20145321 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结

20145321 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结

教材内容总结

Unix I/O

• 一个Unix文件就是一个m个字节的序列：B0，B1，...，Bk，...，B(m-1)

• 所有的I/O设备，如网络、磁盘、和终端，都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当做想对应的文件的读写来执行。这种将设备优雅的映射为文件的方式，允许Unix内核引出一个简单、低级的应用接口，称为UnixI/O，这使得所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行。

  • 打开文件

    一个应用程序通过要求内核来打开文件，内核返回一个小的非负整数（描述符），内核记录有关这个文件的所有的信息，应用程序只需要记住这个描述符。

      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）
      头文件：定义常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO，用来代替显式的描述符

  • 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。这个位置是从文件开头起始的字节偏移量。

    -应用程序可以通过seek操作显式的设置文件的当前位置为k。

  • 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。

    -给定一个大小为m字节的文件，k >= m 时执行读操作会触发一个称为end-of-file（EOF）的条件，应用程序能检测到这个条件，但是文件结尾处并没有明确的“EOF符号”。

    写操作就是从存储器拷贝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

    -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。

    -无论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他们的存储器资源。

打开和关闭文件

• 打开文件

  • 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。

  • 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

• 关闭文件
  • 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

• 读函数

  #include<unistd.h>
  ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);
  若成功，返回读字节数，即实际传送的字节数量
  若EOF，返回0
  若出错，返回-1

  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。

• 写函数

  #include<unistd.h>
  ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t n);
  若成功，返回写的字节数
  若出错，返回-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。

• 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，这些不表示有错误。

    读时遇到EOF。假设准备读一个文件，该文件从当前文件位置开始只含有20个字节，若以50个字节的片进行读取，下一个read返回的不足值为20，此后的read将通过返回不足值0来发出EOF信号。
    
    从终端读文本行。若打开文件与终端相关联（如键盘和显示器），那么每个read函数将以此传送一个文本行，返回的不足值等于文本行大小。
    
    读和写网络套接字。若打开的文件对应于网络套接字，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。（进程间的通信机制：对Unix管道调用read和write时，也有可能出现不足值）

  • 实际上除了EOF，在读写磁盘文件时，不会遇到不足值。
  • 如果想创建健壮的诸如web服务器这样的网络应用，就必须通过反复调用read和write处理不足值，直到所有需要的字节都传送完毕。

用RIO包健壮地读写

• RIO包会自动处理不足值。RIO提供了两类不同的函数：
  • 无缓冲的输入输出函数。这些函数直接在存储器和文件之间传送数据，没有应用级缓冲，对将二进制数据读写到网络和从网络读写二进制数据尤其有用。
  • 带缓冲的输入函数。这些函数允许高效地从文件中读取文本行和二进制数据（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），这些文件的内容缓存在应用级缓冲区内，类似于像printf这样的标准I/O函数提供的缓冲区。带缓冲的RIO输入函数是线程安全的，它在同一个描述符上可以被交错地调用。

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
  • 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
• stat数据结构中的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
• 对于内核文本文件和二进制文件毫无区别

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：每个进程都它独立的描述符表，每个打来的描述符表指向文件表中的一个表项
   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
   v-node表:所有进程共享，每个表项包含stat结构中的大多数信息

• 通过不同的打开文件表表项来引用两个不同的文件。没有共享文件，每个描述符对应一个不同的文件

• 多个描述符也可以通过不同的文件表表项来引用同一个文件

I/0重定向

• Unix外壳提供了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

• 重定向工作方式：使用dup2函数

   #include<unistd.h>
   int dup2(int oldfd,int newfd);

  • dup2函数拷贝描述符表表项oldfd到描述符表表项newfd，覆盖描述表表项newfd以前的内容。
  • 若newfd已经打开，dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd。

教材学习中的问题和解决过程

打完练习题10.1的代码进行编译时不通过

搜索到csapp.h是一堆头文件的打包，可以在http://csapp.cs.cmu.edu/public/code.html 下载

代码托管截图

代码托管

代码量统计

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）
目标	3500行	30篇	300小时
第一周	50/50	1/2	10/10
第二周	120/170	1/3	20/30
第三周	130/300	1/4	20/50
第五周	130/430	2/6	25/75
第六周	50/480	2/8	25/100
第七周	53/533	1/9	20/120
第八周	0/533	2/11	15/135
第九周	68/601	2/13	20/155