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《信息安全系统设计与实现》第四周学习笔记

时间：2023-10-01 20:22:05浏览次数：36  
标签：文件 调用 int 信息安全 fbuf 笔记 char 四周 链接

第七章：文件操作

文件操作级别

硬件级别

  • disk：将硬盘、U盘或SDC盘分区
  • mkfs：格式化磁盘分区，为系统做好准备
  • fsck：检查和维修系统
  • 碎片整理：压缩文件系统中的文件

操作系统内核中的文件系统函数

  • 类Unix系统内核中的一些函数，其中前缀k表示内核函数

系统调用

  • 用户模式程序使用系统调用来访问内核函数

I/O库函数

FILE mode I/O:fopen()、fread()；fwrite()、fseek()、fclose()、fflush()
    char mode I/O:getc()、getchar()、ugetc()、putc()、putchar()
    line mode I/O:gets()、fgets()、puts()、fputs()
    formatted I/O:scanf()、fscanf()、sscanf()、printf()、fprintf()、sprintf()

用户命令

  • 用户可使用Unix/Linux命令来执行文件操作

sh脚本

文件I/O操作

  • 用户模式下的程序执行操作
    • 打开一个读/写文件流
      FILE *fp = fopen("file","r");or FILE *fp = fopen("file","w");
  • fopen()在用户空间中创建一个FILE结构体向内核中的kopen()发出一个fd = open("file",flags = READ or WRITE)系统调用，构建一个Opentable表示打开文件示例。OpenTable的mptr指向内存中的文件INODE。成功后，fp会指向FILE结构体。
  • fread(ubuf,size,nitem,fp)`:将nitem个size字节读取到ubuf上,通过：
    • 将数据从FILE结构体的fbuf上复制到ubuf上，若数据足够，则返回。
    • 如果fbuf没有更多数据，则执行（4a）。
  • （4a）发出read(fd,fbuf,BLKSIZE)系统调用，将文件从内核读取到fbuf，然后将数据复制到ubuf上，直到数据足够或者文件无更多数据可复制
  • (4b）fwrite(ubuf,size,nitem,fp):将数据从ubuf复制到fbuf
    • 若(fbuf有空间)：将数据复制到fbuf上，并返回
    • 若(fbuf已满)：发出write(fd,fbuf,BLKSIZE)系统调用，将数据块写入内核，然后再次写入fbuf
  • 内核中的文件系统函数
    • 假设非特殊文件的read(fd,fbuf[],BLKSIZE)系统调用
  • 在read()系统调用中，fd是一个打开的文件描述符，它是运行进程的fd数组中的一个索引，指向一个表示打开文件的OpenTable
  • OpenTable包含文件的打开模式、一个指向内存中文件INODE的指针和读/写文件当前字节偏移量
    • 计算逻辑块编号1bk
    • 通过INODE.i_block[ ]数组将逻辑块编号转换为物理块编号blk
  • Minode包含文件的内存INODE。EMODE.i_block[]数组包含指向物理磁盘块的指针。
  • 为提高磁盘效率，操作系统内核会使用一组I/O缓冲区作为高速缓存。
  • 对于read(fd, buf, BLKSIZE)系统调用，要确定所需的(dev,blk)编号，然后查询I/O缓冲区高速缓存
  • 对于write(fd, fbuf, BLKSIZE)系统调用，要确定需要的(dev,blk)编号，然后查询I/O缓冲区高速缓存
  • 设备I/O：I/O缓冲区上的物理IO最终会仔细检查设备驱动程序，设备驱动程序由上半部分的start_io()和下半部分的磁盘中断处理程序组成

低级别文件操作

分区

  • 一个块存储设备，如硬盘、U盘、SD卡等，可以分为几个逻辑单元，称为分区。分区表位于第一个扇区的字节偏移446（0x1BE）处，成为设备的主引导记录（MBR）

格式化分区

  • 为了存储文件，必须先为特定的文件系统准备好分区，该操作称为格式化磁盘或磁盘分区。在Linux中，称为mkfs，表示Make文件系统
  • 挂载分区
    • 用dd命令创建一个虚拟磁盘映像：
      dd if=/dev/zero of=vdisk bs=1024 count=32768
    • 在vdisk上运行fdisk来创建一个分区P1：
      fdisk vdisk
    • 在vdisk的分区1上创建一个循环设备
    • 格式化/dev/loop1
    • 挂载循环设备
      mount /dev/loop1/mnt
    • 访问作为文件系统一部分的挂载设备
    • 设备使用完毕后，将其卸载
      umount /mnt
    • 循环设备使用完毕后，将其断开
      losetup -d /dev/loop1

第八章：使用系统调用进行文件操作

系统调用

  • 在操作系统中，进程以两种不同的模式运行，即内核模式和用户模式。系统调用是一种允许进程进入Kmode以执行Umode不允许操作的机制。

系统调用手册

  • sh命令man 2 NAME现实而来系统调用名称的手册页

使用系统调用进行文件操作

  • 示例
  #include<stdio.h>
    #include<errno.h>
    int main()
    {
        char buf[256],*s;
        int r;
        r = mkdir("newdir",0766);	//mkdir syscall
        if(r<0)
            printf("error=%d : %s\n",errno,strerror(errno));
        r = chdir("newdir");	//cd into newdir
        s = getcwd(buf,256);	//get CWD string int buf[]
        printf("CWD = %s\n",s);
    }
  • 简单的系统调用

常用的系统调用

  • open：打开一个文件进行读、写、追加
    int open(char *file, int flags, int mode);
  • close：关闭打开的文件描述符
    int close(int fd);
  • read：读取打开的文件描述符
    int read(int fd, char buf[], int count);
  • write：写入打开的文件描述符
    int write(int fd, char buf[], int count);
  • dup：将文件描述符复制到可用的最小描述符编号中
    int dup(int oldfd);
  • dup2：将oldfd复制到newfd中，如果文件链接数为0，则删除文件
    int dup2(int oldfd, int newfd);
  • link：将新文件硬链接到旧文件
    int link(char *oldPath, char *newPath);
  • unlink：取消某个文件的链接；如果文件链接数为0，则删除文件
    int unlink(char *pathname);
  • symlink：创建一个符号链接
    int symlink(char *target, char *newpath);
  • readlink：读取符号链接文件的内容
    int readlink(char *path, char *buf, int bufsize);
  • umask：设置文件创建掩码；文件权限为(mask & ~umask)
    int umask(int umask);
  • mknod：创建特殊文件
    int mknod(char *path,int mode,int device)

链接文件

硬链接文件

  • 命令
    ln oldpath newpath
  • 创建从newpath到oldpath的硬链接。
    link(char *oldpath,char *newpath)
  • 减少文件链接数
    unlink(char *pathname)

符号链接文件

  • 软链接命令
    ln -s oldpath newpath
  • 创建从newpath到oldpath的软链接
    symlink(char *oldpath,char *newpath)

stat系统调用

stat/lstat/fstat系统调用可将一个文件的信息返回。

  • stat文件状态
  • stat结构体
    • st_size使用字节表示的文件大小
    • st_block值是使用512字节表示的文件大小
  • stat与文件索引节点
    • 每个索引节点在存储设备上都有唯一的索引节点编号（ino）。每个设备都由一对设备号标识，例如0x0302表示/dev/hda2等
  • 文件类型和权限
    • 只有st_mode字段需要进行说明：
      16位，前4位是文件类型，接下来的3位表示文件的特殊用法，其余9位是文件保护权限位。
    • st_mode：第一个字母表示文件类型，后面9个字符基于权限位，如果位是1，每个字符打印为r|w|x；如果位是0，则打印-。x位表示是否允许访问目录。
  • opendir-readdir函数
    • 目录也是一个文件
    • 具体实现：
             struct dirent
               {
　　                  long d_ino; /* inode number 索引节点号 */  
　　                  off_t d_off; /* offset to this dirent 在目录文件中的偏移 */  
　　                  unsigned short d_reclen; /* length of this d_name 文件名长 */  
　　                  unsigned char d_type; /* the type of d_name 文件类型 */  
　　                  char d_name [NAME_MAX+1]; /* file name (null-terminated) 文件名，最长255字符 */
               }
  • readlink函数
    • 将符号链接文件的内容复制到bufsize的buf[]中，并将实际复制的字节数返回
      int readlink（char *pathname，char buf[]，int bufsize）；
  • ls程序
  • open-close-lseek系统调用
    • open：打开一个文件，读、写、追加
    • close：关闭打开的文件描述符
    • read：读取打开的文件描述符
    • write：写入
    • lseek：将文件描述符的字节偏移量重新定位为偏移量
    • umask：设置文件创建掩码；

问题

内核模式和用户模式有什么区别，各有什么优缺点？

硬链接文件和软链接文件的区别？

苏格拉底提问











标签：文件,调用,int,信息安全,fbuf,笔记,char,四周,链接
From： https://www.cnblogs.com/wenxinhe/p/17739222.html

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