20145304 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结
20145304 《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
Unix I/O
一个Unix文件就是一个m个字节的序列，所有的I/O设备都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当做对应文件的读和写来执行。
- 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，称为描述符，在后续对此文件的所有操作中标识这个文件。Unix外壳创建的每个进程开始时都有三个打开的文件,可以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。通过执行seek操作设置文件位置为k。
- 读写文件。读操作：从文件拷贝n>0个字节到存储器，从当前文件位置k开始，增加到k+n。当k>=文件长度大小时会触发一个称为end-of-file(EOF)的条件。写操作：从存储器拷贝n>0个字节到一个文件，从当前文件位置k开始，然后更新k。
- 关闭文件。内核释放文件打开时创建的数据结构。
打开和关闭文件
- 打开一个已存在的文件或者创建一个新文件
int open（char *filename,int flags,mode_t mode); (若成功则返回新文件描述符，若出错为-1)
open函数将filename转换为一个文件描述符，并且返回描述符数字。
flags参数指明了进程如何访问文件。
mode参数指定了新文件的访问权限位。
- 关闭一个打开的文件
int close（int fd）;（若成功则为0，若出错则为-1）
关闭一个已关闭的描述符会出错。
读和写文件
- 读文件：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。返回值表示实际传送的字节数量，错误返回-1，EOF返回0。
ssize_t read(int fd, void *buf,size_t n);(若成功则返回读的字节数，若EOF则返回0，若出错为-1）
- 写文件：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。
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t n);(若成功则返回写的字节数，若出错为-1）
不足值
在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少，这些不足值不表示有错误，出现这种情况的原因如下：
- 读时遇到EOF：文件末尾剩余的字节数不足读取文件的字节片大小。
- 从终端读文本行：若打开文件与终端相关联，则每个read函数将一次传送一个问本行。返回的不足值等于文本行的大小。
- 读和写网络套接字（socket）：若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引起read和write返回不足值。
用RIO包健壮地读写
RIO的无缓冲的输入输出函数
- 通过调用rio _ readn和rio _ writen函数，应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据。
ssize_t rio_readn(int fd,void *usrbuf,size_t n);
ssize_t rio_writen(int fd,void *usrbuf,size_t n);
(若成功则返回传送成功的字节数，若EOF则为0（只对rio_readn而言），若出错 则为-1)
RIO的带缓冲的输入函数
- rio _ readlineb和rio _ readnb函数从一个内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区变空时，会自动调用read重新填满缓冲区。
void rio_readinitb(rio_t *rp,int fd);(无返回)
ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp,void *usrbuf,size_t maxlen);
ssize_t rio_readnb(rio_t *rp,void *usrbuf,size_n);
(若成功则返回传送成功的字节数，若EOF则为0，若出错 则为-1)
- 打开每一个描述符都会调用一次rio _ readinitb函数，他将描述符fd和地址rp处的一个类型为rio _ t的读缓冲区联系起来。
- 带缓冲的函数的调用不应该和无缓冲的rio _ readn交叉使用。
读取文件原数据
- 应用程序能通过调用stat和fstat函数，检索到关于文件的信息（元数据）。stat函数以一个文件名作为输入，fstat函数以文件描述符作为输入。
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
int stat(const char *filename,struct stat *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);
- 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。普通文件包括某种类型的二进制或文本数据。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。
共享文件
内核用三个相关的数据结构来表示其打开的文件。
- 描述符表：表项由进程打开的文件描述符来索引的，每个打开的描述符表指向文件表中的一个表项，每个进程有其独立的描述符表。
- 文件表：打开文件的集合是由一张文件表来表示的，所有的进程共享这张表。包括：当前的文件位置、引用计数、以及一个指向v-node表中对应表项的指针。
- v-node表：每个表项包含stat结构中的大多数信息，包括st_mode和st_size成员，所有进程共享。
I/O重定向
- 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。
- dup2函数拷贝描述符表表项oldfd到描述符表项newfd，覆盖描述符表表项newfd以前的内容。如果newfd已经打开，dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd。
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd,int newfd);
标准I/O
- 标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流，也就是一个指向FILE类型的结构的指针。
#include <stdio.h>
extern FILE *stdin; /*标准输入，文件描述符为0*/
extern FILE *stdout; /*标准输出，文件描述符为1*/
extern FILE *stderr; /*标准错误，文件描述符为2*/
类型为file的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象，目的是使开销较高的Unix I/O系统调用的数量尽可能小。
错误处理
- 错误处理包装函数：给定某个基本的系统级函数foo，定义一个有相同参数的包装函数Foo。包装函数调用基本函数并检查错误。如果发现错误就打印一条信息并终止进程，否则返回调用者。即如果没有错误，包装函数的行为与基本函数完全一样。
- 包装函数被封装在一个源文件（csapp.c）中，被编译和链接到每个程序中。
Unix风格的错误处理
- 函数返回值既包括错误代码又包括有用的结果。如果遇到错误就返回-1，并将全局变量errno设置为指明错误原因的错误代码。如果成功就返回有用的结果。
if((pid = wait(NULL)) < 0) {
fprintf(stderr,"wait error:%s\n",strerror(errno));
exit(0);
}
Posix风格的错误处理
- 只用返回值来表明成功（0）或者失败（非0）。任何有用的结果都返回在通过引用传递进来的函数参数中。
if((retcode = pthread_create(&tid,NULL,thread,NULL)) != 0) {
fprintf(stderr,"pthread_create error:%s\n",strerror(retcode));
exit(0);
}
DNS风格的错误处理
- 在失败时返回NULL指针，并设置全局变量h_errno。
if((p = gethostbyname(name)) == NULL) {
fprintf(stderr,"gethostbyname error:%s\n:",hstrerror(h_errno));
exit(0);
}
man -k
grep
本周代码托管截图
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 | |
| 第五周 | 30/60 | 1/5 | 10/32 | |
| 第七周 | 0/160 | 1/7 | 8/48 | |
| 第八周 | 0/160 | 1/8 | 5/53 | |
| 第九周 | 157/317 | 1/9 | 7/60 |
