20145223 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结
教材学习内容总结——系统级I/O
1.输入/输出（I/O）是在主存和外部设备（如磁盘驱动器、终端和网络）之间拷贝数据的过程。输入就是从I/O设备拷贝数据到主存，而输出就是从主存拷贝数据到I/O设备。所有语言的运行时系统都提供执行I/O的较高级别的工具。例如，ANSI C提供标准I/O库，包含像printf和scanf这样执行带缓冲区的I/O函数。C++语言用它的重载操作符<<（输出）和>>（输入）提供了类似的功能。在UNIX系统中，是通过使用由内核提供的系统级Unix I/O函数来实现这些比较高级的I/O函数的。
2. Unix I/O——每个unix文件都是一个m字节的序列，所有I/O设备如网络、磁盘和终端都被模型化为文件，而输入和输出就是对这些文件的读写操作。
（1）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**，叫做**描述符**。
//unix系统创建每个进程的时候都有三个打开的文件：标准输入(描述符0)；标准输出(描述符1），标准错误(描述符2）。
（2）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（从文件开头起始的字节偏移量）。
（3）读写文件。读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器，从当前文件位置k开始，然后将k增加到k+n。给定一个m字节的文件，当k>=m时执行读操作会触发一个称为end-of-file（EOF）的条件
（4）关闭文件。应用通知内核关闭这个文件；作为响应，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当中。
3.打开和关闭文件
进程是通过调用open函数来打开一个已存在的文件或者创建一个新文件：
#include <sys/type.h>'
#include <sys/stat.h>'
#include <fcntl.h>`
int open(char *filename, int flags, mode_t mode);`
//返回：若成功则为新文件描述符，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。返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符。flags参数指明了进程打算如何访问这个文件：
fd=Open("foo.txt",O_RDONLY,0);如何以读的方式 打开一个已存在的文件
//flags参数也可以是一个或者更多位掩码的或，提供一些额外的指示。
O_RDONLY:只读。
O_WRONLY:只写。
O_RDWR：可读可写。
fd=Open("foo.txt",O_WRONLY|O_APPEND,0);//打开一个已存在的文件并在后面添加一些数据
·-O_CREAT：如果文件不存在，就创建他的一个截断的（truncated)（空）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；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。 以上为访问权限位。在sys/stat.h中定义。
最后进程调用close(）关闭一个打开的文件
#include<unistd.h>
int close(int fd);//若成功则返回0，不成功则为-1。
4. 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>
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表示一个错误。而返回值0表示EOF。否则，返回值表示的是实际传送的字节数量。
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);//返回值：成功为读的字节数，若EOF为0，出错为-1`
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);// 返回值成功为写的字节数，出错为-1
#include "csapp.h"
int main(void)
{
char c;
while(Read(STDIN_FILENO, &c, 1) != 0)
Write(STDOUT_FILENO, &c, 1);
exit(0);
}
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。 - 在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少。出现这种情况的可能的原因有：
读时遇到EOF。假设该文件从当前文件位置开始只含有20个字节，而应用程序要求我们以50个字节的片进行读取，这样一来，这个read的返回的值是20，在此之后的read则返回0。
从终端读文本行。如果打开的文件是与终端相关联的，那么每个read函数将一次传送一个文本行，返回的不足值等于文本行的大小。
读和写socket。如果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导致read和write返回不足值。
5.用RIO包健壮地读写
RIO提供了两类不同的函数：（1）无缓冲的输入输出函数 （2）带缓冲的输入函数
无缓冲的输入输出函数：（通过调用rio_writen和rio_readn函数，应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据）
#inluude<csapp.h>
ssizet rio_writen(int fd,const void *usrbuf,size_t n);
ssizet rio_writen(int fd,const void *usrbuf,size_t n);
//rio__writen函数遇到EOF的时候返回0；
//rio__readn遇到EOF的时候返回不足值（即 不足n的那个部分的字节数）。
带缓冲的输入函数：允许用户高效地从文件中读取文本行和二进制数据（之前是一次读一个字节，应用这个函数之后，可以一次读一行函数）。
原理：函数从内部缓冲区中拷贝一个文本行，当缓冲区变空的时候，会自动地调用read重新填满缓冲区。
6.取文件元数据（文件信息）
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（有时也称为文件的元数据medatada）
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int stat(const char *filename,struct stat *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);//若成功，返回0，若出错则为-1
stat以一个文件名为输入，并且填充buf结构体。fstat函数只不过是以文件描述符而不是文件名作为输入。
其中st_size成员包含了文件的字节大小。st_mode为文件访问许可位。
| UNIX提供的宏指令根据st_mode成员来确定文件的类型： |
|---|
| S_ISREG() |
| S_ISDIR() |
| S_ISSOCK() |
查询和处理一个文件的st_mode位：
/* $begin statcheck */
#include "csapp.h"
int main (int argc, char **argv)
{
struct stat stat;
char *type, *readok;
/* $end statcheck */
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "usage: %s <filename>
", argv[0]);
exit(0);
}
/* $begin statcheck */
Stat(argv[1], &stat);
if (S_ISREG(stat.st_mode)) /* Determine file type */
type = "regular";
else if (S_ISDIR(stat.st_mode))
type = "directory";
else
type = "other";
if ((stat.st_mode & S_IRUSR)) /* Check read access */
readok = "yes";
else
readok = "no";
printf("type: %s, read: %s
", type, readok);
exit(0);
}
/* $end statcheck */
7.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（descriptor table）：每个进程都有它独立的描述符表，它的表项是由进程打开的文件描述符来索引的。每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项。
文件表(file table)： 打开文件的描述符表项指向问价表中的一个表项。所有的进程共享这张表。每个文件表的表项组成包括由当前的文件位置、引用计数（既当前指向该表项的描述符表项数），以及一个指向v-node表中对应表项的指针。关闭一个描述符会减少相应的文件表表项中的应用计数。内核不会删除这个文件表表项，直到它的引用计数为零。
v-node表（v-node table）：同文件表一样，所有的进程共享这张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。
书上p607三中打开文件的类型
每周测试错题问题解决：
问题1：Linux中查找配置（configure）网卡（interface）的命令是（man –k configure | grep interface ）
命令运行结果：
问题2：git log 命令来查看（提交历史)
命令运行结果：
本周代码托管截图
- 代码托管链接
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 | 4000行 | 20篇 | 400小时 | |
| 第0周 | 0/0 | 1/1 | 5/5 | |
| 第1周 | 0/0 | 1/2 | 10/15 | |
| 第2周 | 300/300 | 1/3 | 15/30 | |
| 第3周 | 200/500 | 1/4 | 10/40 | |
| 第5周 | 150/650 | 1/5 | 10/50 | |
| 第6周 | 50/700 | 1/6 | 8/58 | |
| 第7周 | 0/700 | 1/7 | 8/64 | |
| 第8周 | 0/700 | 2/9 | 5/70 | |
| 第7周 | 181/881 | 2/11 | 7/77 |