20135323符运锦--信息安全系统设计基础第九周学习总结

时间:2021-03-12 07:43:46

学习计时:共12小时

读书:5小时

代码:2小时

作业:3小时

博客:2小时

附录A 错误处理

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A.1 Unix系统中的错误处理

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A.2 错误处理包装函数

Unix:返回一个错误,包装函数打印一条消息然后退出。

Posix:错误返回码中不会包含有用的结果,成功时返回void

系统级I/O

输入/输出是在主存和外部设备(如磁盘驱动器、终端和网络)之间拷贝数据的过程。输入操作时从I/O设备拷贝数据到主存,而输出操作时从主存拷贝数据到I/O设备。

10.1 Unix I/O

一个Unix文件就是一个m个字节的序列:B0,B1,B2,B3...Bk...Bm-1。
所有的I/O设备,如网络、磁盘盒终端,都被模型化为文件,而所有的输入和输出都被当做对相应的文件的读和写来执行。这是一种应用接口,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:

1.打开文件

一个应用程序通过要求内核打开相应的文件,来宣告它想要访问一个I/O设备,内核返回一个小的非负整数,叫做描述符。unix系统创建每个进程的时候都有三个打开的文件:标准输入;标准输出,标准错误。

2.改变当前的文件位置

内核保持一个文件位置k,初始为0
这个文件位置是从文件开头起始的字节偏移量

3.读写文件

一个读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器,从当前文件位置k开始,然后将k增加到k+n。给定一个大小为m字节的文件,当k>=m时执行读操作会触发一个称为end-of -file(EOF)的条件,应用程序能检测到这个条件。在文件结尾处并没有明确的“EOF”符号。

4.关闭文件

内核释放文件打开时创建的数据结构,并恢复描述符到可获得描述符池中。

10.2 打开和关闭文件

进程是通过调用open函数来打开一个已存在的文件或是创建一个新文件:

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include

int open(char *filename, int flags, mode_t mode);
返回:若成功则为新文件描述符,若出错则为-1。

打开文件

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

对等于
("文件名",flag位——表示访问方式及额外提示,mode参数)
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;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。

flag参数可以是一位或者多位掩码的或。

flags参数

O_RDONLY:只读

O_WRONLY:只写

O_RDWR:可读可写

O_CREAT:如果文件不存在,就创建它的一个截断(空)文件

O_TRUNC:如果文件已存在,就截断它

O_APPEND:在每次写操作前,设置文件设置到文件的结尾处
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关闭文件

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10.3 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

ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);//返回值:成功为读的字节数,若EOF为0,出错为-1

ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t n);//返回值成功为写的字节数,出错为-1

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。

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。

在某些情况下,read和write传送的字节比应用程序要求的要少,这些不足值不表示有错误。原因如下:

读时遇到EOF。假设我们猪呢比读一个文件,该文件从当前文件位置开始只含有20多个字节,而我们以50个字节的片进行读取。这样一来,下一个read返回的不足值为20,此后的read将通过返回不足值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的(如键盘和显示器),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。如果打开的文件对应于网络套接字,那么内部缓冲约束和较长的网络延迟会引起read和write返回不足值。对Unix管道调用read和write时,也有可能出现不足值,这种进程间的通信机制不在我们讨论的范围之内。

10.4 用RIO包健壮地读写

RIO包会自动处理不足值。RIO提供了两类不同的函数:

无缓冲的输入输出函数。这些函数直接在存储器和文件之间传送数据,没有应用级缓冲,他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。这些函数允许你高效地从文件中读取文本行和二进制数据,这些文件的内容缓存在应用级缓冲区内,类似于像printf这样的标准I/O函数提供的缓冲区。是线程安全的,它在同一个描述符上可以被交错地调用。例如,可以从一个描述符中读一些文本行,然后读取一些二进制数据,接着再多读取一些文本行。

RIO的无缓冲的输入输出函数

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rio_readn函数从描述符fd的当前文件位置最多传送n和字节到存储器位置usrbuf。类似地,rio_writen函数从位置usrbuf传送n个字节到描述符fd。rio_readn函数唉遇到EOF时只能返回一个不足值。rio_writen函数绝不会返回不足值。对于同一个描述符,可以任意交错地调用rio_readn和rio_writen。

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。另一种方法是调用一个包装函数(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,我们也提供了一个rio_readn带缓冲区的版本,叫做rio_readnb,它从和rio_readlineb一样的读缓冲区中传送原始字节。
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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。

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。

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。

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while函数:如果缓冲区为空,先调用函数填满缓冲区再读数据

10.5 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)。

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stat函数以文件名作为输入

fstat函数以文件描述符作为输入

stat数据结构中的重要成员:st_mode,st_size

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

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10.6 共享文件

表示打开文件的三个数据结构:
描述符表。每个进程都有独立的描述符表;它的表项是由进程打开的文件描述符来索引的。
v-node表。所有进程共享。每个表项包含stat结构中的大多数信息。
文件表。表示打开文件的集合;所有的进程共享。表项有:文件位置、引用计数、指向v-node表中对应表项的指针。

三种打开文件的类型:

典型:描述符各自引用不同的文件,没有共享
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共享:多个描述符通过不同的文件表表项引用同一个文件。
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继承:子进程继承父进程打开文件。
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10.7 I/0重定向

Unix外壳提供了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
重定向使用dup2函数:int dup2(int oldfd,int newfd);
dup2函数拷贝描述符表表项oldfd到描述符表表项newfd,覆盖描述表表项newfd以前的内容。
如果newfd已经打开,dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd

10.8 标准I/O

ANSI C定义了一组高级输入输出函数,称为标准I/O库。提供了打开和关闭文件的函数(fopen和fclose),读和写字节的函数(fread和fwrite),读和写字符串的函数(fgets和fputs),格式化I/O函数(scanf和printf).标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。一个流就是一个指向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、stdout、stderr,分别对应标准输入、标准输出、标准错误。类型为FILE的流是对文件描述符和流缓存区的抽象。

参考资料

《深入理解计算机系统》
www.topsage.com
https://www.shiyanlou.com/courses/413

体会

本章节内容篇幅看似不大,内容实则含有很多东西。首先,代码量相比于前些章节多了很多,加之C语言学的没有完全通透,所以读代码有一定的困难。但是花了一定的时间去理解,还是能够了解各七八层。剩下不理解的地方主要集中在RIO处,对于继承部分不是很理解等。