2025-2026-1 20231301 《信息安全设计》第九周学习总结

2025-2026-1 20231301 《信息安全设计》第九周学习总结

目录

• 作业信息
• 学习内容总结
  • 1. 进程的本质
  • 2. 系统调用层次结构
  • 3. 进程创建与执行完整流程
  • exec() 函数家族对比表
    • 实用示例：安全的命令执行
  • 安全编程实践
    • system() 的安全风险与防护
  • 思维导图

作业信息

作业	链接
作业课程	<班级>（2025-2026-1 信息安全设计）
作业要求	<作业>(2025-2026-1 信息安全设计 预习作业要求)
作业目标	《Head First C 嗨翻C语⾔》> 预习第九章
作业正文	<博客>（第九周学习总结）

学习内容总结

第九章：进程与系统调用

1. 进程的本质

进程是正在执行的程序实例，每个进程都有独立的：

• 内存空间
• 文件描述符表
• 环境变量
• 进程状态（运行、睡眠、停止等）

2. 系统调用层次结构

应用程序 → C标准库 → 系统调用接口 → 操作系统内核 → 硬件资源

3. 进程创建与执行完整流程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>

void demonstrate_fork_exec() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid == -1) {
        perror("fork failed");
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("Child process: PID = %d, Parent PID = %d\n", 
               getpid(), getppid());
        
        // 执行 ls 命令
        execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);
        
        // 如果 execl 成功，不会执行到这里
        perror("execl failed");
        exit(1);
    }
    else {
        // 父进程
        printf("Parent process: PID = %d, Child PID = %d\n", 
               getpid(), pid);
        
        int status;
        waitpid(pid, &status, 0);  // 等待子进程结束
        
        if (WIFEXITED(status)) {
            printf("Child exited with status: %d\n", WEXITSTATUS(status));
        }
    }
}

exec() 函数家族对比表

函数名	参数类型	搜索PATH	环境变量
execl()	参数列表	否	继承
execle()	参数列表	否	自定义
execlp()	参数列表	是	继承
execv()	参数数组	否	继承
execvp()	参数数组	是	继承
execve()	参数数组	否	自定义

实用示例：安全的命令执行

#include <errno.h>

int safe_system_call(const char* command) {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid == 0) {
        // 子进程 - 使用 shell 执行命令
        execl("/bin/sh", "sh", "-c", command, NULL);
        _exit(127); // 如果 exec 失败
    }
    else if (pid > 0) {
        // 父进程 - 等待子进程
        int status;
        while (waitpid(pid, &status, 0) == -1) {
            if (errno != EINTR) {
                return -1; // 等待失败
            }
        }
        return status;
    }
    else {
        return -1; // fork 失败
    }
}

安全编程实践

system() 的安全风险与防护

危险示例：

// UNSAFE! 容易受到命令注入攻击
char user_input[100];
scanf("%99s", user_input);
char command[200];
sprintf(command, "echo '%s' >> log.txt", user_input);
system(command);

安全改进：

// 安全的替代方案
void safe_log_entry(const char* entry) {
    FILE* log_file = fopen("log.txt", "a");
    if (log_file) {
        fprintf(log_file, "%s\n", entry);
        fclose(log_file);
    }
}

// 或者使用 exec 系列函数
void safe_system_log(const char* entry) {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 在子进程中直接调用 echo
        execl("/bin/echo", "echo", entry, NULL);
        _exit(1);
    }
    wait(NULL);
}

思维导图

第9章：进程与系统调用
├── 进程基础
│   ├── 进程概念
│   ├── PID/PPID
│   └── 进程状态
├── 系统调用
│   ├── system()
│   ├── exec()家族
│   ├── fork()
│   └── wait()/waitpid()
├── 错误处理
│   ├── errno变量
│   ├── perror()
│   └── strerror()
└── 安全实践
    ├── 命令注入防护
    └── 权限控制