第九周学习报告

学习计时：共5小时

读书：2小时

代码：1小时

作业：1小时

博客：1小时

附录A 错误处理

采用一种基于错误处理包装函数的方法

思想：给定基本系统级函数foo，定义一个有相同参数、头字母大写的包装函数Foo。

         包装函数调用基本函数并检查错误。

         如果发现错误，打印一条信息并终止进程；否则返回调用者。

         如果没有错误，包装函数的行为和基本函数完全一样。

包装函数被封装在一个源文件（csapp.c）中，这个文件被编译和链接到每个程序中，一个独立的头文件（csapp.h）中包含这些包装函数的函数原型

A.1 Unix系统中的错误处理

三种不同风格的返回错误：Unix风格的、Posix风格的、DNS风格的

Unix风格的错误处理

返回值既包括错误代码，也包括有用的结果。

遇到错误，返回-1，将全局变量errno设置为指明错误原因的错误代码；成功，则返回有用的结果

if((pid = wait(NULL))<0
{
    fprintf(stderr,"wait error:%s
",strerror(errno));
    exit(0);
}

Posix风格的错误处理

只用返回值来表示成功（0）或失败（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
",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
:",hstrerror(h_errno));
    exit(0);
}

错误报告函数小结

#include "csapp.h"

void unix_error(char *msg);
void posix_error(int code,char *msg);
void dns_error(char *msg);
void app_error(char *mag);

app_error函数：方便报告应用错误，简单地打印它的输出，然后终止

A.2 错误处理包装函数

Unix：返回一个错误，包装函数打印一条消息然后退出。成功时返回PID或void

Posix：错误返回码中不会包含有用的结果，成功时返回void

第10章 系统级I/O

输入/输出（I/O）是在主存和外部设备之间拷贝数据的过程

是Unix系统中，通过使用由内核提供的系统级Unix I/O函数实现较高级别的I/O函数

10.1 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，所有的输入输出都被当做相应的读和写来执行

打开文件

通过内核打开，内核返回一个小的非负整数，叫做描述符

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）

改变当前的文件位置

内核保持一个文件位置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

读写文件

读操作：从文件拷贝n>0个字节到存储器，k增加到k+n

           当k>=m时执行读操作触发EOF条件

写操作：从存储器拷贝n>0个字节到文件

关闭文件

通过内核关闭文件。

内核释放文件打开时创建的数据结构，将描述符恢复到可用的描述符池中

无论何种原因终止，内核都会关闭文件并释放存储器资源

10.2 打开和关闭文件

通过open函数来打开或创建文件

int open（char * filename，int flags，mode_t mode);

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

• O_RDONLY：只读
• O_WRONLY：只写
• O_RDWR:可读可写
• O_CREAT:如果文件不存在，就创建它的一个截断（空）文件
• O_TRUNC:如果文件已存在，就截断它
• O_APPEND:在每次写操作前，设置文件设置到文件的结尾处

mode参数指定了新文件的访问权限位（见P598图10—1）

每个进程都有一个umask，通过umask函数来设置

当进程通过带有mode参数的open函数创建新文件时，文件的访问权限位被设置为mode &~umask

调用close函数关闭文件

int close（int fd）;

10.3 读和写文件

调用read和write来执行输入和输出

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表示一个错误，返回值0表示EOF，否则，返回值表示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

产生不足值不代表有错误，起原因有：

• 读时遇到EOF
• 从终端读文本行
• 读和写网络套接字

10.4 用RIO包健壮地读写

RIO：自动出来不足值

提供了两类函数

无缓冲的输入输出函数：直接在存储器和文件之间传送数据，没有应用级缓存

带缓存的输入函数：从文件中读取文本行和二进制数据，这些文件的内容缓存在应用级缓存区内，是线程安全的，在同一个描述符上可以被交错地使用

10.4.1 RIO的无缓冲的输入输出函数

调用rio_readn和rio_writen，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);

rio_read函数从描述符fd的当前文件位置最多传送n个字节到存储器位置usrbuf，在遇到EOF时只能返回一个不足值

rio_writen函数从位置usrbuf传送n个字节到描述符fd，决不会返回不足值

两者可以任意交错调用

10.4.2 RIO的带缓存的输入函数

文本行就是由换行符结尾的ASCII码字符序列

调用一个包装函数（rio_readlineb），从内部读缓存区拷贝文本行，当缓存区变空，会自动调用read重新填满缓存区

rio_readn的带缓存区版本：rio_readnb

void rio_readinitb(rio_ t *rp,int fb);
ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp,void *usrbuf,size_t maxlen);
ssize_t rio_readnb(rio_t *rp,void *usrbuf,size_t n);

每打开一个描述符就好调用一次rio_readinitb函数

rio_readlineb函数从文件rp读出一个文半行，将它拷贝到存储器位置usrbuf，用空字符来结束这个文本行。rio_readlineb函数最多读maxlen-1个字节，余下一个字符留给结尾的空字符。超过maxlen-1的文本行被截断，并用一个空字符结束

rio_readnb从文件rp最多读n个字节到存储器位置usrbuf

RIO读程序的核心是rio_read函数（Unix read函数带缓存的版本)

一旦缓存区非空，rio_read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，并返回拷贝的字节数

10.5 读取文件元数据

调用stat和fstat函数，检索关于文件的信息（元数据）

int stat(const char *filename,struct stat *buf);
int fstat(int fb,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

stat数据结构中的重要成员：st_mode,st_size

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

文件类型：

• 普通文件：二进制或文本数据，宏指令：S_ISREG()
• 目录文件：包含其他文件的信息，宏指令:S_ISDIR()
• 套接字：通过网络和其他进程通信的文件，宏指令:S_ISSOCK()

Unix提供的宏指令根据st_mode成员来确定文件的类型

10.6 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

三种打开文件的类型：

• 典型：描述符各自引用不同的文件，没有共享
• 共享：多个描述符通过不同的文件表表项引用同一个文件。（关键思想：每个描述符都有自己的文件位置，对不同描述符的读操作可以从文件的不同位置获取数据）
• 继承：子进程继承父进程打开文件。调用fork后，子进程有一个父进程描述符表的副本，父子进程共享相同的打开文件表集合，因此共享相同的文件位置

10.7 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

重定向使用dup2函数

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。

如果newfd已经打开，dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd

10.8 标准I/O

ANSI C定义了一组高级输入输出函数，称为标准I/O库

提供了打开和关闭文件的函数（fopen和fclose），读和写字节的函数（fread和fwrite），读和写字符串的函数（fgets和fputs），格式化I/O函数（scanf和printf）

标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。

一个流就是一个指向FILE类型的结构的指针

每个ANSI C程序开始时都有三个打开的流stdin、stdout、stderr，分别对应标准输入、标准输出、标准错误

类型为FILE的流是对文件描述符和流缓存区的抽象

参考资料：《深入理解计算机系统》

问题：RIO的部分有些难以理解

心得：这一次大概是作业量最少的一次，所以完成得比较快，看得也比以往更认真。感觉后面的知识学起来没有前面费力了