20155212 2017-2018-1 《信息安全系统设计》第10周学习总结

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20155212 2017-2018-1 《信息安全系统设计》第10周学习总结

stat命令的实现-mysate

  • 要求：学习使用stat(1),并用C语言实现
  • 学习stat(1)
    • 功能：显示文件或者文件系统信息
    • 语法：stat [选项] 文件
    • 选项参数：
      • null：显示详细信息
      • -l：链接
      • -f：不显示文件的信息，而显示其所在文件系统的信息
      • -t：显示简洁的信息
      • -c：以指定格式输出
    • man 1 stat查看stat命令技术分享图片
    • 使用stat命令技术分享图片
  • 使用man -k stat | grep 2函数找到如下技术分享图片
  • 使用man 2 stat查看技术分享图片

  • 使用stat()函数会获得stat结构体技术分享图片

    struct stat    
{    
    dev_t       st_dev;     /* ID of device containing file -文件所在设备的ID*/    
    ino_t       st_ino;     /* inode number -inode节点号*/  
    mode_t      st_mode;    /* 文件的类型和存取的权限*/    
    nlink_t     st_nlink;   /* number of hard links -链向此文件的连接数(硬连接)*/    
    uid_t       st_uid;     /* user ID of owner -user id*/    
    gid_t       st_gid;     /* group ID of owner - group id*/    
    dev_t       st_rdev;    /* device ID (if special file) -设备号，针对设备文件*/    
    off_t       st_size;    /* total size, in bytes -文件大小，字节为单位*/    
    blksize_t   st_blksize; /* blocksize for filesystem I/O -系统块的大小*/    
    blkcnt_t    st_blocks;  /* number of blocks allocated -文件所占块数*/    
    time_t      st_atime;   /* time of last access -最近存取时间*/    
    time_t      st_mtime;   /* time of last modification -最近修改时间*/    
    time_t      st_ctime;   /* time of last status change - */    
};

    其中，比较特殊的是st_mode，st_mode是用特征位来表示文件类型的，特征位的定义如下：

    S_IFMT      0170000     文件类型的位遮罩  
S_IFSOCK    0140000     socket  
S_IFLNK     0120000     符号链接(symbolic link)  
S_IFREG     0100000     一般文件  
S_IFBLK     0060000     区块装置(block device)  
S_IFDIR     0040000     目录  
S_IFCHR     0020000     字符装置(character device)  
S_IFIFO     0010000     先进先出(fifo)  
S_ISUID     0004000     文件的(set user-id on execution)位  
S_ISGID     0002000     文件的(set group-id on execution)位  
S_ISVTX     0001000     文件的sticky位  
S_IRWXU     00700       文件所有者的遮罩值(即所有权限值)  
S_IRUSR     00400       文件所有者具可读取权限  
S_IWUSR     00200       文件所有者具可写入权限  
S_IXUSR     00100       文件所有者具可执行权限  
S_IRWXG     00070       用户组的遮罩值(即所有权限值)  
S_IRGRP     00040       用户组具可读取权限  
S_IWGRP     00020       用户组具可写入权限  
S_IXGRP     00010       用户组具可执行权限  
S_IRWXO     00007       其他用户的遮罩值(即所有权限值)  
S_IROTH     00004       其他用户具可读取权限  
S_IWOTH     00002       其他用户具可写入权限  
S_IXOTH     00001       其他用户具可执行权限

    判断文件类型时，用对文件的st_mode的值与文件类型的位遮罩相与，再比较。

  • stat结构体中很多变量的类型都是不常用的，不能直接输出该类型，所以使用grep -r *查找同名变量的类型。以存储大小的变量st_size为例，发现很多使用的long long类型技术分享图片

  • 伪代码

input path;
struct state;
stat(path，state);
print(state);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

void main(int argc, char *argv[])
{
    struct stat state;

    stat(argv[1], &state);

    printf("  文件：‘%s‘\\n", argv[1]);
    printf("  大小：%lld\\t", (long long)state.st_size);
    printf("块：%lld\\t", (long long)state.st_blocks);
    printf("IO块：%ld\\t", (long)state.st_blksize);
    switch(state.st_mode & S_IFMT)
    {
    case S_IFBLK:
        printf("块设备文件");
        break;
    case S_IFCHR:
        printf("字符设备文件");
        break;
    case S_IFDIR:
        printf("目录");
        break;
    case S_IFIFO:
        printf("管道文件");
        break;
    case S_IFLNK:
        printf("符号链接文件");
        break;
    case S_IFREG:
        printf("普通文件");
        break;
    case S_IFSOCK:
        printf("套接字文件");
        break;
    default:
        break;
    }
    printf("\\n");

    printf("设备：%xh/%ldd\\t", (long)state.st_dev, (long)state.st_dev);
    printf("Inode：%ld\\t", (long)state.st_ino);
    printf("硬链接：%ld\\n", (long)state.st_nlink);
    printf("权限：(%o)\\t", (unsigned int)(state.st_mode & ~S_IFMT));
    printf("Uid：(%ld)\\t", (long)state.st_uid);
    printf("Gid：(%ld)\\n", (long)state.st_gid);
    printf("最近访问：%s", ctime(&state.st_atim));
    printf("最近更改：%s", ctime(&state.st_ctim));
    printf("最近改动：%s", ctime(&state.st_mtim));
    printf("创建时间：-");
    printf("\\n");
}
  • 测试代码，mystat 与stat（1）对比，提交截图
    技术分享图片

Linux下IPC机制

进程间通信(IPC,Inter-Process Communication)指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。

共享内存

共享内存允许两个或多个进程共享一定的存储区，因为不需要拷贝数据，所以这是最快的一种IPC。

  • 原理：

    共享内存是在多个进程之间共享内存区域的一种进程间的通信方式，由IPC为进程创建的一个特殊地址范围，它将出现在该进程的地址空间中。其他进程可以将同一段共享内存连接到自己的地址空间中。所有进程都可以访问共享内存中的地址，就好像它们是malloc分配的一样。如果一个进程向共享内存中写入了数据，所做的改动将立刻被其他进程看到。

    • 内存头文件

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

    • 结构shmid_ds结构体(类似msgid_ds结构体)

    strcut shmid_ds{  
    struct ipc_perm    shm_perm;  
    size_t    shm_segsz;  
    time_t    shm_atime;  
    time_t    shm_dtime;  
    ......  
}
    • 共享内存函数定义
    int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);  //shmget函数用来创建一个新的共享内存段， 或者访问一个现有的共享内存段（不同进程只要key值相同即可访问同一共享内存段）。第一个参数key是ftok生成的键值，第二个参数size为共享内存的大小，第三个参数sem_flags是打开共享内存的方式
eg.int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREATE | IPC_EXCL | 0666);//第三个参数参考消息队列int msgget(key_t key,int msgflag); 
void *shmat(int shm_id,const void *shm_addr,int shmflg); //shmat函数通过shm_id将共享内存连接到进程的地址空间中。第二个参数可以由用户指定共享内存映射到进程空间的地址，shm_addr如果为0，则由内核试着查找一个未映射的区域。返回值为共享内存映射的地址  
eg.char *shms = (char *)shmat(shmid, 0, 0);//shmid由shmget获得  
int shmdt(const void *shm_addr) //shmdt函数将共享内存从当前进程中分离。 参数为共享内存映射的地址。  
eg.shmdt(shms)
int shmctl(int shm_id,int cmd,struct shmid_ds *buf);//shmctl函数是控制函数，使用方法和消息队列msgctl()函数调用完全类似。参数一shm_id是共享内存的句柄，cmd是向共享内存发送的命令，最后一个参数buf是向共享内存发送命令的参数。
  • 特点
    • 共享内存允许两个或多个进程共享一定的存储区，因为不需要拷贝数据，所以这是最快的一种IPC
    • 共享内存本身并没有同步机制，需要程序员使用诸如信号量等手段进行同步控制，增加了其复杂性
  • 示例
    • 写进程

      • 代码
        ```

        include

        include

        include <sys/shm.h>

        include

        include

        include <sys/types.h>

        include <sys/ipc.h>

        include

      define BUF_SIZE 4096

      int main()
      {
      void *shm_addr = NULL;
      char buffer[BUF_SIZE];

      int shmid;
// 使用约定的键值创建共享内存
shmid = shmget((key_t) 1234,  BUF_SIZE, 0666 | IPC_CREAT);
printf("shmid : %u\\n", shmid);
if (shmid < 0)
{
    perror("shmget error!");
    exit(1);
}

// 将共享内存附加到本进程
shm_addr = shmat(shmid, NULL, 0);
if (shm_addr == (void *) -1)
{
    perror("shmat error!");
    exit(1);
}

// 写入数据
bzero(buffer, BUF_SIZE);
sprintf(buffer, "Hello, My PID is %u\\n", (unsigned int) getpid());
printf("send data: %s\\n", buffer);

memcpy(shm_addr, buffer, strlen(buffer));

sleep(5);

// 分离
if (shmdt(shm_addr) == -1)
{
    printf("shmdt error!\\n");
    exit(1);
}

      }
      ``- 运行结果![](https://images2018.cnblogs.com/blog/1043723/201711/1043723-20171126165304640-412383960.png) -ipcs -m`命令查看系统中的确存在标识符为15466507的共享内存区域。写进程已经跟共享内存分离，所以状态连接数为0技术分享图片

    • 读进程
      • 代码
      #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define BUF_SIZE 4096

int main()
{
    void *shm_addr = NULL;

    int shmid;
    // 使用约定的键值打开共享内存
    shmid = shmget((key_t) 1234, BUF_SIZE, IPC_CREAT);
    printf("shmid : %u\\n", shmid);
    if (shmid == -1)
    {
        perror("shmget error!");
        exit(1);
    }

    // 将共享内存附加到本进程
    shm_addr = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shm_addr == (void *) -1)
    {
        perror("shmat error!");
        exit(1);
    }

    // 读取数据
    char tmp[BUF_SIZE];
    bzero(tmp, BUF_SIZE);
    memcpy(tmp, shm_addr, BUF_SIZE);
    printf("read from shared memory: %s\\n", tmp);

    sleep(5);

    // 分离
    if (shmdt(shm_addr) == -1)
    {
        printf("shmdt error!\\n");
        exit(1);
    }

    // 删除共享内存
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1)
    {
        printf("shmctl error!\\n");
        exit(1);
    }
}
      • 运行结果技术分享图片
      • ipcs -m查看，没有15466507的进程，因为读进程执行完毕后删除了共享内存区域

管道

在Linux系统中，我们经常通过符号“|”来使用管道，用以连接两个或多个命令。实际上，管道是进程与进程间的数据流通道，它使得数据可以以一种“流”的形式在进程间流动。管道也是Unix/Linux系统中一种最常见的进程间通信方式，它在两个通信进程之间实现一个数据流的通道从而进行信息传递。

  • 原理

    • 在两个程序之间传递数据的最简单的方法是使用popen()和pclose()函数

      #include <stdio.h>
FILE *popen(const char *command, const char *open_mode);
int pclose(FILE *stream);
      popen()函数首先调用一个shell，然后把command作为参数传递给shell。这样每次调用popen()函数都需要启动两个进程；但是由于在Linux中，所(parameter expansion)都是由shell执行的，这样command中包含的所有参数扩展都可以在command程序启动之前完成。

    • pipe()函数

      #include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *fifo_name, mode_t mode);
      popen()函数只能返回一个管道描述符，并且返回的是文件流(file stream)，可以使用函数fread()和fwrite()来访问。pipe()函数可以返回两个管道描述符:pipefd[0]和pipefd[1]，任何写入pipefd[1]的数据都可pipefd[0]读回；pipe()函数返回的是文件描述符(file descriptor)，因此只能使用底层的read()和write()系统调用来访问。pipe()函数通常用来实现父子进程之间的通信。
  • 特点
    • 只支持单向数据流
    • 只能用于具有亲缘关系的进程之间；
    • 没有名字
    • 管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）
    • 管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等
  • 示例： 构造父子进程间任意方向的的数据通道
    • 代码
    • 运行结果

FIFO

  • 原理
  • 特点
  • 示例

信号

  • 原理
  • 特点
  • 示例

消息队列

  • 原理
  • 特点
  • 示例

参考







以上是关于20155212 2017-2018-1 《信息安全系统设计》第10周学习总结的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

20155212 2017-2018-1 《信息安全系统设计》第9周学习总结

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