2017-2018-1 20155305 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

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2017-2018-1 20155305 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

学习目标

找出全书你认为最重要的一章,深入重新学习一下,要求(期末占10分):
完成这一章所有习题
详细总结本章要点
给你的结对学习搭档讲解你的总结并获取反馈

课后习题

  • 10.1
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    运行练习题10.1时,一开始运行结果是fd=-1,不是应该出现的正确结果fd=3

解决方法:之前学习课本open函数时,如果返回值是-1的话说明打开出错,只有打开成功,返回值为新文件描述符(返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符)。后来,仔细观察代码代码,才知道之前顾着解决代码不能正常编译、运行的问题,忘了新建两个open函数要打开的文件foo.txt和baz.txt,新建之后就成功得到了结果fd=3。

  • 10.2

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  • 10.3

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  • 10.4
dup2(5,0)
  • 10.5

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  • 本周的代码都涉及到一个头文件csapp.h,编译代码时遇到csapp不存在的问题

解决方法:通过上网查找发现csapp.h文件其实是作者自己弄的一个头文件,Linux中并不包含这个。网上说在教材配套网站http://csapp.cs.cmu.edu/public/code.html上可以下载,但是这个网站打不开……最后,我在CSDN.NET上找到了csapp.h和csapp.c,按照网上说的在csapp.h文件中#endif前加上了#include"csapp.c",并用sudo mv csapp.h csapp.c /usr/include命令将csapp.h和csapp.c文件放到了/usr/include文件夹中,并用gcc xxx.c -o xxx -lpthread语句通过了编译(因为代码中包含多线程)。

第十章 系统级I/O

Unix I/O

  • I/O
    1、输入就是从I/O设备拷贝数据到贮存,输出就是从主存拷贝数据到I/O设备。
    2、所有的I/O设备都被模型化为文件,而所有的输入输出都被当做对相应文件的读/写。
  • 打开文件
    1、过程:应用程序向内核发出请求,要求内核打开相应的文件,内核返回文件描述符(一个小的非负整数)。
    2、内核记录有关这个文件的所有的信息,应用程序只需要记住这个描述符。
    3、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)

分别对应头文件

  • 改变当前的文件位置
    1、对于每个打开的文件,内核保持着一个文件位置k,初始为0。这个位置是从文件开头起始的字节偏移量。
    2、应用程序可以通过seek操作显式的设置文件的当前位置为k。
  • 读写文件
    1、读操作: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。
    2、写操作:从存储器拷贝n>0个字节到一个文件,从当前文件位置k开始,然后更新k。
    3、给定一个大小为m字节的文件,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,但是文件结尾处并没有明确的“EOF符号”。
  • 关闭文件
    1、过程:应用通知内核关闭文件,内核释放文件打开时的数据结构,恢复描述符,释放存储器资源。

    打开和关闭文件

  • 打开文件
    1、open()函数:若成功,返回值为新文件描述符(返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符);若出错,返回值为-1

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

int open(char *filename,int fliags,mod_it mode);

参数:

filename:文件名
flags:指明进程打算如何访问这个文件

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:指定了新文件的访问权限位

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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。

  • 关闭文件:
    1、close()函数:若成功则返回0,不成功则为-1。
#include<unistd.h>

int close(int fd);  //fd:即文件的描述符。

2、 关闭一个已经关闭的描述符程序会出错。

读和写文件

  • 读函数
#include<unistd.h>

ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);
//ssziet被定义为int,有符号;sizet被定义成unsigned int,无符号

1、返回值:若成功,返回读字节数,即实际传送的字节数量;若EOF(给定了m字节大小的文件,在从k字节位置开始读或者写的时候,发现k>=m),返回0;若出错,返回-1。
2、含义: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。

  • 写函数
#include<unistd.h>

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

1、返回值:若成功,返回写的字节数;若出错,返回-1
2、含义: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。

  • 通过调用lseek函数,应用程序能够显示地修改当前文件的位置。
  • 不足值
    1、在某些情况下,read和write传送的字节比应用程序要求的要少(这些不表示有错误):
读时遇到EOF。
从终端读文本行。
读和写网络套接字。

2、实际上除了EOF,在读写磁盘文件时,不会遇到不足值。如果想创建健壮的诸如web服务器这样的网络应用,就必须通过反复调用read和write处理不足值,直到所有需要的字节都传送完毕。

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,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。这些函数允许高效地从文件中读取文本行和二进制数据(函数从内部缓冲区中拷贝一个文本行,当缓冲区变空的时候,会自动地调用read重新填满缓冲区),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。带缓冲的RIO输入函数是线程安全的,它在同一个描述符上可以被交错地调用。
  • RIO的无缓冲的输入输出函数
#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);

1、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,遇到EOF时只能返回一个不足值。返回值:若成功为传送的字节数;EOF为0(一个不足值);出错为-1。
2、rio_writen函数从位置usrbuf传送n个字节到描述符fd。返回值:若成功为传送的字节数;出错为-1;绝不会返回不足值。
3、对于同一个描述符,可以任意交错地调用rio_readn和rio_writen。通过调用rio_readn和rio_writen函数,应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据。

  • RIO的带缓冲的输入函数
    以实现计算文本文件中文本行的数量为例:
#include "csapp.h"

void rio_readinitb(rio_t *rp, int fd);

ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp,void *usrbuf, size_t maxlen);
ssize_t rio_readnb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n);

1、rio_readinitb函数将描述符fd和地址rp处的一个类型为rio_t的读缓存区联系起来。
2、rio_readlineb函数从文件rp中读出一个文本行,包括换行符,拷贝到存储器位置usrbuf,并用空字符结束这个文本行。最多读到maxlen-1个字节,最后一个给结尾的空字符。
3、rio_readnb函数从文件rp中读取最多n个字符到存储器位置usrbuf中。
4、返回值:成功则返回传送的字节数,EOF为0,出错为-1。
5、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。

  • RIO读程序的核心是rio_read函数

    读取文件元数据

  • 元数据
    1、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);//stat函数以文件名作为输入
int fstat(int fd,struct stat *buf);//fstat函数以文件描述符作为输入

2、stat数据结构

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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
2、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
宏指令:S_ISDIR()   目录文件    包含其他文件的信息
宏指令: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

  • 内核表示打开文件的三个相关的数据结构
    1.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
    2.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
    3.v-node表:所有进程共享这张表,包含stat结构中的大多数信息
  • 典型的打开文件的内核数据结构
    描述符各自引用不同的文件,没有共享文件。

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  • 文件共享
    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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  • 父子进程共享文件
    子进程继承父进程打开文件。

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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
  • 重定向工作方式:使用dup2函数
#include<unistd.h>

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。
  • 若newfd已经打开,dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd

标准I/O和I/O函数

  • 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:
#include<stdio.h>

extern FILE *stdin;     //标准输入,描述符0
extern FILE *stdout;    //标准输出,描述符1
extern FILE *stderr;    //标准错误,描述符2
  • 类型为FILE的流是对文件描述符和流缓存区的抽象。流缓冲区的目的和RIO读缓冲区的一样,就是使开销较高的UnixI/O系统调用的数量尽可能的少。

  • I/O关系
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1.Unix I/O是在操作系统内核中实现的。
2.较高级别的RIO和标准I/O函数都是基于Unix函数来实现的。
3.RIO函数是专为本书开发的read和write的健壮的包装函数。他们自动处理不足值,并且为读文本行提供一种高效的带缓冲的方法
4.标准I/O函数提供了Unix函数的一个更加完整的带缓冲的替代品,包括格式化的I/O例程。标准I/O流,从某种意义上是全双工的,但对流的限制和对套接字的限制有时会相互冲突。

限制一:跟在输出函数之后的输入函数
限制二:分在输入函数的输出函数

因此,建议在网络套接字上不要使用标准 I/O函数来进行输入和输出,而要使用健壮的RIO函数。

代码码云链接

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本周结对学习情况

- [20155311](http://www.cnblogs.com/gaoziyun11/)
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- 结对学习内容
    -给20155311同学讲述了本周学习系统级I/O的重点知识和总结,给他讲解了我做的课后习题和我所犯错误,并对于我的一些有关I/O错误理解进行了共同改正和深刻认识。
    - 20155305高梓云对我的学习进行了反馈:对于我所讲述和学习的内容受益匪浅,加深了这章学习的记忆,对于学习的优缺点有则改之无则加勉。
   

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 10/ 10 1/1 10/10
第三周 158/ 168 1/2 17/27
第五周 145/ 313 3/ 5 21/48
第六周 209/ 522 1/ 6 20/68
第七周 200/ 722 2/ 8 20/88
第九周 55/ 777 2/ 10 19/107
第十一周 11/ 788 2/ 12 18/125
第十三 160/948 2/ 14 21/ 146

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」,到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要,也很有用。
耗时估计的公式
:Y=X+X/N ,Y=X-X/N,训练次数多了,X、Y就接近了。

参考:软件工程软件的估计为什么这么难软件工程 估计方法

  • 计划学习时间:24小时

  • 实际学习时间:21小时

  • 改进情况:期末复习快要开始了,加紧学习进度和利用好学习时间很重要。

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表
)











































以上是关于2017-2018-1 20155305 《信息安全系统设计基础》第13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

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