2017-2018-1 20155320 《信息安全系统设计基础》第八周学习总结
教材学习内容总结
第十一章 网络编程
- 每个网络应用都是基于客户端一服务器模型的。一个应用是由一个服务器进程和一个或者多个客户端进程组成。服务器管理某种资源，并且通过操作这种资源来为它的客户端提供某种服务。
客户端一服务器模型中的基本操作是事务，一个客户端-服务器由四步组成:
1.当一个客户端需要服务时，它向服务器发送一个请求，发起一个事务。
2.服务器收到请求后，解释它，并以适当的方式操作它的资源。
3.服务器给客户端发送一个响应，并等待下一个请求。
4.客户端收到响应并处理它。
- 客户端和服务器是进程而不是主机。
- 客户端和服务器通常运行在不同的主机上，并且通过计算机网络的硬件和软件资源来通信。
- 每个以太网适配器都有全球唯一的48位地址。
- 使用一些电缆和叫做网桥 (bridge) 的小盒子，多个以太网段可以连接成较大的局域网，称为桥接以太网 (bridged Ethernet)桥接以太网
-网桥比集线器更充分地利用了电缆带宽。
- 在层次的更高级别中，多个不兼容的局域网可以通过叫做路由器 (router)的特殊计算机连接起来，组成一个internet(互联网络)。
Internet 和 internet 我们总是用小写字母的 internet 描述一般概念， 而用大写字母的Internet 来描述一种具体的实现，也就是所谓的全球 IP 因特网。
- 互联网至关重要的特性是，它能由采用完全不同和不兼容技术的各种局域网和广域网组成。
- 全球IP因特网是最著名和最成功的互联网络实现。
- 展示一个因特网客户端-服务器应用程序的基本硬件和软件组织。
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每台因特网主机都运行实现 TCP/IP 协议 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网络协议)的软件，几乎每个现代计算机系统都支持这个协议。
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每台因特网主机都运行实现TCP/IP协议。因特网的客户端和服务器混合使用套接字接口函数和 Unix I/O 函数来进行通信。套接字函数典型地是作为会陷入内核的系统调用来实现 的，并调用各种内核模式的 TCP/IP 函数。
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TCP/IP实际是一个协议族。
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一个 IP 地址就是一个 32 位无符号整数。
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htonl 函数将32 位整数由主机字节顺序转换为网络字节顺序。
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ntohl 函数将 32 位整数从网络宇节顺序转换为主机字节。
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htons和 ntohs 函数为 16 位的无符号整数执行相应的转换。
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IP 地址通常是以一种称为点分十进制表示法来表示的。
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在linux系统上，你能够使用HOSTNAME来确定自己的点分十进制地址。
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应用程序使用inet_pton和inet_ntop函数来实现IP地址和点分十进制串之间的转换。
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"n" 表示的是网络(network)。"a" 表示应用(application)。而 "to" 表示转换。
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因特网客户端和服务器互相通信时使用的是 IP 地址。
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常见的第一层域名包括 com、 edu、 gov、org 和 net。
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下一层是二级 (second-level) 域名，例如 cmu. edu
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一旦一个组织得到了一个二级域名，那么它就可以在这个子域中创建任何新的域名了。
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因特网定义了域名集合和 IP 地址集合之间的映射。
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因特网应用程序通过调用 gethostbyname 和 gethostbyaddr 函数，从 DNS 数据库中检索任意的主机条目。
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Web 服务器通常使用端口 80，而电子邮件服务器使用端口 25。
套接字接口 (socket interface) 是一组函数，它们和 Unix I/O 函数结合起来，用以创建网络应用。
套接字接口描述：
socket 函数
客户端和服务器使用 socket 函数来创建一个套接字描述符
connect 函数
客户端通过调用 connect 函数来建立和服务器的连接。
open_clientfd 函数
open_clientfd 函数和运行在主机 hostname 上的服务器建立一个连接，并在知名端口 port 上监听连接请求。它返回一个打开的套接宇描述符，该描述符准备好了，可以用 Unix I/O 函数做输入和输出。
** bind 函数**
bind、 listen 和 accept 被服务器用来和客户端建立连接。
bind 函数告诉内核将 my_addr中的服务器套接字地址和套接字描述符 sockfd 联系起来。参数 addrlen 就是 sizeof(sockaddr_in) 。
** listen 函数**
listen 函数将 sockfd 从一个主动套接字转化为一个监听套接字 (listening socket)，该套接字可以接受来自客户端的连接请求。
open_listenfd 函数
socket、 bind 和 listen 函数结合成一个叫做。open_listenfd 的辅助函数
** accept 函数**
accept 函数来等待来自客户端的连接请求
accept 函数等待来自客户端的连接请求到达侦听描述符 listenfd，然后在 addr 中填写客户端的套接字地址，并返回一个巳连接描述符 (connected descriptor)，这个描述符可被用来利用 Unix I/O 函数与客户端通信。
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Web 客户端和服务器之间的交互用的是一个基于文本的应用级协议，叫做 HTTP (Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议). HTTP 是一个简单的协议。
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一个 Web 客户端(即浏览器) 打开一个到服务器的因特网连接，并且请求某些内容。服务器响应所请求的内容，然后关闭连接。浏览器读取这些内容，并把它显示在屏幕上。
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每条由 Web 服务器返回的内容都是和它管理的某个文件相关联的。这些文件中的每一个都有一个唯一的名字，叫做 URL (Universal Resource Locator，通用资源定位符)。
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因为 HTTP 是基于在因特网连接上传送的文本行的，我们可以使用 Unix 的TELNET程序来和因特网上的任何 Web 服务器执行事务。
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一个 HTTP 请求的组成是这样的:一个请求行 (request line) (第 5 行)，后面跟随零个或更多个请求报头 (request header) (第 6 行)，再跟随一个空的文本行来终止报头列表
HTTP 支持许多不同的方法，包括 GET、 POST、 OPTIONS、 HEAD、 PUT、 DELETE 和 TRACE。
第十二章 并发编程
- 三种基本的构造并发程序的方法：
进程
每个逻辑控制流是一个进程，由内核进行调度，进程有独立的虚拟地址空间
I/O多路复用
逻辑流被模型化为状态机，所有流共享同一个地址空间
线程
运行在单一进程上下文中的逻辑流，由内核进行调度，共享同一个虚拟地址空间
- 基于进程的并发服务器
1.使用SIGCHLD处理程序来回收僵死子进程的资源。
2.父进程必须关闭他们各自的connfd拷贝（已连接的描述符），避免存储器泄露。
3.因为套接字的文件表表项中的引用计数，直到父子进程的connfd都关闭了，到客户端的连接才会终止。
**关于独立地址空间
优点：防止虚拟存储器被错误覆盖
缺点：开销高，共享状态信息才需要IPC机制**
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使用select函数，要求内核挂起进程，只有在一个或多个I/O事件发生后，才将控制返回给应用程序。
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对描述符集合的处理方法：
1.分配他们
2.将一个此种类型的变量赋值给另一个变量
3.用FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR和FD_ISSET宏指令来修改和检查他们。
- 基于I/O多路复用的并发事件驱动服务器
1.I/O多路复用可以用作事件并发驱动程序的基础。
2.状态机：一组状态、输入事件、输出事件和转移。
3.自循环：同一输入和输出状态之间的转移。
- I/O多路复用技术的优劣
优点：相比基于进程的设计给了程序员更多的对进程行为的控制，运行在单一进程上下文中，每个逻辑流都能访问全部的地址空间，在流之间共享数据很容易。
缺点：编码复杂，随着并发粒度的减小，复杂性还会上升。粒度：每个逻辑流每个时间片执行的指令数量。
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每个进程开始生命周期时都是单一线程（主线程），在某一时刻创建一个对等线程，从此开始并发地运行，最后，因为主线程执行一个慢速系统调用，或者被中断，控制就会通过上下文切换传递到对等线程。
Posix线程 -
Posix线程是C语言中处理线程的一个标准接口，允许程序创建、杀死和回收线程，与对等线程安全的共享数据。
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创建线程
线程通过调用pthread_create来创建其他线程。
int pthread_create(pthread_t *tid,pthread_attr_t *attr,func *f,void *arg);
成功则返回0，出错则为非零
- 当函数返回时，参数tid包含新创建的线程的ID，新线程可以通过调用pthread_self函数来获得自己的线程ID。
pthread_t pthread_self(void);
返回调用者的线程ID。
- 终止线程
一个线程是通过以下方式之一来终止的。
当顶层的线程例程返回时，线程会隐式地终止。
通过调用pthread_exit函数，线程会显式地终止
void pthread_exit(void *thread_return);
- 回收已终止的线程资源
线程通过调用pthread_join函数等待其他线程终止。
int pthread_join(pthread_t tid,void **thread_return);
成功则返回0，出错则为非零
- 分离线程
在任何一个时间点上，线程是可结合或可分离的。一个可结合的线程能够被其他线程收回其资源和杀死，在被回收之前，它的存储器资源是没有被释放的。分离的线程则相反，资源在其终止时自动释放。
int pthread_deacth(pthread_t tid);
成功则返回0，出错则为非零
初始化线程
pthread_once允许初始化与线程例程相关的状态。
pthread_once_t once_control=PTHREAD_ONCE_INIT;
int pthread_once(pthread_once_t once_contro,
void (init_routine)(void));
总是返回0
- 线程存储器模型
1.每个线程都有自己独立的线程上下文，包括一个唯一的整数线程ID，栈、栈指针、程序计数器、通用目的寄存器和条件码。
2.寄存器是从不共享的,而虚拟存储器总是共享的。
3.各自独立的线程栈被保存在虚拟地址空间的栈区域中，并且通常是被相应的线程独立地访问的。
- 将变量映射到存储器
1.全局变量：定义在函数之外的变量
2.本地自动变量：定义在函数内部但是没有static属性的变量。
本地静态变量：定义在函数内部并有static属性的变量。
- 共享变量
变量v是共享的——当且仅当它的一个实例被一个以上的线程引用。
- 信号量
1.P(s)：如果s是非零的，那么P将s减一，并且立即返回。如果s为零，那么就挂起这个线程，直到s变为非零。
2.V(s)：将s加一，如果有任何线程阻塞在P操作等待s变为非零，那么V操作会重启线程中的一个，然后该线程将s减一，完成他的P操作。
信号量不变性：一个正确初始化了的信号量有一个负值。
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二元信号量（互斥锁）：将每个共享变量与一个信号量s联系起来，然后用P(s)（加锁）和V(s)（解锁）操作将相应的临界区包围起来。
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禁止区：s<0，因为信号量的不变性，没有实际可行的轨迹线能够直接接触不安全区的部分
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并行程序的加速比通常定义为：
Sp=T1/Tp
其中，p为处理器核的数量，T为在p个核上的运行时间
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一个线程是安全的，当且仅当被多个并发线程反复的调用时，它会一直产生正确的结果。
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可重入性
当它们被多个线程调用时，不会引用任何共享数据。
显式可重入的：
所有函数参数都是传值传递，没有指针，并且所有的数据引用都是本地的自动栈变量，没有引用静态或全剧变量。
隐式可重入的：
调用线程小心的传递指向非共享数据的指针。
竞争
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产生竞争的原因：
一个程序的正确性依赖于一个线程要在另一个线程到达y点之前到达它的控制流中的x点。也就是说，程序员假定线程会按照某种特殊的轨迹穿过执行状态空间，忘了一条准则规定：线程化的程序必须对任何可行的轨迹线都正确工作。 -
消除竞争方法：
动态的为每个整数ID分配一个独立的块，并且传递给线程例程一个指向这个块的指针
死锁
一组线程被阻塞了，等待一个永远也不会为真的条件。
- 解决死锁的方法
1.不让死锁发生：
- 静态策略：设计合适的资源分配算法，不让死锁发生---死锁预防；
- 动态策略：进程在申请资源时，系统审查是否会产生死锁，若会产生死锁则不分配---死锁避免。
2.让死锁发生：
进程申请资源时不进行限制，系统定期或者不定期检测是否有死锁发生，当检测到时解决死锁----死锁检测与解除。
教材学习中的问题和解决过程
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问题1：
线程与进程的区别 -
问题1解决方案：
一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体.
与进程的区别:
(1)地址空间:进程内的一个执行单元;进程至少有一个线程;它们共享进程的地址空间;而进程有自己独立的地址空间;
(2)资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源
(3)线程是处理器调度的基本单位,但进程不是.
(4)二者均可并发执行.
进程和线程都是由操作系统所体会的程序运行的基本单元，系统利用该基本单元实现系统对应用的并发性。进程和线程的区别在于：
代码调试中的问题和解决过程
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问题1：在做客户端与服务器的实践，运行时总会出现权限不够的提示：
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问题1解决方案：后来发现在命令前加上sudo,给予root权限就可以了
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问题2：其他问题在上一篇博客里
代码托管
结对及互评
本周结对学习情况
- 20155326
- 结对照片
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结对学习内容
- 第十一章、第十二章内容
其他（感悟、思考等，可选）
本周学习的内容刘念老师的课程关联性很强，但是在实践中仍然需要自己解决许多问题，
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 | 200小时 | |
| 第一周 | 5/5 | 1/1 | 15/15 | |
| 第二周 | 1/2 | 23/38 | ||
| 第三周 | 206/327 | 1/3 | 28/66 | |
| 第四周 | 206/327 | 1/4 | 10/77 | |
| 第五周 | 285/568 | 1/5 | 20/97 | 主要学习了汇编及反汇编的相关知识 |
| 第六周 | 160/683 | 3/8 | 20/107 | |
| 第七周 | / | 2/10 | 20/127 | 第四章学习内容和第二次实验 |
| 第八周 | /2304 | 2/12 | 22/149 | 第十一章、第十二章 |
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。
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计划学习时间:20小时
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实际学习时间:22小时
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改进情况：本周的学习时间用在课本第十一、十二章的学习和课下作业的完成
(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)