 返回成功传送的字节数*/
}
rio_readlineb函数
ssize_trio_readlineb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_tmaxlen)
{
intn, rc;
char c, *bufp = usrbuf;
for (n = 1; n<maxlen; n++) { //最多是maxlen-1个
if ((rc = rio_read(rp, &c, 1)) == 1) {
*bufp++ = c;
if (c == '\n')//找到换行符，就退出
break;
} elseif (rc == 0) {
if (n == 1)
return 0; /* EOF,并且没有读到数据 */
else
break; /* EOF,有数据，出现不足值 */
} else
return -1; /* 错误，返回-1 */
}
*bufp = 0;
returnn;//返回成功传送的字节数
}
10.5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>
intstat(constchar *filename, struct stat *buf);
intfstat(intfd,struct stat *buf);
返回值：成功为0，错误为-1
参数：
stat需要输入文件名，而fstat需要输入的是文件描述符。
关于stat数据结构如下图：
- st_size：包含文件的字节数大小
st_mode：包编码文件访问许可位和文件类型。许可位在第一节提到了，Unix文件类型如下，并有对应的宏指令，含义均为“是xx吗”，这些宏在sys/stat.h中定义：
- 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()
10.6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
每个描述符都有它自己的文件位置，所以对不同描述符的读操作可以从文件的不同位置获取数据。
子进程继承父进程的打开文件：
参考资料
1.2035202闫佳歆与20135302魏静静
2.《深入理解计算机系统》
3.百度百科知识
stdio.h 标准输入输出
stdlib.h C标准函数库
unistd.h Unix类系统定义符号常量
fcntl.h 定义了很多宏和open，fcntl函数原型
sys/types.h 基本系统数据类型
dirent.h unix类目录操作的头文件，包含了许多UNIX系统服务的函数原型，例如opendir函数、readdir函数。
termios.h 在Posix规范中定义的标准接口
学习总结 遇到的问题：
预计学习时间：6h实际学习时间：10h
在编译代码时，与小组同学们遇到了一样的问题，发现不能运行csapp这个头文件，推理这个应该是自己编的。发现有两个解决办法，一个是老师之前在班群里的代码，一个是同学修改了头文件，是函数正常输出。她的博客写了解决方法（20135302）。另外，本章内容少，但是有些代码还是不太懂，有时候要靠一句句地百度理解。虽然老师上课，有给我们介绍一点知识，但是本章的学习还是要靠自学，研究函数的返回值与参数等，学了一个函数，掌握其方法，其他就可以举一反三啦。
实践代码：下面四图各为老师给的代码运行的结果。cp1,cp2,who1,who2
