信息安全系统设计基础第八周总结
系统级I/O
10.1 Unix I/O
(1)一个Unix文件就是一个m个字节的序列：B0，B1，B2，B3...Bk...Bm-1。
(2)所有的I/O设备，如网络、磁盘盒终端，都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当做对相应的文件的读和写来执行。这是一种应用接口，成为Unix I/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：
①打开文件
②改变当前的文件位置。
③读写文件。
④关闭文件。
(3)
①输入是从I/O设备拷贝数据到主存，输出是从主存拷贝数据到I/O设备。
②一个文件就是一个字节序列。
③所有的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想对应的文件的读写来执行。
10.2 打开和关闭文件
（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
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
（2）创建一个新文件，文件的拥有者有读写权限，而所有其他的用户都有读权限
umask(DEF_UMASK);
fg=Open("foo.txt",O_CREAT|O_TRUNC|O_WEONLY,DEF_MODE);
（3）通过调用close函数关闭一个打开的文件
int close(int fd);//返回值成功为0，出错为-1
10.3 读和写文件
（1）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
（2）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
（3）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
（4）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
（5）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
①读时遇到EOF。假设我们猪呢比读一个文件，该文件从当前文件位置开始只含有20多个字节，而我们以50个字节的片进行读取。这样一来，下一个read返回的不足值为20，此后的read将通过返回不足值0来发出EOF信号。
②从终端读文本行。如果打开文件是与终端相关联的（如键盘和显示器），那么每个read函数将以此传送一个文本行，返回的不足值等于文本行的大小。
③读和写网络套接字。如果打开的文件对应于网络套接字，那么内部缓冲约束和较长的网络延迟会引起read和write返回不足值。对Unix管道调用read和write时，也有可能出现不足值，这种进程间的通信机制不在我们讨论的范围之内。
实际上，除了EOF，在读磁盘文件时，将不会遇到不足值，而且在写磁盘文件时，也不会遇到不足值。如果想创建简装的诸如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。
10.4 用RIO包健壮地读写
（1)RIO包会自动处理不足值。RIO提供了两类不同的函数
①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，他们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。
②带缓冲的输入函数。这些函数允许你高效地从文件中读取文本行和二进制数据，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
（2）RIO的无缓冲的输入输出函数
①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
②rio_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
③如果rio_readn和rio_writen函数被一个从应用信号处理程序的发放你会中断，那么每个函数都会手动地重启read或write。为了尽可能有较好地可移植性，允许被中断的系统调用，并在必要时重启他们
（3）RIO的带缓冲的输入函数
①一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
#include "csapp.h"
void rio_readinitb(rio_t *rp,int fd);//无返回
ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp,void *usrbuf,size_t maxlen);
ssize_t rio_readnb(rio_t *rp,void *usrbuf,size_t n);//返回值：若成功为读得字节数，若EOF则为0，若出错为-1
ssize_t rio_readn(int fd,void *usrbuf,size_t n)
{
size_t nleft=n;
ssize_t nread;
char *bufp=usrbuf;
while(nleft>0){
if((nread=read(fd,bufp,nleft))<0){
if(errno==EINTR)
nread=0;
else
return -1;
}
else if (nread==0)
break;
nleft-=nread;
bufp+=nread;
}
return(n-nleft);
}
ssize_t rio_writen(int fd,void *usrbuf,size_t n)
{
size_t nleft=n;
ssize_t nwritten;
char *bufp=usrbuf;
while(nleft>0){
if((nwritten=write(fd,bufp,nleft))<=0){
if(errno==EINTR)
nwritten=0;
else
return -1;
}
nleft -=nwritten;
bufp+=nwritten;
}
return n;
}
（4）RIO读程序核心：rio-read函数
static ssize_t rio_read(rio_t *rp,char *usrbuf,size_t n)
{
int cnt;
while(rp->rio_cnt<=0)//如果缓冲区为空，先调用函数填满缓冲区再读数据
{
rp->rio_cnt=read(rp->rio_fd,rp->rio_buf,sizeof(rp->rio_buf));//调用read函数填满缓冲区
if(rp->rio_cnt<0)//排除文件读不出数据的情况
{
if（error != EINTR）
{
return -1;
}
}
else if(rp->rio_cnt=0)
return 0;
else
rp->rio_bufptr = rp->rio_buf;//更新现在读到的位置
}
cnt=n;
if(rp->rio_cnt<n)
cnt=rp->rio_cnt;//以上三步，将n与rp->rio_cnt中较小的值赋给cnt
memcpy(usrbuf,rp->rio_bufptr,cnt);把读缓冲区的内容拷贝到用户缓冲区
rp->rio_bufptr+=cnt;
rp->rio_cnt-=cnt;
return cnt;
}
10.5 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）文件类型
①普通文件：二进制或文本数据，宏指令：S_ISREG()
②目录文件：包含其他文件的信息，宏指令:S_ISDIR()
③套接字：通过网络和其他进程通信的文件，宏指令:S_ISSOCK()
10.6 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
①描述符表
②文件表
③v-node表
①典型
②共享
③继承
10.7 I/0重定向
（1）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
（2）重定向使用dup2函数
10.8 标准I/O
（1）使用标准I/O的好处