20135223何伟钦—信息安全系统设计基础第九周学习总结
学习目的：
1. 掌握系统编程和系统调用的概念
2. 掌握系统编程错误处理的方式
3. 掌握Unix/Linux系统级I/O（open close read write seek stat）
4. 掌握RIO
5. 掌握I/O重定向的方法
一、Unix I/O
Unix I/O定义：所有的I/O设备都被模型化为文件,所有的输入和输出都被当作
对相应文件的读和写来执行.这种将设备影射为文件的方式,称为Unix I/O
（一）打开文件
（1）文件描述符：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
（2）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。
标准输入（STDIN_FILENO）:描述符为0
标准输出（STDOUT_FILENO）：描述符为1
标准错误（STDERR_FILENO）：描述符为2
(二)改变当前的文件位置
对于每个打开的文件，内核保持着一个文件位置k（从文件开头起始的字节偏移量）
当打开一个文件的最初时候文件的偏移量为0.
通过seek操作，可以显示的设置文件的当前位置为k
（三）读写文件
（1）读
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
（2）写
写操作是从存储器拷贝n>0个字节到一个文件，从当前文件位置开始然后更新K。
（四）关闭文件
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
二、打开和关闭文件
(一)open函数
（1）进程是通过调用open函数来打开一个已存在的文件或者创建一个新文件的
（2）flags参数指明了进程打算如何访问这个文件:
- O_RDONLY:只读
- O_WRONLY:只写
- O_RDWR:可读可写
（3）flags参数也可以是一个或者更多位掩码的或,为写提供给一些额外的指示:
- O_CREAT:如果文件不存在，就创建他的一个截断的（空）文件
- O_TRUNC:如果文件已存在，就截断他
- O_APPEND:在每次写操作前，设置文件位置到文件的结尾处
（二）close函数
进程通过调用close函数关闭一个打开的文件
三、读和写文件
（一）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
（二）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
（三）write函数从存储器位置buf拷贝最多n个字节到描述符fd的当前文件位置。下图展示了一个程序使用read和write调用一次一个字节的从标准输入拷贝到标准输出
（四）在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少。这些不足置不表示有错误，出现这种情况的原因如下：
- 读时遇到EOF
- 从终端读文本行
- 读和写网络套接字
四、用RIO包健壮的读写
（1）无缓冲的输入输出函数
直接在存储器和文件之间传送数据(允许被中断的字节调用，并在必要的时候重启它们)。
-
ssizet riowriten(int fd,const void *usrbuf,size_t n);
ssizet riowriten(int fd,const void *usrbuf,size_t n);
rio__writen函数遇到EOF的时候返回0；
rio__readn遇到EOF的时候返回不足值（即不足n的那个部分的字节数）。
（2）带缓冲的输入函数
允许用户高效地从文件中读取文本行和二进制数据（之前是一次读一个字节，应用这个函数之后，可以一次读一行函数）。
原理：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。
五.读取文件元数据
（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）
（2）st-size成员包含了文件的字节数大小。st-mode成员则编码了文件访问许可位和文件类型
（3）Unix识别大量不同的文件类型
- 普通文件：二进制或文本数据
- 目录文件：其他文件的信息
（4）Unix提供的宏指令根据st-mode成员来确定文件的类型
六、共享文件
（1）内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件：
- 描述符表
- 文件表
- v-node表
七、I/O重定向
（1）I/O重定向操作符： >
ls > foo.txt
这句代码的含义就是使外壳加载和执行ls程序，并且将标准输出重定向到磁盘文件foo.txt。
（2）I/O重定向函数： dup2
函数定义为：
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);
返回值：成功返回描述符，错误返回-1
这个函数执行的操作是，拷贝描述符表表项oldfd，覆盖描述表表项newfd，如果后者被打开，则在拷贝前关闭它。
八、标准I/O
(一)标准I/O库
ANSI C定义了一组高级输入输出函数，称为标准I/O库，包含:
fopen、fclose，打开和关闭文件
fread、fwrite，读和写字节
fgets、fputs，读和写字符串
scanf、printf，复杂的格式化的I/O函数
（二）类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象
标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。
每个ANSI C程序开始的时候都有三个打开的流：stdin、stdout、stderr，
对应于标准输入、标准输出和标准错误 （参见第一节笔记），定义如下：
#include <stdio.h>
extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;
Unix系统中的错误处理
系统级函数调用使用三种不同风格的返回错误:
（1）Unix风格
（2）Posix风格
（3）DNS风格
（一）Unix风格的错误处理
Unix早期开发出来的函数的函数返回值既包括错误代码,也包括有用的结果
Unix风格的错误处理代码通常具有以下形式:
strerror函数返回某个errno值的文本描述
（二）Posix风格的错误处理
只用返回值来表明成功(0)或者失败(非0),任何有用的结果都返回在通过引用传递进来的函数参数中
Posix风格的错误处理代码通常具有以下形式:
（三）DNS风格的错误处理
在失败时返回NULL指针,并设置全局变量h_errno
DNS风格的错误处理代码通常具有以下形式:
（四）错误报告函数
使用下列错误报告函数来包容不同的错误处理风格:
错误报告函数的代码:
（五）错误处理包装函数
（1）Unix风格的错误处理包装函数
如果wait返回一个错误,包装函数打印一条信息,然后退出.否则,他向调用者返回一个PID
（2）Posix风格的错误处理包装函数
错误返回码中不会包含有用的结果,所以成功时,包装函数返回void
（3）DNS风格的错误处理包装函数
学习体会：
当看到本次学习的章节内容较少时，我还以为这周的学习任务会比较轻松，可是当我认真看时，
发现很多内容我以前没有学习过，对此比较陌生。很多新知识需要慢慢理解，尤其代码需要花费一定的时间去弄明白。
总的来说，这章值得深入挖掘的代码部分也是十分重要的，由于这次学习过程比较匆忙，很多代码我并没有在实验环境中验证，
还是以理解为主。
参考资料：1.《深入理解计算机系统》第十章内容
2.20135202闫佳歆-信息安全系统设计基础第八周学习总结 http://www.cnblogs.com/20135202yjx/p/4947272.html