20145208 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结

20145208 《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

系统级I/O

• 输入/输出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。

Unix I/O

• Unix文件：m个字节的序列
• I/O设备：网络、磁盘和终端
• Unix I/O :将设备映射为文件的方式，允许Unix内核引出一个简单、低级的应用接口。
• 描述符：打开文件时，内核返回一个小的非负整数。 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）。 改变当前的文件位置：文件位置为k，初始为0。 seek操作：显式地设置文件的当前位置为k。
• EOF：是一个条件，而不是一个符号。
• 关闭文件：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。

打开和关闭文件

• 打开文件

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

• 若成功，返回值为新文件描述符

• 若出错，返回值为-1

• open函数将filename转换成一个文件描述符，并且返回描述符数字。返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符。

• fd = Open("文件名",flag参数，mode参数)

• fd是返回的文件描述符（数字），总是返回在进程中当前没有打开的最小描述符。

• flag参数：

  • 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参数：指定新文件的访问权限位。作为上下文的一部分，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。

• 给定mode和umask的默认值：

#define DEF_MODE S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH|S_IWOTH
#define DEF_UMASK S_IWGRP|S_IWOTH

• 出错的时候返回-1

关闭文件

include<unistd.h>
int close(int fd);

• 若成功则返回0，不成功则为-1。

• 关闭一个已经关闭的描述符程序会出错。

• 访问权限位在sys/stat.h中定义

读和写文件

• 应用程序是通过分别调用read和write函数来执行输入和输出的。

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

• 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。返回值：-1：一个错误；0：EOF；否则，返回值：实际传送的字节数量。
• 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。

#include "csapp.h"
int main(void)
{
    char c;
    while(Read(STDIN_FILENO,&c,1) != 0)
        Write(STDOUT_FILENO,&c,1);
    exit(0);
}　

• lseek函数：应用程序能够显式地修改当前文件的位置。

• 不足值：read和write传送的字节比应用程序要求的少。

• 产生不足值的原因：

  • 读时遇到EOF
  • 从终端读文本行
  • 读和写网络套接字

用RIO包读写

• RIO包的实质：I/O包
• RIO包提供的两种函数：无缓冲的输入输出函数、带缓冲的输入函数（线程安全）

RIO的无缓冲的输入输出函数

• 应用程序通过调用rioreadn和riowritten函数可以在存储器和文件之间直接传送数据。

#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);

• 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。

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（‘\n'）与ASCII码换行符（LF）相同，数字值为0x0a。

• 实现计算文本文件中文本行的数量

  • 方法一：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。这个方法的缺点是效率低，每读取文件中的一个字节都要求陷入内核。
  • 方法二：调用一个包装函数（rio_readlineb），它从一个内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区变空时，会自动地调用read重新填满缓冲区。
  • 对于既包含文本行也包含二进制数据的文件，书上提供了一个rio_readn带缓冲区的版本：rio_readnb，它从和rio_readlineb一样的读缓冲区中传送原始字节。

rioreadinitb(riot *rp,int fd);
- 每打开一个描述符都会调用一次该函数，它将描述符fd和地址rp处的类型为rio_t的缓冲区联系起来。

rioreadnb(riot *rp,void *usrbuf,size_t n) ;
- 从文件rp中最多读n个字节到存储器位置usrbuf。对同一描述符，rioreadnb和rioreadlineb的调用可以交叉进行。

ssizet readlineb(riot *rp,void *usrbuf,size_t maxlen);
- 从文件rp中读取一个文本行（包括结尾的换行符），将它拷贝到存储器位置usrbuf，并用空字符来结束这个文本行。

• RIO读程序的核心——rio_read函数

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（元数据）。

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
int stat(cost char *filename,struc sta *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);

• stat函数以文件名作为输入

• fstat函数以文件描述符作为输入

• 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

• 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
  • S_ISDIR() 目录文件？包含其他文件的信息
  • S_ISSOCK() 网络套接字？通过网络和其他进程通信的文件

共享文件

• 内核使用三个相关的数据结构来表示打开的文件：
• 描述符表：每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项
• 文件表：所有进程共享这张表，每个表项包括文件位置，引用计数，以及一个指向v-node表对应表项的指针
• v-node表：所有进程共享这张表，包含stat结构中的大多数信息
• 描述符各自引用不同的文件，没有共享文件。

遇到的问题和解决过程

问题一

• 习题10.1找不到头文件
• 百度之后明白是因为系统里面没有那个头文件，需要去下载，网上有这类的资源（如http://csapp.cs.cmu.edu/public/code.html ）
• 下载下来后的.h和.c文件要放到 /usr/include文件夹里，另外还有一点，要在头文件的#end if前面加上一句#include <csapp.c>，因为那个头文件要把csapp.c文件包含进去，不然会出现函数未定义的错误

问题二

• 带有csapp.h头文件的c文件编译的时候出错，如下：

• 因为csapp.c中有关于线程的头文件，在用gcc的时候最后要加上-lpthread 如gcc -o xx xx.c -lpthread

问题三

• 习题10.1输出为-1

• 因为代码中对文件读写，但是没有相应文件所以出错，需要新建两个文件即可

习题10-2~5

• 习题10-2

• 10-3

• 10-5

代码托管

代码托管链接

• 代码托管链接

代码行数截图

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	0/0	1/2	20/20	学会了虚拟机安装和Ubuntu的基本操作
第二周	56/56	1/3	20/40	学会了Ubuntu终端下的C语言编写
第三周	110/166	1/4	30/70	熟悉了gdb的基本操作，了解了计算机信息表示和处理
第四周	110/166	1/5	10/80	复习了前几周的知识
第五周	42/208	2/6	30/110	学习了linux下的汇编语言内容
第六周	447/655	1/7	30/140	了解了linux下Y86模拟器的使用
第七周	71/726	1/8	20/160	学习了局部性原理和缓存思想的应用
第八周	0/726	2/10	20/180	复习了之前的学习内容并总结
第九周	133/859	2/12	20/200	学习了系统级I/O的内容，了解了函数的内在

参考资料

• 2016-2017-1 《信息安全系统设计基础》教学进程
• 代码托管链接