20135327郭皓——信息安全系统设计基础第九周学习总结

第九周（11.02-11.08）:

 

 

 

学习计时：共4小时 读书： 代码： 作业： 博客：

一、学习目标

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

 

第十章 系统级I/O

• 输入/输出（I/O）是在主存和外部设备之间拷贝数据的过程。

10.1 Unix I/O

• 一个Unix文件就是一个m个字节的序列B0，B1，···，Bk,···，Bm-1
• 所有I/O设备，如网络、磁盘和终端，都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当做对应文件的读和写来执行。
• 这种将设备优雅的映射为文件的方式，允许Unix内核引出一个简单、低级的应用接口，称为UnixI/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：
  • 打开文件。一个应用程序通过要求内核打开相应的文件，来宣告他想要访问一个I/O设备。内核返回一个小的非负整数，叫做描述符。Unix外壳创建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）和标准错误（描述符为2）
  • 改变当前文件位置。对于每个打开的文件，内核保持着一个文件k，初始为0.
  • 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。写操作就是从文件拷贝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。
  • 关闭文件

10.2 打开和关闭文件

• 进程就是通过调用open函数来打开或者创建一个新文件的

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• open函数将filename转换为一个文件描述符，并返回描述符数字。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。
• 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：在每次操作前，设置文件位值到文件的结尾处。
• mode参数制定了新文件的访问权限位：
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• 最后，进程通过调用close函数关闭一个打开的文件。

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。
• 
• 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。
• write函数从存储器位置buf拷贝之多n个字节到描述符fd的当前文件位置。
• 通过调用lseek函数，应用程序能够显示的修饰当前文件的位置。
• 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。出现这种情况的原因：
  • 读时遇到EOF
  • 从终端读文本行
  • 读和写网络套接字

10.4 用RIO包健壮地读写

• 一个I/O包，RIO包，它会自动为你处理上文中所述的不足值。
• RIO提供了两类不同的函数：
  • 无缓冲的输入输出函数。
  • 带缓冲的输入函数。

10.4.1 RIO的无缓冲的输入输出函数

• 通过调用rioreadn和riowriten函数，应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据。
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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个字节到存储器位置usrbuf。
• rio_writen函数从位置usrbuf传送n个字节到描述符fd。

10.4.2 RIO的带缓冲的输入函数

暂时没看懂，后面会继续学习。

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
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• stat函数以一个文件名作为输入，并填写如下图所示的一个stat数据结构中的各个成员
• 
• fstat函数是相似的，只不过是以文件描述符而不是文件名作为输入

• stat数据结构中的stmode和stsize成员；stsize成员包含了文件的字节数大小。stmode成员则编码了文件访问许可位和文件类型

  • 普通文件：某种类型的二进制或文本数据。
  • 目录文件：包含关于其他文件的信息。
  • 套接字：一种用来通过网络与其他进程通信的文件。

10.6 共享文件

• 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

10.7 I/O重定向

• Unix外壳提供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
• I/O重定向工作：一种方式是使用dup2函数
• dup2函数拷贝描述符表表项oldfd到描述符表表项newfd，覆盖描述符表表项newfd以前的内容。如果newfd已经打开，dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd

小结

Unix提供少量的系统级函数，它们允许应用程序打开、关闭、读和写文件，提取文件的元数据，以及I/O重定向。应用程序不应直接调用UnixI/O函数，而应该使用RIO包，RIO包通过反复执行读写操作，直到传送完所有的请求数据，自动处理不足值。Unix内核使用三个相关的数据结构来表示打开文件。理解这些结构的一般组成就能使我们清楚地理解文件共享和I/O重定向。