2017-2018-1 20155320 《信息安全系统设计基础》第十四周学习总结

参考老师提供的教材内容导读

本周的内容是要找出全书你认为学得最差的一章，深入重新学习一下

我决定学习第十章——系统级I/O，因为对相关内容感觉再应用方面并未十分熟练。

教材学习内容总结

10.1 Unix I/O

• Linux文件：m个字节的序列
• 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

• Linux内核引出一个简单、低级的应用接口，称为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

  10.2 文件

• 每个Linux文件都有一个类型来表明它在系统中的角色：
  普通文件包含任意数据。

  目录是包含一组链接的文件，其中每个链接都将一个文件名映射到一个文件，这个文件可能是另一个目录。每个目录至少含有两个条目：'.'是到该目录自身的链接，'..'是到目录层次结构中父目录的链接。

  套接字是用来与另一个进程进行跨网络通信的文件。

• 用cd命令来修改shell中的当前工作目录

• 路径名有两种形式：
  绝对路径名以一个斜杠开始，表示从当前工作目录开始的路径

  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

  10.3 打开和关闭文件

• 进程通过open函数来打开一个已存在的文件或者创建

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int open(char *filename, int flags, mode_t mode);
若成功则返回新的文件描述符，若出错则为1

1. 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：

以下值可以用“或”连接起来。
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

mode参数指定了新文件的访问权限位

• close函数

#include <unistd.h>int close(int fd);

1.参数解析：

返回值：成功返回0，出错返回-1关闭一个已经关闭的描述符会出错fd：即文件的描述符。

10.4 读和写文件

-读 read

#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);//返回有符号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。

1. 参数解析：

   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

-写 write

#include <unistd.h>ssize_t write(int fd, void *buf, size_t n);成功则返回写的字节数，出错返回-1。返回值为有符号

（2）参数解析：

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

PS:read和write在正常情况下返回值是实际传送的字节数量。

#include "csapp.h"
int main(void)
{
char c;
while(read(STDIN_FILENO,&c,1)!=0)
write(STDOUT_FILENO,&c,1);
exit(0);
}

• 该程序使用read和write调用一次一个字节地从标准输入复制到标准输出。

• 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

10.5 用RIO包健壮地读写

• RIO：I/O包，会自动为你处理不足值
• RIO的无缓冲的输入输出函数

#include "csapp.h"ssize_t rio_readn(int fd, void *usrbuf, size_t n);
ssize_t rio_writen(int fd, void *usrbuf, size_t n);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。

1. 参数：

   fd：文件描述符

   usrbuf：存储器位置

   n:传送的字节数

• read遇到EOF只能返回一个不足值，write不会返回不足值。
• 被中断时函数会重启read或write
• RIO的带缓冲的输入函数

ssize_t rio_readnb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n);
ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t maxlen);

• 可以高效的从文件中读取文本行和二进制数据。

• 文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。换行符数字值为0x0a.rio_readlineb函数从内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区为空时，会自动地调用read重新填满缓冲区。rio_readn带缓冲区的版本：rio_readnb。

• rio_readlineb从rp读出一个文本行（包括换行符）并把它存到usrbuf，并用空字符结束这个文本行。最多读maxlen-1个字节，剩下一个给结尾处的空字符。

• rio_readnb最多读n个字节。

• 课本实例

#include "csapp.h"
int main(int argc,char **argv)
{
int n;
rio_t rio;
char buf[MAXLINE];
rio_readinitb(&rio,STDIN_FILENO);
while((n=rio_readlineb(&rio,buf,MAXLINE))!=0)
rio_writen(STDOUT_FILENO,buf,n);
}

• rio_readinitb从内部读缓冲区复制一个文本行，当缓冲区变空使，会自动地调用read重新填满缓冲区。以上程序一次一行地从标准输入复制一个文本文件到标准输出。

10.6读取文件元数据

• 通过调用stat和fstat函数，检索文件的元数据。

#include <unistd.h>
#include<sys/stat.h>
int stat(const char *filename,struct stat *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);
返回：若成功则为0，若出错则为-1；

• stat的数据结构

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。- st_mode成员的文件类型：

S_ISREG(m)	普通文件
S_ISDIR(m)	目录文件
S_ISSOCK(m)	网络套接字

• 课本实例——展示了如何使用宏和stat函数来读取和解释一个问价的

#include "csapp.h"
int main(int argc,char **argv)
{
struct stat stat;
char *type,*readok;
Stat(argv[1],&stat);
if(S_ISREG(stat.st_mode))type = "regular";
else if(S_ISDIR(stat.st_mode))type = "directory";
elsetype = "other";
if((stat.st_mode & S_IRUSR))readok = "yes";
elsereadok = "no";
printf("type:%s,read:%s\n",type,readok);
}

10.7读取目录内容

• 应用程序可以用readdir系列函数来读取目录内容

#include<sys/types.h>
#include<dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);
返回：若成功，则为处理的指针；若出错，则为NULL

• 函数opendir以路径名为参数，返回指向目录流的指针。

#include<dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
返回：若成功，则为指向下一个目录项的指针，若没有更多的目录项或出错，则为NULL

• dirent指向流，每个目录项都是一个结构

• 函数closedir关闭流并释放其所有的资源。

#include<dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);
返回：成功为0，错误为-1

10.8 共享文件

• 用三个相关的数据结构表示打开的文件：

  • 描述符表：每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项。

  • 文件表：打开的文件的集合是由一张文件表表示的，所有的进程共享这张表。包括文件位置、引用计数（当前指向该表项的描述符表项数），指向v-node表的指针。

  • v-node表：包含stat结构中大多数信息。

• 打开文件的内核数据结构：

• 共享了同一个磁盘文件：

• 子父进程共享文件
  子进程有一个父进程描述表符副本，所以他们共享打开文件的集合。注意，在内核删除相应文件表表项之前，子父进程必须都关闭他们的描述符。
  

练习

• 10.1下面程序的输出是什么？

#include "csapp.h"
int main()
{
int fd1,fd2;
fd1=open("foo.txt",O_RDONLY,0);
close(fd1);
fd2=open("baz.txt",O_RDONLY,0);
printf("fd2=%d\n",fd2);
exit(0);
}

• 结果为：Unix进程生命周期开始时，打开的描述符赋给了stdin(描述符0)、stdout((描述符1)和stderr(描述符2)。open函数总是返回最低的未打开的描述符，所以第一次调用open会返回描述符3，调用close函数会释放描述符3。最后对open的调用会返回描述符3，因此程序的翰出是“fd2=3”。当文件不存在是，输出“fd2=-1”

• 10.2 假设磁盘文件foobar.txt由6个ASCII码字符“foobar"组成，那么下列程序的输出是什么？

#include "csapp.h"
int main()
{
int fd1,fd2;
char c;
fd1=open("foobar.txt",O_RDONLY,0);
fd2=open("foobar.txt",O_RDONLY,0);
read(fd1,&c,1);
read(fd2,&c,1);
printf("c=%c\n",c);
exit(0);
}

• fd2读操作读取foobar.txt的第一个字节

• 10.3 就像前面那样，假设磁盘文件foobar.txt由6个ASCII码字符“foobar"组成，那么下列程序的输出是什么？

#include "csapp.h"
int main()
{
int fd;
char c;
fd = open("foobar.txt",O_RDONLY,0);
if(fork()==0)
{
read(fd,&c,1);
exit(0);
}
wait(NULL);
read(fd,&c,1);
printf("c=%c\n",c);
exit(0);
}

• 描述符fd在父子进程中都指向同一个打开文件表表项，当子进程读取文件的第一个字节时，文件位置加1。因此，父进程会读取第二个字节，也就是o

• 10.4 如何用dup2将标准输入重定向到描述符5？
• dup2（5,0）
• 10.5 假设磁盘文件foobar.txt由6个ASCII码字符“foobar"组成，那么下列程序的输出是什么？

#include "csapp.h"
int main()
{
int fd1,fd2;
char c;
fd1=open("foobar.txt",O_RDONLY,0);
fd2=open("foobar.txt",O_RDONLY,0);
read(fd2,&c,1);
dup2(fd2,fd1);
read(fd1,&c,1);
printf("c=%c\n",c);
exit(0);
}

• 将fdl重定向到了fd2，输出实际上是c=o

教材学习中的问题和解决过程

• 问题1：
• 问题1解决方案：

代码调试中的问题和解决过程

• 问题1：在起初在编译时用gcc xx.c -o xx出现错误
• 问题1解决方案：后来发现只要加一个-lpthread就行了，用命令gcc xx.c -o xx -lpthread

上周考试错题总结

• Y86-64中(ABE)指令没有访存操作.

A .
rrmovl

B .
irmovq

C .
rmmovq

D .
pushq

E .
jXX

F .
ret
解析：jXX无访存操作

• 16
  ( 多选题 | 1 分)
  有关磁盘操作，说法正确的是（ACD）

A .
对磁盘扇区的访问时间包括三个部分中，传送时间最小。

B .
磁盘以字节为单位读写数据

C .
磁盘以扇区为单位读写数据

D .
读写头总处于同一柱面

• 有关RAM的说法，正确的是（ACDEG）

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

解析：静态RAM（SRAM）比动态RAM（DRAM）更快。

代码托管

结对及互评

本周结对学习情况

• 20155326

  • 结对照片

  • 结对学习内容

    • 第十章内容

其他（感悟、思考等，可选）

感觉I/O这块的内容一直都是重点而且无处不在，但是自己一直在这一块的学习上感觉存在不足，借这次机会正好再次认真学习了一遍。

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	200小时
第一周	5/5	1/1	15/15
第二周		1/2	23/38
第三周	206/327	1/3	28/66
第四周	206/327	1/4	10/77
第五周	285/568	1/5	20/97	主要学习了汇编及反汇编的相关知识
第六周	160/683	3/8	20/107
第七周	/	2/10	20/127	第四章学习内容和第二次实验
第八周		2/12	22/149	第十一章、第十二章
第九周	408/ 2582	3/15	21/170	第六章内容、第三次实验、课后pwd的实现
第十一周	174 / 3035	3/18	20/200	第九章内容、实验四
第十三周	741/3776	2/22	20/220	第十二章再学习
第十四周	87/3863	1/23	20/240	第十章再学习

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

• 计划学习时间:20小时

• 实际学习时间:20小时

• 改进情况：本周的学习时间用在课本第四章的学习和第二次实验
  (有空多看看现代软件工程 课件
  软件工程师能力自我评价表)

  参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导

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