資訊安全系統設計基礎第九周學習總結

第十章系統級I/O

10.1 Unix I/O

一個檔案就是一個位元組序列。

所有的I/O裝置，如網絡、磁盤、和終端，都被模型化為檔案，而所有的輸入和輸出都被當做想對應的檔案的讀寫來執行。

這使得所有的輸入輸出都能以一種統一卻一緻的方式來執行

• 打開檔案
• 改變目前檔案位置
• 讀寫檔案
• 關閉檔案

10.2 打開和關閉檔案

程序是通過調用open函數來打開一個已存在的檔案或者建立一個新檔案的：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h>
int open(char *filename, int flags, mode_t mode);
           

flags 參數 :

• O_RDONLY: Reading only
• O_WRONLY: Writing only
• O_RDWR: Reading and writing

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

10.3讀和寫檔案

應用程式是通過分别調用read和write函數來執行輸入和輸出的

讀檔案

include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);//Returns: number of bytes read if OK, 0 on EOF, −1 on error
           

寫檔案

#include <unistd.h>
 
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t n);//Returns: number of bytes written if OK, −1 on error
           

10.4 用RIO包健壯的讀寫

可靠的讀

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);
}
           

可靠的寫 :

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)  /* Interrupted by sig handler return */
                nwritten = 0;
            else
return -1;
        }
        nleft -= nwritten;
        bufp += nwritten;
}
return n; }
           

10.5 讀取檔案中繼資料

應用程式能夠通過調用stat和fstat函數，檢索到關于檔案的資訊。

10.6　共享檔案

核心用三個相關資料結構來表示打開的檔案

• 描述符表
• 檔案表
• v-node表

10.7　i/o重定向

unix提供重定向操作符，允許使用者将磁盤檔案和标準輸入輸出聯系起來

方法之一使用dup2函數

10.8　标準i/o

• ANSI C定義了一組進階輸入輸出函數，成為标準I/O庫，為程式員提供了Unix I/O的較進階别的替代。這個庫（libc）提供了打開和關閉檔案的函數（fopen和fclose）、讀和寫位元組的函數（fread和fwrite）、讀和寫字元串的函數（fgets和fputs）、以及複雜的格式化I/O函數（printf和scanf）。

使用标準I/O的好處

• 因為在出UNIX的很多作業系統（包括Windows, linux）上都實作了此庫，所有有利于軟體的移植。

與UnixI/O的主要差別

• UNIX I/O的函數都是針對檔案描述符的，而标準I/O的操作都是圍繞流進行的。所為的流就是一個FILE *
• 标準I/O提供了緩存--為了盡量減少write, read的調用。
• 标準I/O的效率會低一些，因為它是多了一層封裝。即，fread通過調用read來實作。

标準I/O的頭檔案

stdio.h

三個标準I/O流預定義指針：stdin, stdout, stderr

(Unix I/O: STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO, STDERR_FILENO)

10.9　綜合：我該使用哪些i/o函數

• 盡量隻使用标準I/O,而不要涉及低級的Unix I/O函數
• 建議在網絡套接字上不要使用标準I/O函數來進行輸入和輸出。而要使用健壯的RIO函數。
• 标準I/O流，從某種意義上來說是全雙工的，因為程式能夠在同一個流上執行輸入和輸出。

體會：本周的内容比較抽象，講的是系統級I/O。雖然内容不是很多，但是了解起來有些困難，是以閱讀了很多遍才了解其中的初級内容，如果要對這個有深入地了解還需要查閱更多的資料。

參考資料：

• 《深入了解計算機系統》課本第十章
• shangdahao 的部落格：http://www.cnblogs.com/shangdahao/archive/2013/04/14/3019461.html
• 行雲的部落格：http://www.cnblogs.com/uvsjoh/archive/2012/06/13/2547743.html