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

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(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

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(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

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(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

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(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)

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(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

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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

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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:

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    (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:

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    (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:

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         错误报告函数的代码:

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(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                         

 

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