20145326蔡馨熤《信息安全系統設計基礎》第13周學習總結

20145326蔡馨熤《信息安全系統設計基礎》第13周學習總結

教材內容總結

網絡編程簡單過了一遍

• 點分十進制：

• 檢索並打印一個DNS條目

• 本機回送地址

• 多個域名映射爲同一個IP地址

• 多個域名映射到多個IP地址

併發編程（過多內容再也不贅述）

• 程序級併發——進程

• 函數級併發——線程

• 三種基本的構造併發程序的方法：

  • 進程：每一個邏輯控制流是一個進程，由內核進行調度，進程有獨立的虛擬地址空間

  • I/O多路複用：邏輯流被模型化爲狀態機，全部流共享同一個地址空間

  • 線程：運行在單一進程上下文中的邏輯流，由內核進行調度，共享同一個虛擬地址空間

基於進程的併發編程

• 構造併發程序最簡單的方法——用進程。經常使用函數以下：fork，exec，waitpid
• 構造併發服務器：在父進程中接受客戶端鏈接請求，而後建立一個新的子進程來爲每一個新客戶端提供服務。

• 須要注意的事情：

  • 父進程須要關閉它的已鏈接描述符的拷貝（子進程也須要關閉）

  • 必需要包括一個SIGCHLD處理程序來回收僵死子進程的資源

  • 父子進程之間共享文件表，可是不共享用戶地址空間

• 獨立地址空間的優勢是防止虛擬存儲器被錯誤覆蓋，缺點是開銷高，共享狀態信息才須要IPC機制

基於I/O多路複用的併發編程

• I/O多路複用技術使用select函數要求內核掛起進程，只有在一個或多個I/O事件發生後，纔將控制返回給應用程序。

• select函數處理類型爲fd_set的集合，即描述符集合，並在邏輯上描述爲一個大小爲n的位向量，每一位b[k]對應描述符k，但當且僅當b[k]=1，描述符k才代表是描述符集合的一個元素。

• 描述符能作的三件事： 一、分配他們 二、將一個此種類型的變量賦值給另外一個變量 三、用FDZERO、FDSET、FDCLR和FDISSET宏指令來修改和檢查它們

• 當且僅當一個從該描述符讀取一個字節的請求不會阻塞時，描述符k表示準備好能夠讀了
• 咱們必須在每次調用select時都更新讀集合
• 事件驅動程序：將邏輯流模型化爲狀態機。

• 一個狀態機就是一組狀態、輸入事件和轉移，其中轉移就是將狀態和輸入事件映射到狀態。

• 基於I/O多路複用的併發事件驅動服務器的流程以下：

  • select函數檢測到輸入事件
  • add_client函數建立新狀態機
  • check_clients函數執行狀態轉移（在課本的例題中是回送輸入行），而且完成時刪除該狀態機。

基於線程的併發編程

• 線程：就是運行在進程上下文中的邏輯流。
• 線程由內核自動調度。每一個線程都有它本身的線程上下文：
  • 一個惟一的整數線程ID——TID
  • 棧
  • 棧指針
  • 程序計數器
  • 通用目的寄存器
  • 條件碼

進度圖

• 進度圖是將n個併發線程的執行模型化爲一條n維笛卡爾空間中的軌跡線，原點對應於沒有任何線程完成一條指令的初始狀態。

• 當n=2時，狀態比較簡單，是比較熟悉的二維座標圖，橫縱座標各表明一個線程，而轉換被表示爲有向邊

• 轉換規則：

  • 合法的轉換是向右或者向上，即某一個線程中的一條指令完成
  • 兩條指令不能在同一時刻完成，即不容許出現對角線
  • 程序不能反向運行，即不能出現向下或向左

一個程序的執行歷史被模型化爲狀態空間中的一條軌跡線。

• 線程循環代碼的分解：

  • H：在循環頭部的指令塊
  • L：加載共享變量cnt到線程i中寄存器%eax的指令。
  • U：更新（增長）%eax的指令
  • S：將%eax的更新值存回到共享變量cnt的指令
  • T：循環尾部的指令塊

• 幾個概念：

  • 臨界區：對於線程i，操做共享變量cnt內容的指令L,U,S構成了一個關於共享變量cnt的臨界區。
  • 不安全區：兩個臨界區的交集造成的狀態
  • 安全軌跡線：繞開不安全區的軌跡線

實踐過程

關於countwithmutex.c

• 首次編譯時按照以前的方法編譯，報錯。根據錯誤提示，發現pthread庫不是linux系統默認的庫，所以pthread_creat建立線程時，在編譯中要加上-lpthread參數。修正後順利編譯。

• 代碼中涉及到的函數：

pthread_creat：建立線程，若成功則返回0，若失敗則返回出錯編號。第一個參數爲指向線程標識符的指針，建立成功時指向的內存單元被設置爲新建立線程的線程ID；第二個參數設置線程屬性；第三個參數是線程運行函數的起始地址；最後一個參數是運行函數的參數

pthread_join：用來等待一個線程的結束。當函數返回時，被等待線程的資源被收回。

pthreadmutexlock：線程調用該函數讓互斥鎖上鎖。成功鎖定時返回0，其餘任何返回值都表示出現了錯誤。

pthreadmutexunlock：與pthreadmutexlock成對存在。釋放互斥鎖。

 

• 程序首先定義了一個宏PTHREADMUTEXINITIALIZER來靜態初始化互斥鎖。先建立tidA線程後運行doit函數，利用互斥鎖鎖定資源，進行計數，執行完畢後解鎖。後建立tidB，與tidA交替執行。因爲定義的NLOOP值爲5000，因此程序最後的輸出值爲10000.程序的最後還須要分別回收tidA和tidB的資源。

關於count.c

• 這個代碼用於與countwithmutex.c進行對比，差異在於本代碼doit函數的for循環中沒有引入互斥鎖，只進行了單純的計數，建立兩個線程共享同一變量都實現加一操做。運行結果以下。

每次運行的結果都不同。是由於隨機的覆蓋嗎？

關於condvar.c

• 這個代碼演示的是生產者生產和消費者消費交替進行的過程。是線程間同步的一種狀況。

• 主函數中用srand(time(NULL))設置當前的時間值爲種子，在後面的producer和consumer函數中調用rand()函數產生隨機數。 

 

關於cp_t.c

• mmap函數

 

void* mmap(void* start,sizet length,int prot,int flags,int fd,offt offset); 

將一個文件或者其餘對象映射進內存。文件被映射到多個頁上，若是文件的大小不是全部頁的大小之和，最後一個頁不被使用的空間將會清零。mmap在用戶空間映射調用系統中做用很大。 - 成功執行時，mmap()返回被映射區的指針，munmap()返回0.失敗時，mmap()返回MAP_FAILED,munmap返回-1.

• lseek函數

• •offt lseek(int fd,offt offset,int whence); 

   

• fd表示要操做的文件描述符，offset是相對於whence(基準)的偏移量，whence能夠是SEEK_SET（文件指針開始），SEEKCUR（文件指針當前位置），SEEKEND(文件指針尾)

• lseek主要做用是移動文件讀寫指針，返回文件讀寫指針距文件開頭的字節大小，若出錯則返回-1.

• 運行以下

關於createthread.c

• 程序主要演示了建立線程函數pthread_create()函數的使用，用來打印進程和線程的ID

• 主函數中先利用pthreadcreate()函數建立一個線程，接着調用printids函數（打印標識符的函數）打印主線程號，最後線程函數thrfn中打印出新建的線程號。

關於semphore.c

• seminit函數

• seminit(sem_t *sem, int pshared, umsigned int value);

   

• 函數初始化一個定位在sem的匿名信號量；pshared參數爲0指明信號量是由進程內線程共享，若爲非0值則信號量在進程之間共享；value參數指定信號量的初始值。
• sem_init（）成功時返回0；錯誤時返回-1，並把errno設置爲合適的值。

• semdestroy()函數用於銷燬由sem指向的匿名信號量。只有經過seminit（）初始化的信號量才應該使用該函數銷燬。函數成功時返回0，錯誤時返回-1，並把errno設置爲合適的值。

• 這個函數和以前的condvar.c同樣都是展現生產者和消費者交替工做的過程。區別是本程序實現生產或消費的過程是利用semwait()和sempost()，它們的做用分別是從信號量的值減去一個「1」和從信號量的值加上一個「1」

關於share.c

• 代碼運行結果以下

關於threadexit.c

• 運行以下：

關於hello_multi.c

• 程序中的print_msg（）函數中：在printf後的fflush(stdout);說明要馬上將要輸出的內容輸出，每輸出一次停1秒，並循環5次。

關於hello_multi1.c

• 運行結果只輸出hello99

關於hello_single.c

• 根據代碼，先單獨執行print_msg("hello");——輸出5個hello，後輸出5個帶換行的world

關於incprint.c

• 因爲定義中NUM=5，因此輸出的count爲1到5。

twordcount1&twordcount2

• 用法：./twordcount1 [文件1] [文件2]
• 用來統計文件1及文件2兩個文件的總字數
• 運行結果：

twordcount3

• 用法：./twordcount3 [文件1] [文件2]
• 分別對文件一、文件2兩個文件進行字數統計，並把兩個文件的字數加起來統計兩個文件的總字數
• 運行結果：

twordcount4

• 用法：./twordcount4 [文件1] [文件2]
• 分別運行代碼，根據鎖的狀況分別統計字數，再把兩個文件的字數加起來統計兩個文件的總字數
• 運行結果：

代碼託管

代碼託管連接

心得體會

• 本週在學習完教材上的內容後，我把老師給的代碼逐一進行實踐，在運行代碼的過程當中，因爲程序中調用的一些函數都是比較生疏的，須要一個一個的去理解其中每一個參數的含義和函數的返回值，因此整個過程耗費了我大量的時間，不過收穫仍是很大的。最初看代碼的時候，只能根據程序運行的結果來大體的猜想每一句代碼的含義，不過在結合課本的知識後，對其又有了進一步的深入體會。

• 不知不覺已經上了婁老師兩個學期的課了，從最開始徹底排斥反抗這種教學模式，到最後將這些學習方式變爲本身的習慣。我如今靜靜一想，才明白婁老師的良苦用心。 以寫博客的方式來記錄本身的學習過程，不只鍛鍊了文筆還理清了思緒，說得長遠一點，實際上是在積累本身的人生財富！不必定只有學計算機相關知識，才能發博客，看完一本書的感想或者記錄平時的心情，博客園都是一個很好的平臺。平時有什麼問題也能夠在園子裏提問，博客園裏面藏龍臥虎！ 咱們還要學會使用git託管，雖然最開始在下載方面或者使用方面比較麻煩，但萬事開頭難，一旦上手，受益不淺！好比之後電腦出現「數據流失」的話，就不用懼怕了。再好比幾我的要作項目的話，學會git共享代碼，也會省事兒不少！學會用Markdown來編寫文檔，實際上是強調了一種規範意識！ 有的人也許會說，我之後要當公務員，跟程序員沒半毛錢關係。 這句話是極其愚昧的，或者說這個同窗沒有領會到婁老師教學的精髓，婁老師一直強調的是什麼，不是要咱們學多少知識，由於知識是學不完的，也是會忘記的，婁老師要的是咱們培養一種學習方法，培養一種學習習慣，培養一種思惟方式，這纔是會伴隨咱們一輩子的財富~

學習進度條

	代碼行數（新增/累積）	博客量（新增/累積）	學習時間（新增/累積）	重要成長
目標	5000行	30篇	400小時
第一週	0/0	1/2	20/20
第二週	58/58	1/3	20/40
第三週	150/208	1/4	22/62
第五週	150/358	1/5	21/83
第六週	136/494	1/6	25/108
第七週	115/609	2/8	24/132
第八週	0/609	2/10	22/154
第九周	109/718	3/13	20/174
第十週	472/1190	1/14	21/195
第十一週	1883/3073	3/17	21/216
第十二週	0/3073	2/19	20/236
第十三週	1023/4096	1/20	21/257