信息安全设计基础系统第九周学习总结

10系统级I/O

10.1 Unix I/O

这一节涉及到操作系统的基本抽象之一——文件。也就是说，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。相关的执行动作如下：

打开文件：

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

文件描述符：

标准输入——0（STDIN_FILENO）

标准输出——1（STDOUT_FILENO）

标准错误——2（STDERR_FILENO）

改变当前的文件位置

通常，读，写操作都从当前文件偏移量处开始（也就是文件位置），并使偏移量增加所读写的字节数，可以理解为光标所在的位置。

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。

读写文件

读

读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器，并且改变文件当前位置。（如果当前位置是k，则改变为k+n）

写

写操作是从存储器拷贝n>0个字节到一个文件，然后更新当前文件位置。

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。

10.2打开和关闭文件

1.open函数

（1）函数定义：

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<fcntl.h>

intopen(char *filename, int flags, mode_t mode);

（2）参数解析：

返回值：类型为int型，返回的是描述符数字，总是在进程中当前没有打开的最小描述符。如果出错，返回值为-1.

filename：文件名

flags：指明进程打算如何访问这个文件，可以取的值见下：

O_RDONLY：只读

O_WRONLY：只写

O_RDWR：可读可写

O_CREAT：文件不存在，就创建新文件

O_TRUNC：如果文件存在，就截断它

O_APPEND：写操作前设置文件位置到结尾处

这些值可以用或连接起来。

mode：指定了新文件的访问权限位

2.close函数

(1)函数定义：

#include<unistd.h>

intclose(intfd);

(2)参数解析：

返回值：成功返回0，出错返回-1

fd：即文件的描述符。

10.3读和写文件

1.读 read

（1）函数原型：

#include<unistd.h>

ssize_tread(intfd, void *buf, size_t n);

（2）参数解析：

返回值：成功则返回读的字节数，EOF返回0，出错返回-1。返回值为有符号数。

fd：文件描述符

buf：存储器位置

n：最多从当前文件位置拷贝n个字节到存储器位置buf

2.写 write

（1）函数原型：

#include<unistd.h>

ssize_twrite(intfd, void *buf, size_t n);

（2）参数解析：

返回值：成功则返回写的字节数，出错返回-1。返回值为有符号数。

fd：文件描述符

buf：存储器位置

n：最多从存储器位置buf拷贝n个字节到当前文件位置

3.通过lseek函数可以显式的修改当前文件的位置

4.不足值

不足值指在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少，原因如下：

读的时候遇到EOF

从终端读文本行

读和写socket

10.4 RIO包健壮的读写

1.RIO的无缓冲的输入输出函数。

作用是直接在存储器和文件之间传送数据，常适用于网络和二进制数据之间。

rio_readn函数和rio_writen定义：

#include "csapp.h"

ssize_trio_readn(intfd, void *usrbuf, size_t n);

ssize_trio_writen(intfd, void *usrbuf, size_t n);

参数：

usrbuf：存储器位置

n:传送的字节数

返回值：

rio_readn成功则返回传送的字节数，EOF为0（一个不足值），出错为-1

rio_writen成功则返回传送的字节数，出错为-1，没有不足值。

2.RIO的带缓冲的输入函数

可高效的从文件中读取文本行和二进制数据。

一个文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。

rio_readnb函数

ssize_trio_readnb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_tn)

{

size_tnleft = n;

ssize_tnread;

char *bufp = usrbuf;

while (nleft> 0) {

if ((nread = rio_read(rp, bufp, nleft)) < 0) {

if (errno == EINTR)

nread = 0; /* 调用read填充 */

else

return -1; /* 错误，返回-1 */

}

elseif (nread == 0)

break; /* EOF */

nleft -= nread;

bufp += nread;

}

return (n - nleft); /* 返回成功传送的字节数*/

}

rio_readlineb函数

ssize_trio_readlineb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_tmaxlen)

{

intn, rc;

char c, *bufp = usrbuf;

for (n = 1; n<maxlen; n++) { //最多是maxlen-1个

if ((rc = rio_read(rp, &c, 1)) == 1) {

*bufp++ = c;

if (c == '\n')//找到换行符，就退出

break;

} elseif (rc == 0) {

if (n == 1)

return 0; /* EOF,并且没有读到数据 */

else

break; /* EOF,有数据，出现不足值 */

} else

return -1; /* 错误，返回-1 */

}

*bufp = 0;

returnn;//返回成功传送的字节数

}

10.5读取文件元数据

元数据即文件信息，需要用到的函数是stat和fstat。定义如下：

#include<unistd.h>

#include<sys/stat.h>

intstat(constchar *filename, struct stat *buf);

intfstat(intfd,struct stat *buf);

返回值：成功为0，错误为-1

参数：

stat需要输入文件名，而fstat需要输入的是文件描述符。

关于stat数据结构如下图：

st_size：包含文件的字节数大小

st_mode：包编码文件访问许可位和文件类型。许可位在第一节提到了，Unix文件类型如下，并有对应的宏指令，含义均为“是xx吗”，这些宏在sys/stat.h中定义：

普通文件 二进制或文本文件（对内核没差） S_ISREG()

目录文件 关于其他文件的信息 S_ISDIR()

套接字 通过网络与其他进程通信的文件 S_ISSOCK()

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：打开文件的集合是由一张文件表来表示的。

v-node表

每个描述符都有它自己的文件位置，所以对不同描述符的读操作可以从文件的不同位置获取数据。

子进程继承父进程的打开文件：

参考资料

1.2035202闫佳歆与20135302魏静静

2.《深入理解计算机系统》

3.百度百科知识

stdio.h 标准输入输出

stdlib.h C标准函数库

unistd.h Unix类系统定义符号常量

fcntl.h 定义了很多宏和open，fcntl函数原型

sys/types.h 基本系统数据类型

dirent.h unix类目录操作的头文件，包含了许多UNIX系统服务的函数原型，例如opendir函数、readdir函数。

termios.h 在Posix规范中定义的标准接口

学习总结 遇到的问题：

预计学习时间：6h实际学习时间：10h

在编译代码时，与小组同学们遇到了一样的问题，发现不能运行csapp这个头文件，推理这个应该是自己编的。发现有两个解决办法，一个是老师之前在班群里的代码，一个是同学修改了头文件，是函数正常输出。她的博客写了解决方法（20135302）。另外，本章内容少，但是有些代码还是不太懂，有时候要靠一句句地百度理解。虽然老师上课，有给我们介绍一点知识，但是本章的学习还是要靠自学，研究函数的返回值与参数等，学了一个函数，掌握其方法，其他就可以举一反三啦。

实践代码：下面四图各为老师给的代码运行的结果。cp1,cp2,who1,who2