20145209 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结
20145209 《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
系统级I/O
输入/输出是在主存和外部设备之间拷贝数据的过程，输入操作是从I/O设备拷贝数据到主存，输出操作是从主存拷贝数据到I/O设备。
Unix I/O
Unix文件：m个字节的序列
I/O设备：网络、磁盘和终端
Unix I/O :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。
描述符：打开文件时，内核返回一个小的非负整数。 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：文件位置为k，初始为0。 seek操作：显式地设置文件的当前位置为k。
EOF：是一个条件，而不是一个符号。
关闭文件：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。无论一个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它们的存储器资源。
打开和关闭文件
打开文件
include <sys/types.h>
include <sys/stat.h>
include <fcntl.h>
include <unistd.h>
int open(char *filename,int flags,mod_it mode)；
若成功，返回值为新文件描述符
若出错，返回值为-1
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。
fd = Open("文件名",flag参数，mode参数)
fd是返回的文件描述符（数字），总是返回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
出错的时候返回-1
关闭文件
include<unistd.h>
int close(int fd);
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
应用程序是通过分别调用read和write函数来执行输入和输出的。
include <unistd.h>
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：-1：一个错误；0：EOF；否则，返回值：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。
include "csapp.h"
int main(void)
{
char c;
while(Read(STDIN_FILENO,&c,1) != 0)
Write(STDOUT_FILENO,&c,1);
exit(0);
}
lseek函数：应用程序能够显式地修改当前文件的位置。
不足值：read和write传送的字节比应用程序要求的少。
产生不足值的原因：
读时遇到EOF
从终端读文本行
读和写网络套接字
用RIO包读写
RIO包的实质：I/O包
RIO包提供的两种函数：无缓冲的输入输出函数、带缓冲的输入函数（线程安全）
RIO的无缓冲的输入输出函数
应用程序通过调用rioreadn和riowritten函数可以在存储器和文件之间直接传送数据。
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);
rio_ readn函数在遇到EOF时，只能返回一个不足值；
rio_ writen函数绝不会返回不足值。
RIO的带缓冲的输入函数
一个文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。在Unix系统中，换行符（‘\n'）与ASCII码换行符（LF）相同，数字值为0x0a。
实现计算文本文件中文本行的数量
方法一：用read函数来一次一个字节地从文件传送到用户存储器，检查每个字节来查找换行符。这个方法的缺点是效率低，每读取文件中的一个字节都要求陷入内核。
方法二：调用一个包装函数（rio_readlineb），它从一个内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区变空时，会自动地调用read重新填满缓冲区。
对于既包含文本行也包含二进制数据的文件，书上提供了一个rio_readn带缓冲区的版本：
rio_readnb，它从和rio_readlineb一样的读缓冲区中传送原始字节。
rioreadinitb(riot *rp,int fd);
- 每打开一个描述符都会调用一次该函数，它将描述符fd和地址rp处的类型为rio_t的缓冲区联系起来。
rioreadnb(riot *rp,void *usrbuf,size_t n) ;
- 从文件rp中最多读n个字节到存储器位置usrbuf。对同一描述符，rioreadnb和rioreadlineb的调用可以交叉进行。
ssizet readlineb(riot *rp,void *usrbuf,size_t maxlen);
- 从文件rp中读取一个文本行（包括结尾的换行符），将它拷贝到存储器位置usrbuf，并用空字符来结束这个文本行。
RIO读程序的核心——rio_read函数
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）。
include <unistd.h>
include <sys/stat.h>
int stat(cost char *filename,struc sta *buf);
int fstat(int fd,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
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
Unix提供的宏指令根据st_mode成员来确定文件的类型
宏指令：
S_ISREG() 普通文件？二进制或文本数据
S_ISDIR() 目录文件？包含其他文件的信息
S_ISSOCK() 网络套接字？通过网络和其他进程通信的文件
共享文件
内核使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
描述符各自引用不同的文件，没有共享文件。
教材学习中的问题和解决过程
10.1
代码出现了问题不能运行，后来上网查询，添加”stdlib.h”,将open所需的头文件加上，Open和Close都要小写。
本周代码托管截图
托管网址：
https://git.oschina.net/null_363_2267/linux-besti-is-2016-2017-1-20145209
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 |
