20155317 《信息安全系统设计基础》第十三周周学习总结
20155317 《信息安全系统设计基础》第十三周周学习总结
一、UNIX I/O
在UNIX系统中有一个说法，一切皆文件。所有的I/O设备，如网络、磁盘都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当做对相应文件的读和写来执行。这种将设备映射为文件的方式，允许UNIX内核引出一个简单、低级的应用接口，称为UNIX I/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 打开文件操作完成以后才能对文件进行一些列的操作，打开完成过以后会返回一个文件描述符，它在后续对此文件的所有操作中标识这个文件，内核记录有关这个打开文件的所有信息。
- 改变当前的文件位置。
- 读写文件
- 关闭文件 应用完成了对文件的访问之后，就通知内核关闭这个文件，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中。进程终止，内核也会关闭所有打开的文件并释放他们的存储器资源。
二、打开和关闭文件
关于打开文件的基本操作，这里就不再累述，就是关于几个函数的解释，在上面的三篇文章中有解释。
int open(char *filename,int flags,mode_t mode);
其中打开标志flags有三种基本标志：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR。也可以和其他三种（O_CREAT、O_TRUNC、O_APPEND）组合使用。mode参数指定了新文件的访问权限位。（这次终于看到完全的mode参数的使用方法了）
三、读和写文件
在系统I/O中读写文件用的系统函数为read()和write()函数来执行。
#include <unistd.h> ssize_t read(int fd,void * buf,size_t n); ssize_t write(int fd,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，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。而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。返回值要么为-1要么为写入的字节数目。
#include "csapp.h" int main(void) { char c; while(Read(STDIN_FILENO, &c, 1) != 0) Write(STDOUT_FILENO, &c, 1); exit(0); }
关于在文件中定位使用的函数为lseek，在I/O库中使用的函数为fseek。
size_t和ssize_t的区别：
unsign 和 没有unsign的区别：在前几次的袁征老师的密码分析学实验中，老师要求我们编写几个产生随机数的算法程序，我采取的是用斐波那契数列、线性同余等这样的数学书证明的方法去产生，但是在编写程序的时候，出现了负值的情况，也就是说产生的随机数是负值，也就是说出现了超出范围，可是在我的算法中随机值不会超过2的31次方，也就是说int或者long是完全够用的，为了避免出现上述的情况，我还特地用了long，但是还是出现了上述的错误：
最后经过查验，这并不是程序的思想导致的，这是由于C语言的编译器在进行有符号和无符号数的运算的时候所决定的。因为每个C语言编译器的版本不一样，其所能保证的范围也是不一样的，
后来经过修改，只要将其变成无符号的数便可以成功。
有些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少，出现这种情况的原因如下：
- 读时遇到EOF。此时read返回0来发出EOF信号。
- 从终端读文本行。如果打开文件是与终端相关联，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的大小。
- 读和写网络套接字。可能会出现阻塞现象。
实际上，除了EOF，在读磁盘文件时，将不会遇到不足值，而且在写磁盘文件时，也不会遇到不足值。然而，如果你想创建健壮的网络应用，就必须反复调用read和write处理不足值，直到所有需要的字节都传送完毕。（
四、用RIO包健壮地读写
这个包会处理上面的不足，RIO提供了方便、健壮和高效的I/O。提供了两类不同的函数：
- 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，没有应用级缓冲，它们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
ssize_t rio_readn(int fd,void *usrbuf,size_t n); ssize_t rio_writen(int fd,void *usrbuf,size_t n);
对同一个描述符，可以任意交错地调用rio_readn和rio_writen。一个问本行的末尾都有一个换行符，那么像读取一个文本中的行数怎么办，使用read读取换行符这个方法不是很妥当，可以调用一个包装函数（rio_readineb），它从一个内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区为空时，会自动地调用read重新填满缓冲区。也就是说，这些函数都是缓冲区操作而言的。
五、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（有时也称为文件的元数据）
#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。
struct stat { #if defined(__ARMEB__) unsigned short st_dev; unsigned short __pad1; #else unsigned long st_dev; #endif unsigned long st_ino; unsigned short st_mode; unsigned short st_nlink; unsigned short st_uid; unsigned short st_gid; #if defined(__ARMEB__) unsigned short st_rdev; unsigned short __pad2; #else unsigned long st_rdev; #endif unsigned long st_size; unsigned long st_blksize; unsigned long st_blocks; unsigned long st_atime; unsigned long st_atime_nsec; unsigned long st_mtime; unsigned long st_mtime_nsec; unsigned long st_ctime; unsigned long st_ctime_nsec; unsigned long __unused4; unsigned long __unused5; };
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(),这是一个普通文件么；S_ISDIR(),这是一个目录文件么；S_ISSOCK()这是一个网络套接字么。使用一下这个函数
六、共享问价
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。
下面看几张图。
描述符1和4通过不同的打开文件表表项来引用两个不同的文件。这是典型的情况，没有共享文件，并且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应用同一个文件。如果同一个文件被open两次，就会发生上面的情况。关键思想是每个描述符都有它自己的文件位置，所以对不同描述符的读操作可以从文件的不同位置获取数据。
父子进程也是可以共享文件的，在调用fork()之前，父进程如第一张图，然后调用fork()之后，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。一个很重要的结果就是，在内核删除相应文件表表项之前，父子进程必须都关闭了他们的描述符。
七、标准I/O
标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。对于一个程序而言，一个流就是一个指向FILE类型的结构的指针。类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象。流缓冲区的目的和RIO读缓冲区的一样：就是使开销较高的UNIX I/O系统调用的数量尽可能的小。例如，当第一次调用getc时，库通过调用一次read函数来填充流缓冲区，然后将缓冲区总的第一个字节返回给应用程序。只要缓冲区还有未读的字节，接下来对getc的调用就能直接从流缓冲区得到服务。
八、重定向
- 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。unix> ls > foo.txt
- I/O重定向是依靠dup2函数工作的。dup2函数拷贝描述符表表项oldfd到描述符表项newfd，覆盖描述符表表项newfd以前的内容。如果newfd已经打开，dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd。
九、课下练习
10.1
发现是库文件“csapp.h”的问题。经过修改后编译成功。
对于“csapp.h”这个头文件，可以从网址http://download.csdn.net/detail/tzasd89812/4206284上去下载，也可以用<stdio.h><fcntl.h><unistd.h>这三个头文件等效替代。我是选择的后种方法~
10.2：
10.3
10.4：
重定向标准输入（描述符0）到描述符5，我们将调用dup2（5,0）或者等价的dup2（5，STDIN_FILENO）。
10.5
代码托管
上周考试错题总结
本周结对学习情况
- 20155301
- 结对照片
- 结对学习内容
- XXXX
- XXXX
- ...其他（感悟、思考等，可选）
我认为在linux操作系统中，最重要的就是对文件的操作以及处理，不管我们要做什么，要启用什么，在linu操作系统中，全部都是用文件进行模式化处理的，所以我认为这文件操作十分重要。
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 | 200/200 | 2/2 | 20/20 | |
| 第二周 | 300/500 | 2/4 | 18/38 | |
| 第三周 | 500/1000 | 3/7 | 22/60 | |
| 第四周 | 300/1300 | 2/9 | 30/90 |
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:XX小时
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实际学习时间:XX小时
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改进情况：
(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)
参考资料
