2017-2018-1 20155330 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结
2017-2018-1 20155330 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结
教材学习内容总结
Unix I/O
- 基本概念: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作对相应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Linux内核引出一个简单、低级的应用接口,称为Unix I/O。
- Unix I/O所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式执行:
-
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
-
Linux shell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<unistd.h>定义常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO用来代替显式的描述符值。
-
改变当前的文件位置。
-
读写文件。
-
关闭文件。
-
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:
flags:指明进程打算如何访问这个文件,主要参数:
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,符号名称如下:
读和写文件
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:
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:
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
PS:read和write在正常情况下返回值是实际传送的字节数量。
3.通过lseek函数可以显式的修改当前文件的位置。
> ssize_t和size_t有什么区别?
![](http://images2017.cnblogs.com/blog/1071510/201712/1071510-20171217231718421-1075649569.png)
4.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,原因如下:
- 读的时候遇到EOF
- 从终端读文本行
- 读和写socket
用RIO包健壮的读写
RIO,Robust I/O,自动处理不足值。
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。
一个文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。
使用RIO函数实现一次一行的从标准输入复制一个文本文件到标准输出。
#include "csapp.h"
int main(int argc, char **argv)
{
int n;
rio_t rio;
char buf[MAXLINE];
Rio_readinitb(&rio, STDIN_FILENO);//连接标准输入和rio地址
while((n = Rio_readlineb(&rio, buf, MAXLINE)) != 0) //当成功返回时,将rio中的内容拷贝到存储器位置buf中,最多读maxline-1
Rio_writen(STDOUT_FILENO, buf, n);//把存储器位置中的数据拷贝到标注输出中。
exit(0);
}
读缓冲区格式,并初始化其rio_readinitb函数。
#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;
}
RIO读程序的核心是rio_read函数
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 */
}
/* 一旦缓存区非空,就从读缓存区拷贝n和rp->rio_cnt中较小值个字节到用户缓存区,并且返回拷贝的字节数 */
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; /* 调用read填充 */
else
return -1; /* 错误,返回-1 */
}
else if (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_t rio_readlineb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t maxlen)
{
int n, 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;
} else if (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;
return n;//返回成功传送的字节数
}
stat需要输入文件名,而fstat需要输入的是文件描述符。
在stat数据结构中需要注意的有两个变量,st_mode和st_size。
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Unix文件类型如下,有对应的宏指令,含义均为“是xx吗”,这些宏在sys/stat.h中定义:
类型 | 作用 | 函数 |
---|---|---|
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";
if ((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);
}
I/O重定向
I/O重定向操作符命令:ls > foo.txt
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
这个函数执行的操作是,拷贝描述符表表项oldfd,覆盖描述表表项newfd,如果后者被打开,则在拷贝前关闭它。
标准I/O
- 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
- 流——类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象
标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。
每个ANSI C程序开始的时候都有三个打开的流:stdin、stdout、stderr,对应于标准输入、标准输出和标准错误,定义如下:
#include <stdio.h>
extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;
套接字
网络套接字上最好不要使用标准I/O函数,而是使用RIO函数,原因:
如果没有清楚缓存区,输入函数后面不能接输出函数,输出函数后面也不能接输入函数,而对套接字使用lseek是非法的,打开两个流有很麻烦,所以!在网络套接字上不要使用标准I/O函数来进行输入和输出!
- 错误处理
附录A中主要讲了这本书中的错误处理方式,有一个方法——错误处理包装函数,这个思想很有意思,相当于给基本函数再套上一层皮,然后run这个皮,发现了错误就终止,完全正确的话就跟没有这层皮一样。
- 错误处理风格
(1)Unix风格
遇到错误后返回-1,并且将全局变量errno设置为指明错误原因的错误代码;
如果成功完成,就返回有用的结果。
(2)Posix风格
返回0表示成功,返回非0表示失败;
有用的结果在传进来的函数参数中。
(3)DNS风格
有两个函数,gethostbyname和gethostbyaddr,失败时返回NULL指针,并设置全局变量h_errno。
(4)错误报告函数
void unix_error(char *msg) /* unix-style error */
{
fprintf(stderr, "%s: %s\n", msg, strerror(errno));
exit(0);
}
/* $end unixerror */
void posix_error(int code, char *msg) /* posix-style error */
{
fprintf(stderr, "%s: %s\n", msg, strerror(code));
exit(0);
}
void dns_error(char *msg) /* dns-style error */
{
fprintf(stderr, "%s: DNS error %d\n", msg, h_errno);
exit(0);
}
void app_error(char *msg) /* application error */
{
fprintf(stderr, "%s\n", msg);
exit(0);
}
2.错误处理包装函数
- Unix风格
成功时返回void,返回错误时包装函数打印一条信息,然后退出。
void Kill(pid_t pid, int signum)
{
int rc;
if ((rc = kill(pid, signum)) < 0)
unix_error("Kill error");
}
- Posix风格
成功时返回void,错误返回码中不会包含有用的结果。
void Pthread_detach(pthread_t tid) {
int rc;
if ((rc = pthread_detach(tid)) != 0)
posix_error(rc, "Pthread_detach error");
}
- DNS风格
struct hostent *Gethostbyname(const char *name)
{
struct hostent *p;
if ((p = gethostbyname(name)) == NULL)
dns_error("Gethostbyname error");
return p;
}
本章习题
-
- 运行结果:
- 运行结果:
-
- 运行结果:
- 运行结果:
-
- 运行结果:
- 运行结果:
-
调用
dup2(5,0)
/dup2(5,STDIN_FILENO)
-
- 运行结果:
- 运行结果:
代码托管
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 | 1/1 | 10/10 | |
第二周 | 63/63 | 1/2 | 8/18 | |
第三周 | 31/94 | 1/3 | 18/36 | |
第四周 | 265/329 | 1/4 | 17/53 | |
第五周 | 106/435 | 2/6 | 18/71 | |
第六周 | 211/646 | 2/8 | 21/92 | |
第七周 | 1420/2066 | 2/10 | 17/109 | |
第八周 | 1061/3127 | 1/11 | 17/126 | |
第九周 | 1458/4585 | 3/14 | 20/146 | |
第十周 | 1410/5995 | 1/15 | 20/166 | |
第十一周 | 779/6774 | 2/17 | 18/184 | |
第十三周 | 326/7100 | 2/19 | 20/204 |
尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」,到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要,也很有用。
耗时估计的公式
:Y=X+X/N ,Y=X-X/N,训练次数多了,X、Y就接近了。
-
计划学习时间:20小时
-
实际学习时间:20小时