20145320 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

20145320 《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

输入/输出（I/O）是主存和外部设备（I/O设备）（如磁盘驱动器、终端、网络）之间拷贝数据的过程。输入是从I/O设备拷贝到主存。反之则反。

10.1Unix I/O

• Unix文件就是一个m字节的序列：b0,b1,b2….bm-1。所有的I/O设备都被虚拟化为文件。所有的输入输出都是在当成相对应的文件的读写。将设备映射为文件，Unix内核引出一个应用接口，Unix I/O。

• 输入输出的执行方式：

  • 打开文件：打开文件，内核会返回描述符。标准输入（STDIN_FILENO）描述符为0、标准输出（STDOUT_FILENO）描述符为1、标准错误（STDERR_FILENO）描述符为2。也就是说在Unix生命周期一开始，0、1、2就被占用，以后的open只能从3开始——习题10.1

  • 改变当前文件位置：文件位置k，是文件开头起始的字节偏移量。

  • 读写文件：读是从文件拷贝到存储器。写相反。当k超过文件字节数m时，会触发end-of-file(EOF)条件。

  • 关闭文件：释放文件打开时创建的数据结构（释放文件的存储器资源），将描述符恢复到可用的描述符池中。

10.2打开和关闭文件

• 1.open函数

（1）函数定义：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

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

（2）参数解析：

返回值：类型为int型，返回的是描述符数字，总是在进程中当前没有打开的最小描述符。如果出错，返回值为-1.

• filename：文件名

• flags：指明进程打算如何访问这个文件，可以取的值见下：

  O_RDONLY：只读
  O_WRONLY：只写
  O_RDWR：可读可写
  O_CREAT：文件不存在，就创建新文件
  O_TRUNC：如果文件存在，就截断它
  O_APPEND：写操作前设置文件位置到结尾处
  这些值可以用“或”连接起来。

• mode：指定了新文件的访问权限位，符号名称如下：

　　　　　　

• 2.close函数

(1)函数定义：

#include <unistd.h>

int close(int fd);

(2)参数解析：

返回值：成功返回0，出错返回-1

关闭一个已经关闭的描述符会出错

fd：即文件的描述符。

10.3读和写文件

• 1.读 read

（1）函数原型：

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);//返回有符号值

（2）参数解析：

返回值：成功则返回读的字节数，EOF返回0，出错返回-1。返回值为有符号数。
fd：文件描述符
buf：存储器位置
n：最多从当前文件位置拷贝n个字节到存储器位置buf

• 2.写 write

（1）函数原型：

#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, void *buf, size_t n);

（2）参数解析：

返回值：成功则返回写的字节数，出错返回-1。返回值为有符号数。
fd：文件描述符
buf：存储器位置
n：最多从存储器位置buf拷贝n个字节到当前文件位置

• 需要注意的是，read和write在正常情况下返回值是实际传送的字节数量。

• 3.不足值

    不足值指在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少，原因如下：
    读的时候遇到EOF
    从终端读文本行
    读和写socket
  

10.4用RIO包健壮地读写

• RIO包能自动地处理不足值。提供了两个函数：无缓冲的输入输出函数，带缓冲的输入函数。

• RIO的无缓冲的输入输出函数

这些函数的作用是直接在存储器和文件之间传送数据，常适用于网络和二进制数据之间。

rio_readn函数和rio_writen定义：

#include "csapp.h"

ssize_t rio_readn(int fd, void *usrbuf, size_t n);
ssize_t rio_writen(int fd, void *usrbuf, size_t n);

参数：

fd：文件描述符
usrbuf：存储器位置
n:传送的字节数

返回值：

rio_readn成功则返回传送的字节数，EOF为0（一个不足值），出错为-1
rio_writen成功则返回传送的字节数，出错为-1，没有不足值。

• RIO的带缓冲的输入函数

  • 可以高效的从文件中读取文本行和二进制数据。

  • 文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。换行符数字值为0x0a.rio_readlineb函数从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。rio_readn带缓冲区的版本：rio_readnb。

  • rio_readlineb从rp读出一个文本行（包括换行符）并把它存到usrbuf，并用空字符结束这个文本行。最多读maxlen-1个字节，剩下一个给结尾处的空字符。

  • rio_readnb最多读n个字节。

10.5读取文件元数据

• 检索文件元数据的方式：调用stat和fstat函数。两者功能相似。

  • stat数据结构中的成员。重点掌握st_mode,st_size.

     st_size:文件字节数大小
    
     st_mode：文件访问许可位和文件类型。（普通文件：二进制文件和文本文件。目录文件：其他文件信息。套接字：通过网络与其他进程通信的文件。）
    

10.6共享文件

• 用三个相关的数据结构表示打开的文件：

  • 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：打开的文件的集合是由一张文件表表示的，所有的进程共享这张表。包括文件位置、引用计数（当前指向该表项的描述符表项数），指向v-node表的指针。

  • v-node表：包含stat结构中大多数信息。

    打开文件的内核数据结构：
    

    文件共享。共享了同一个磁盘文件：
    

  子父进程共享文件。子进程有一个父进程描述表符副本，所以他们共享打开文件的集合。注意，在内核删除相应文件表表项之前，子父进程必须都关闭他们的描述符。
  

10.7 I/O重定向

• I/O重定向操作符： >

    ls > foo.txt
  

这句代码的含义就是使外壳加载和执行ls程序，并且将标准输出重定向到磁盘文件foo.txt。

• I/O重定向函数： dup2

  函数定义为：

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

返回值：成功返回描述符，错误返回-1

- 这个函数执行的操作是，拷贝描述符表表项oldfd，覆盖描述表表项newfd，如果后者被打开，则在拷贝前关闭它。

10.8 标准I/O

标准I/O库：一组高级输入输出函数。将一个打开的文件模型化为一个流，一个流即一个指向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(标准输入)，stdout（标准输出），stderr（标准错误）。

类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象。为了减小系统开销。

10.9 综合：该使用哪些I/O函数

在网络套接字的时候使用RIO函数。需要格式化输出，使用sprintf函数格式化一个字符串，然后用rio_writen把它发送到套接口。

格式化输入，使用rio_readlineb读一个完整的文本行，再使用scanf从文本行提取不同字段。

教材练习

10.1

• Unix进程生命周期开始时，打开的描述符赋给了stdin（描述符0）、stdout（描述符1）和stderr（描述符2）。open函数总是返回最低的未打开的描述符，所以第一次调用open会返回描述符3。调用close函数会释放描述符3.最后对open的调用会返回描述符3，因此程序的输出是“fd2=3”。

10.2

• 描述符fd1和fd2都要各自的打开文件表表项，所以每个描述符对于foobar.txt都有它自己的位置。因此，从fd2的读操作会读取foobar.txt的第一个自己，并输出
  • c=f ，而不是 c=o

10.3

• 这里是子进程继承父进程的描述符表，以及所有进程共享的同一个打开文件表。因此，描述符fd在父子进程中都指向同一个打开文件表表项。当子进程读取文件的一个字节时，文件位置加1.因此，父进程会读取第二个字节，而输出就是
  • c=o，而不是10.2中的 c=f

10.4

• 这里考察的是重定向的内容，重定向标准输入（描述符0）到描述符5，直接调用dup2（5,0）

10.5

• 这题考察重定向的应用，这里把fd1重定向到了fd2，输出应该为
  • c=o