2018-2019-1 20165203 《信息安全系统设计基础》第六周学习总结

教材学习内容总结

重要知识点

• I/O：在主存和外部设备（例如磁盘存储器、终端和网络）之间复制数据的过程。
• 输入操作：从I/O设备复制数据到主存。
• 输出操作：从主存复制数据到I/O设备。

Unix I/O

• Unix I/O：所有I/O设备都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当作对相应文件的读和写来执行，这种将设备优雅地映射为文件的方式，允许Linux内核引出一个简单、低级的应用接口，称为Unix I/O。
• 执行过程：
• • 打开文件：用描述符（内核打开文件返回的小的非负整数）来标识这个文件，程序只需记住这个描述符。
• • 终端shell在每个进程开始时打开三个文件：标准输入（0）、标准输出（1）和标准错误（2）。
• • 改变当前的文件位置：对每个打开的文件，内核保持一个文件位置k（字节偏移量），初始为0。
• • 读写文件：读（从文件复制字节到内存），写（从内存复制字节到文件）
• • 关闭文件：关闭打开的文件释放它们的内存资源。

文件

• 普通文件：包含任意数据。
• • 文本文件：只含有ASCII或Unicode字符的普通文件
• • 二进制文件：所有其他文件。
• 目录：包含一组连接的文件。
• 套接字：用来与另一个进程进行跨网络通信的文件。
• 路径名：
• • 绝对路径名：以一个斜杠开始，表示从根节点开始的路径。
• • 相对路径名：以文件名开始，表示从当前工作目录开始的路径。

打开和关闭文件

• [x] 打开或创建新文件：
• open函数：格式如图所示
  
• • filename：文件名
• • flags参数：
    
• • mode参数：指定了新文件的访问权限位
• [x] 关闭打开的文件：
• close函数：格式如图所示
  

读和写文件

格式如图所示：

• read函数：从描述符为fd的当前文件位置复制最多n个字节到内存位置buf。返回值表示的是实际传送的字节数量。
• write函数：从内存位置buf复制至多n个字节到描述符fd的当前文件位置。

用RIO包健壮地读写

• RIO包主要提供：
• • 无缓冲的输入输出函数：用于将二进制数据读写到网络和从网络读写二进制数据。
• • 带缓冲的输入函数：用于从文件中读取文本行和二进制数据。
• RIO的无缓冲的输入输出函数：
• • rio_readn 和 rio_writen函数，使用格式如下：
    
• RIO的带缓冲的输入输出函数：
• • rio_readlineb函数：从一个内部读缓冲区复制一个文本行，当缓冲区变空时，会自动地调用read重新填满缓冲区。
• • rio_readnb:rio_readn带缓冲区的版本。
• • rio_readinitb函数：从文件rp读出下一个文本行（包括\n），将它复制到内存位置usrbuf，并且用null字符来结束这个文本行，使用格式如图所示。
    
• RIO读程序的核心是rio_read函数。

读取文件元数据

• stat和fstat函数：检索到关于文件的信息（文件的元数据）。使用格式如图所示。
  

• stat函数：以文件名作为输入，并填写stat数据结构中的各个成员。
  

• fstat函数：以文件描述符作为输入。

读取目录内容

以readdir系列函数来读取目录的内容。

• opendir函数: 以路径名为参数，返回指向目录流的指针。使用格式如图所示
  

• readdir函数:调用返回指向流dirp中下一个目录项的指针，如果没有更多目录项则返回null。

• closedir函数:关闭并释放其所有资源。

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：它的表项是由进程打开的文件描述符来索引。
• 文件表：所有的进程共享这一张表。
• • v-node表：
• • 没有共享文件，并且每个描述符对应一个不同的文件。
• • 多个描述符也可以通过不同的文件表表项来引用同一个文件。

I/O重定向

工作过程：

• 使用dup2函数:复制描述符表项oldfd到描述符newfd，覆盖描述符表表项new-fd以前的内容。使用过程如图所示。
  

标准I/O及函数的使用

I/O包的总结：如图所示

指导原则：

• 只要有可能就使用I/0。
• 不要使用scanf或rio_readlineb来读二进制文件。
• 对网络套接字的I/O使用RIO函数。
• 建议在网络套接字上不要使用标准I/O函数来进行输入和输出，而要使用健壮的RIO函数。

教材学习中的问题和解决过程

问题：当学习到教材635页时，看到如图的fork，不太懂fork是什么意思？

解决方案：自己查阅了一下百度，看到了关于fork（）函数的资料。它的功能是创建一个子进程。
父进程调用fork（）系统调用，然后陷入内核，进行进程复制，如果成功：

1，则对调用进程即父进程来说返回值为刚产生的子进程pid，因为进程PCB没有子进程信息，父进程只能通过这样获得。

2，对子进程（刚产生的新进程），则返回0，

这时就有两个进程在接着向下执行

如果失败，则返回0，调用进程继续向下执行

------详情请见fork函数的介绍

代码托管

（statistics.sh脚本的运行结果截图）

上周考试错题总结

错题1：有关缓存的说法，正确的是（）
A .LRU策略指的是替换策略的缓存会选择最后被访问时间距现在最远的块
B .不同层之间以字节为传送单元来回复制
C .缓存不命时，决定哪个块是牺牲块由替换策略来控制
D .空缓存的不命中叫冲突不命中

答案：AC
解析：我漏选了C，教材P423中介绍了决定哪个块是由缓存的替换策略来控制的。
例如随机替换策略的缓存会随机选择一个牺牲块。
LRU替换策略的缓存会选择最后被访问的那个块。

错题2：有关RAM的说法，正确的是（）
A .SRAM和DRAM掉电后均无法保存里面的内容。
B .DRAM将一个bit存在一个双稳态的存储单元中
C .一般来说，SRAM比DRAM快
D .SRAM常用来作高速缓存
E .DRAM将每一个bit存储为对一个电容充电
F .SRAM需要不断刷新
G .DRAM被组织为二维数组而不是线性数组

答案：ACDEG
解析：我漏选了C和D。
SRAM比DRAM要快，成本也高。SARM也用作高速缓存存储器，既可以在芯片上也可以在芯片下。

其他（感悟、思考等，可选）

本周主要学习了Unix I/O模型及它的系统级函数，了解了Linux内核的三个数据结构及其文件的打开方式。第一次接触了描述符的概念，且描述符的表项指向打开文件表中的表项，而打开文件表中的表项又指向v-node表中的表项。还了解标准I/O库，经过书中的了解，标准I/O库的确是优于I/O库的选择。

学习进度条

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导