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  • 深入理解JVM(③)ZGC收集器

    深入理解JVM(③)ZGC收集器

    前言

    ZGC是一款在JDK11中新加入的具有實驗性質的低延遲垃圾收集器,目前僅支持Linux/x86-64。ZGC收集器是一款基於Region內存布局的,(暫時)不設分代的,使用了讀屏障、染色指針和內存多重映射等技術來實現可併發的標記-整理算法的,以低延遲為首要目標的一款垃圾收集器。

    ZGC布局

    與Shenandoah和G1一樣,ZGC也採取基於Region的堆內存布局,但與他們不同的是,ZGC的Region具有動態性(動態的創建和銷毀,以及動態的區域容量大小)。
    ZGC的Region可以分為三類:

    • 小型Region:容量固定為2MB,用於放置小於256KB的小對象。
    • 中型Region:容量固定為32MB,用於放置大於等於256KB但小於4MB的對象。
    • 大型Region:容量不固定,可以動態變化,但必須為2MB的整數倍,用於存放4MB或以上的大對象。並且每個大型Region只會存放一個對象。
      ZGC內存布局圖:

    染色指針

    HotSpot的垃圾收集器,有幾種不同的標記實現方案。

    • 把標記直接記錄在對象頭上(Serial 收集器)。
    • 把標記記錄在於對象相互獨立的數據結構上(G1、Shenandoah使用了一種相當於堆內存的1/64大小的,稱為BitMap的結構來記錄標記信息)。
    • ZGC染色指針直接把標記信息記載引用對象的指針上。
      染色指針是一種直接將少量額外的信息存儲在指針上的技術。
      目前Linux下64位指針的高18位不能用來尋址,但剩餘的46位指針所能支持的64TB內存仍然鞥呢夠充分滿足大型服務器的需要。鑒於此,ZGC將其高4位提取出來存儲四個標誌信息。
      通過這些標誌虛擬機就可以直接從指針中看到器引用對象的三色標記狀態(Marked0、Marked1)、是否進入了重分配集(是否被移動過——Remapped)、是否只能通過finalize()方法才能被訪問到(Finalizable)。由於這些標誌位進一步壓縮了原本只有46位的地址空寂,導致ZGC能夠管理的內存不可以超過4TB。
      染色指針示意圖:

    染色指針的優勢

    • 染色指針可以使得一旦某個Region的存活對象被移走之後,這個Region立即就能夠被釋放和重用掉,而不必等待整個堆中所有指令向該Region的引用都被修正後才能清理。
    • 染色指針可以大幅減少在垃圾收集過程中內存屏障的使用數量,設置內存屏障,尤其是在寫屏障的目的通常是為了記錄對象引用的變動情況,如果將這些信息直接維護在指針中,顯然就可以省去一些專門的記錄操作。
    • 染色指針可以作為一種可擴展的存儲結構用來記錄更多與對象標記、重定位過程相關的數據,以便日後進一步提高性能。

    內存多重映射

    Linux/x86-64平台上ZGC使用了多重映射(Multi-Mapping)將多個不同的虛擬內存地址映射到同一物理內存地址上,這是一種多對一映射,意味着ZGC在虛擬內存中看到的地址空寂要比實際的堆內存容量來的更大。把染色指針中的標誌位看作是地址的分段符,那隻要將這些不同的地址段都映射到同一物理內褲空間,經過多重映射轉換后,就可以使用染色指針正常進行尋址了。
    多重映射下的尋址:

    ZGC的運作過程

    ZGC的運作過程大致可劃分為以下四個大的階段。四個階段都是可以併發執行的,僅是兩個階段中間會存在短暫的停頓小階段。
    運作過程如下:

    • 併發標記(Concurrent Mark): 與G1、Shenandoah一樣,併發標記是遍歷對象圖做可達性分析的階段,前後也要經過類似於G1、Shenandoah的初始標記、最終標記的短暫停頓,而且這些停頓階段所做的事情在目標上也是相類似的。
    • 併發預備重分配( Concurrent Prepare for Relocate): 這個階段需要根據特定的查詢條件統計得出本次收集過程要清理哪些Region,將這些Region組成重分配集(Relocation Set)。
    • 併發重分配(Concurrent Relocate): 重分配是ZGC執行過程中的核心階段,這個過程要把重分配集中的存活對象複製到新的Region上,併為重分配集中的每個Region維護一個轉發表(Forward Table),記錄從舊對象到新對象的轉向關係。
    • 併發重映射(Concurrent Remap): 重映射所做的就是修正整個堆中指向重分配集中舊對象的所有引用,ZGC的併發映射並不是以一個必須要“迫切”去完成的任務。ZGC很巧妙地把併發重映射階段要做的工作,合併到下一次垃圾收集循環中的併發標記階段里去完成,反正他們都是要遍歷所有對象的,這樣合併節省了一次遍歷的開銷。

    ZGC的優劣勢

    • 缺點:浮動垃圾
      當ZGC準備要對一個很大的堆做一次完整的併發收集,駕駛其全過程要持續十分鐘以上,由於應用的對象分配速率很高,將創造大量的新對象,這些新對象很難進入當次收集的標記範圍,通常就只能全部作為存活對象來看待(儘管其中絕大部分對象都是朝生夕滅),這就產生了大量的浮動垃圾。
      目前唯一的辦法就是盡可能地去增加堆容量大小,獲取更多喘息的時間。但若要從根本上解決,還是需要引入分代收集,讓新生對象都在一個專門的區域中創建,然後針對這個區域進行更頻繁、更快的收集。
    • 優點:高吞吐量、低延遲
      ZGC是支持“NUMA-Aware”的內存分配。MUMA(Non-Uniform Memory Access,非統一內存訪問架構)是一種多處理器或多核處理器計算機所設計的內存架構。
      現在多CPU插槽的服務器都是Numa架構,比如兩顆CPU插槽(24核),64G內存的服務器,那其中一顆CPU上的12個核,訪問從屬於它的32G本地內存,要比訪問另外32G遠端內存要快得多。
      ZGC默認支持NUMA架構,在創建對象時,根據當前線程在哪個CPU執行,優先在靠近這個CPU的內存進行分配,這樣可以顯著的提高性能,在SPEC JBB 2005 基準測試里獲得40%的提升。

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  • 【K8s學習筆記】K8s是如何部署應用的?

    【K8s學習筆記】K8s是如何部署應用的?

    本文內容

    本文致力於介紹K8s一些基礎概念與串聯部署應用的主體流程,使用Minikube實操

    基礎架構概念回顧

    溫故而知新,上一節【K8S學習筆記】初識K8S 及架構組件 我們學習了K8s的發展歷史、基礎架構概念及用途,本節講的內容建立在其上,有必要把之前的架構小節提出來回顧下:

    K8s架構分為控制平台(位於的Master節點)與執行節點Node

    控制平台包含:

    • kube-apiserver(訪問入口,接收命令)

    • etcd(KV數據庫,保存集群狀態與數據)

    • kube-scheduler(監控節點狀態,調度容器部署)

    • kube-controller-manager(監控集群狀態,控制節點、副本、端點、賬戶與令牌)

    • cloud-controller-manager(控制與雲交互的節點、路由、服務、數據卷)

    執行節點包含:

    • kubelet(監控與實際操作容器)

    • kube-proxy(每個節點上運行的網絡代理,維護網絡轉發規則,實現了Service)

    • 容器運行時環境CRI(支持多種實現K8s CRI的容器技術)

    接下來需要引入 Pod 與 Service 的概念,這也是在上一篇文章中未給出的

    Pod、Service與Label概念

    Pod概念與結構

    Pod 是 K8s最重要的基本概念,官網給出概念:Pod是Kubernates可調度的最小的、可部署的單元。怎麼理解呢?最簡單的理解是,Pod是一組容器。

    再詳細些,Pod是一組容器組成的概念,這些容器都有共同的特點:

    • 都有一個特殊的被稱為“根容器”的Pause容器。Pause容器鏡像屬於K8s平台的一部分
    • 包含一個或多個緊密相關的用戶業務容器。假設個場景:業務容器需要獨立的redis提供服務,這裏就可以將它們兩個部署在同一Pod中。

    下邊是Pod的組成示意圖:

    為什麼Kubernetes會設計出一個全新的概念與Pod會有這樣特殊的結構呢?

    • 原因之一:K8s需要將一組容器視為一個單元處理。當其中某些容器死亡了,此時無法判定這組容器的狀態。而當成一個單元,只要其中有一個容器掛了,這個單元就判定掛了。
    • 原因之二:通過Pause共享容器IP,共享Pause掛接的Volume,簡化密切關聯的業務容器之間的通信問題和文件共享問題

    K8s為每個Pod都分配了唯一的IP地址,稱為Pod IP,一個Pod里的多個容器共享Pod IP地址。需要牢記的一點是:在 kubernetes 里,一個 Pod 里的容器與另外主機上的 Pod 容器能夠直接通信。

    Pod的創建流程

    當一個普通的Pod被創建,就會被放入etcd中存儲,隨後被 K8s Master節點調度到某個具體的Node上並進行綁定(Binding),隨後該Pod被對應的Node上的kubelet進程實例化成一組相關的Docker容器並啟動。

    當Pod中有容器停止時,K8s 會自動檢測到這個問題並重啟這個 Pod(Pod里所有容器);如果Pod所在的Node宕機,就會將這個Node上的所有Pod重新調度到其他節點上。

    細心的讀者是否發現:

    當Pod越來越多,Pod IP 也越來越多,那是如何從茫茫IP地址中找到需要的服務呢?換句話來說,是否有一種提供唯一入口的機制,來完成對Pod的訪問,而無需關心訪問到具體是哪個Pod(who care :happy:)?

    Kubernetes 提供了這種機制,稱之為 Service。

    Service概念

    Service服務是Kubernetes里的核心資源對象之一,從名稱上來看,理解其為一個”服務“也不為過,Service的作用是為相同標識的一系列Pod提供唯一的訪問地址。

    Service使用的唯一地址稱為ClusterIP,僅當在集群內的容器才能通過此IP訪問到Service

    它具體實現對一系列Pod綁定,需要再引入Label的概念,才能做出解答。

    Label概念

    Kubernetes 提供了Label(標籤)來對Pod、Service、RC、Node等進行標記。相當於打標籤,Label可以是一組KV鍵值對,也可以是一個set

    一個資源對象可以定義任意數量的Label,同一個Label可以添加到任意數量的資源對象上。通常由定義資源對象時添加,創建后亦可動態添加或刪除。

    Service如何動態綁定Pods?

    原來,在定義 Pod 時,設置一系列 Label 標籤,Service 創建時定義了 Label Selector(Label Selector 可以類比為對 Label 進行 SQL 的 where 查詢),kube-proxy 進程通過 Service的Label Selector 來選擇對應的 Pod,自動建立每個 Service 到對應 Pod 的請求轉發路由表,從而實現 Service 的智能負載均衡機制。

    小結:Pod是K8s最小的執行單元,包含一個Pause容器與多個業務容器,每個Pod中容器共享Pod IP,容器之間可直接作用Pod IP通信;Label是一種標籤,它將標籤打在Pod上時,Service可以通過定義Label Selector(Label查詢規則)來選擇Pod,具體實現路由表建立的是kube-proxy

    部署應用實踐(Minikube)

    安裝kubectl需要安裝成本地服務,這裡是debian10,更多參考https://developer.aliyun.com/mirror/kubernetes

    sudo su -
    apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https
    curl https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add - 
    cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
    deb https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main
    EOF  
    apt-get update
    apt-get install -y kubelet kubectl
    exit
    

    下載安裝Minikube(阿里雲修改版):

    curl -Lo minikube-linux-amd64-1.11.0-aliyuncs http://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/minikube/releases/v1.11.0/minikube-linux-amd64
    sudo install minikube-linux-amd64-1.11.0-aliyuncs /usr/local/bin/minikube
    

    使用魔改版是因為官方代碼里有些地方寫死了地址,而國內無法訪問

    部署k8s集群:

    minikube start --driver docker --image-repository registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version v1.18.3
    

    本地有docker時使用此driver,其他可選的虛擬化技術參考https://minikube.sigs.k8s.io/docs/drivers/ 選擇

    #部署一個Pod,Pod的deployment是一種默認的無狀態多備份的部署類型
    kubectl create deployment hello-minikube --image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/echoserver:1.4
    #查看集群中當前的Pod列表
    kubectl get pods
    #創建的NodePort類型Service,將所有Node開放一個端口號,通過這個端口將流量轉發到Service以及下游Pods
    kubectl expose deployment hello-minikube --type=NodePort --port=8080
    #獲取暴露 Service 的 URL 以查看 Service 的詳細信息:
    minikube service hello-minikube --url
    #minikube提供的特色功能,直接通過瀏覽器打開剛才創建的Service的外部訪問地址
    minikube service hello-minikube
    

    自動打開瀏覽器訪問服務(Minikube特色功能)

    提示:這張圖中的request-uri的解釋是不正確的,但是與 <minikube這個唯一Node的IP>:<NodePort><Service的ClusterIP>:<ServicePort>都不是完全匹配的,不大理解這塊提示,有緣人希望可解我所惑,在此先行感謝

    查看Pod的描述信息

    kubectl describe pod hello-minikube
    

    最下方可以清楚得看到K8s集群default-scheduler成功指派我們要求的Pod在節點minikube上創建,kubelet收到信息后,拉取鏡像並啟動了容器

    部署流程原理簡述

    1. kubectl 發送創建 deployment 類型、名為hello-minikube的Pod 請求到 kube-apiserver
    2. kube-apiserver 將這條描述信息存到 etcd
    3. kube-scheduler 監控 etcd 得到描述信息,監測Node負載情況,創建Pod部署描述信息到etcd
    4. 待部署Node的kubelet監聽到 etcd 中有自己的部署Pod信息,取出信息並按圖拉取業務鏡像,創建pause容器與業務容器(此時集群外部無法訪問)
    5. kubectl 執行expose命令,同時將創建Service與NodePort信息存到etcd中
    6. 各節點kube-proxy監聽到etcd變化,創建邏輯上的Service與路由信息,開闢NodePort
    7. 當請求到達<任意Node節點IP>:<NodePort> 時,根據路由錶轉發到指定的Service上,負載均衡到Pod,提供服務

    集群外部訪問:

    參考

    • https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-overview/
    • https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/
    • https://minikube.sigs.k8s.io/docs/start/
    • https://minikube.sigs.k8s.io/docs/handbook/controls/
    • 《Kubernetes權威指南》第 4 版

    行文過程中難免出現錯誤,還請讀者評論幫忙改正,大家共同進步,在此感謝

    轉載請註明出處,文章中概念引入《Kubernetes權威指南》很多,侵權改。

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  • async/await剖析

    async/await剖析

    JavaScript是單線程的,為了避免同步阻塞可能會帶來的一些負面影響,引入了異步非阻塞機制,而對於異步執行的解決方案從最早的回調函數,到ES6Promise對象以及Generator函數,每次都有所改進,但是卻又美中不足,他們都有額外的複雜性,都需要理解抽象的底層運行機制,直到在ES7中引入了async/await,他可以簡化使用多個Promise時的同步行為,在編程的時候甚至都不需要關心這個操作是否為異步操作。

    分析

    首先使用async/await執行一組異步操作,並不需要回調嵌套也不需要寫多個then方法,在使用上甚至覺得這本身就是一個同步操作,當然在正式使用上應該將await語句放置於 try...catch代碼塊中,因為await命令後面的Promise對象,運行結果可能是rejected

    function promise(){
        return new Promise((resolve, reject) => {
           var rand = Math.random() * 2; 
           setTimeout(() => resolve(rand), 1000);
        });
    }
    
    async function asyncFunct(){
        var r1 = await promise();
        console.log(1, r1);
        var r2 = await promise();
        console.log(2, r2);
        var r3 = await promise();
        console.log(3, r3);
    }
    
    asyncFunct();
    

    async/await實際上是Generator函數的語法糖,如Promises類似於結構化回調,async/await在實現上結合了Generator函數與Promise函數,下面使用Generator函數加Thunk函數的形式實現一個與上邊相同的例子,可以看到只是將async替換成了*放置在函數右端,並將await替換成了yield,所以說async/await實際上是Generator函數的語法糖,此處唯一不同的地方在於實現了一個流程的自動管理函數run,而async/await內置了執行器,關於這個例子的實現下邊會詳述。對比來看,asyncawait,比起*yield,語義更清楚,async表示函數里有異步操作,await表示緊跟在後面的表達式需要等待結果。

    function thunkFunct(index){
        return function f(funct){
            var rand = Math.random() * 2;
            setTimeout(() => funct(rand), 1000)
        }
    }
    
    function* generator(){ 
        var r1 = yield thunkFunct();
        console.log(1, r1);
        var r2 = yield thunkFunct();
        console.log(2, r2);
        var r3 = yield thunkFunct();
        console.log(3, r3);
    }
    
    function run(generator){
        var g = generator();
    
        var next = function(data){
            var res = g.next(data);
            if(res.done) return ;
            // console.log(res.value);
            res.value(next);
        }
    
        next();
    }
    
    run(generator);
    

    實現

    async函數內置了執行器,能夠實現函數執行的自動流程管理,通過Generator yield ThunkGenerator yield Promise實現一個自動流程管理,只需要編寫Generator函數以及Thunk函數或者Promise對象並傳入自執行函數,就可以實現類似於async/await的效果。

    Generator yield Thunk

    自動流程管理run函數,首先需要知道在調用next()方法時,如果傳入了參數,那麼這個參數會傳給上一條執行的yield語句左邊的變量,在這個函數中,第一次執行next時並未傳遞參數,而且在第一個yield上邊也並不存在接收變量的語句,無需傳遞參數,接下來就是判斷是否執行完這個生成器函數,在這裏並沒有執行完,那麼將自定義的next函數傳入res.value中,這裏需要注意res.value是一個函數,可以在下邊的例子中將註釋的那一行執行,然後就可以看到這個值是f(funct){...},此時我們將自定義的next函數傳遞后,就將next的執行權限交予了f這個函數,在這個函數執行完異步任務后,會執行回調函數,在這個回調函數中會觸發生成器的下一個next方法,並且這個next方法是傳遞了參數的,上文提到傳入參數後會將其傳遞給上一條執行的yield語句左邊的變量,那麼在這一次執行中會將這個參數值傳遞給r1,然後在繼續執行next,不斷往複,直到生成器函數結束運行,這樣就實現了流程的自動管理。

    function thunkFunct(index){
        return function f(funct){
            var rand = Math.random() * 2;
            setTimeout(() => funct(rand), 1000)
        }
    }
    
    function* generator(){ 
        var r1 = yield thunkFunct();
        console.log(1, r1);
        var r2 = yield thunkFunct();
        console.log(2, r2);
        var r3 = yield thunkFunct();
        console.log(3, r3);
    }
    
    function run(generator){
        var g = generator();
    
        var next = function(data){
            var res = g.next(data);
            if(res.done) return ;
            // console.log(res.value);
            res.value(next);
        }
    
        next();
    }
    
    run(generator);
    

    Generator yield Promise

    相對於使用Thunk函數來做流程自動管理,使用Promise來實現相對更加簡單,Promise實例能夠知道上一次回調什麼時候執行,通過then方法啟動下一個yield,不斷繼續執行,這樣就實現了流程的自動管理。

    function promise(){
        return new Promise((resolve,reject) => {
            var rand = Math.random() * 2;
            setTimeout( () => resolve(rand), 1000);
        })
    }
    
    function* generator(){ 
        var r1 = yield promise();
        console.log(1, r1);
        var r2 = yield promise();
        console.log(2, r2);
        var r3 = yield promise();
        console.log(3, r3);
    }
    
    function run(generator){
        var g = generator();
    
        var next = function(data){
            var res = g.next(data);
            if(res.done) return ;
            res.value.then(data => next(data));
        }
    
        next();
    }
    
    run(generator);
    
    // 比較完整的流程自動管理函數
    function promise(){
        return new Promise((resolve,reject) => {
            var rand = Math.random() * 2;
            setTimeout( () => resolve(rand), 1000);
        })
    }
    
    function* generator(){ 
        var r1 = yield promise();
        console.log(1, r1);
        var r2 = yield promise();
        console.log(2, r2);
        var r3 = yield promise();
        console.log(3, r3);
    }
    
    function run(generator){
        return new Promise((resolve, reject) => {
            var g = generator();
            
            var next = function(data){
                var res = null;
                try{
                    res = g.next(data);
                }catch(e){
                    return reject(e);
                }
                if(!res) return reject(null);
                if(res.done) return resolve(res.value);
                Promise.resolve(res.value).then(data => {
                    next(data);
                },(e) => {
                    throw new Error(e);
                });
            }
            
            next();
        })
       
    }
    
    run(generator).then( () => {
        console.log("Finish");
    });
    

    每日一題

    https://github.com/WindrunnerMax/EveryDay
    

    參考

    https://segmentfault.com/a/1190000007535316
    http://www.ruanyifeng.com/blog/2015/05/co.html
    http://www.ruanyifeng.com/blog/2015/05/async.html
    

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    內容概要:

    單一數據讀取方式:

      第一種:slice_input_producer()

    # 返回值可以直接通過 Session.run([images, labels])查看,且第一個參數必須放在列表中,如[...]
    [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)

      第二種:string_input_producer()

    # 需要定義文件讀取器,然後通過讀取器中的 read()方法來獲取數據(返回值類型 key,value),再通過 Session.run(value)查看
    file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, num_epochs=None, shuffle=True)

    reader = tf.WholeFileReader() # 定義文件讀取器
    key, value = reader.read(file_queue)    # key:文件名;value:文件中的內容

      !!!num_epochs=None,不指定迭代次數,這樣文件隊列中元素個數也不限定(None*數據集大小)。

      !!!如果不是None,則此函數創建本地計數器 epochs,需要使用local_variables_initializer()初始化局部變量

      !!!以上兩種方法都可以生成文件名隊列。

    (隨機)批量數據讀取方式:

    batchsize=2  # 每次讀取的樣本數量
    tf.train.batch(tensors, batch_size=batchsize)
    tf.train.shuffle_batch(tensors, batch_size=batchsize, capacity=batchsize*10, min_after_dequeue=batchsize*5) # capacity > min_after_dequeue

      !!!以上所有讀取數據的方法,在Session.run()之前必須開啟文件隊列線程 tf.train.start_queue_runners()

     TFRecord文件的打包與讀取

     

     一、單一數據讀取方式

    第一種:slice_input_producer()

    def slice_input_producer(tensor_list, num_epochs=None, shuffle=True, seed=None, capacity=32, shared_name=None, name=None)

    案例1:

    import tensorflow as tf
    
    images = ['image1.jpg', 'image2.jpg', 'image3.jpg', 'image4.jpg']
    labels = [1, 2, 3, 4]
    
    # [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)
    
    # 當num_epochs=2時,此時文件隊列中只有 2*4=8個樣本,所有在取第9個樣本時會出錯
    # [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=2, shuffle=True)
    
    data = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)
    print(type(data))   # <class 'list'>
    
    with tf.Session() as sess:
        # sess.run(tf.local_variables_initializer())
        sess.run(tf.local_variables_initializer())
        coord = tf.train.Coordinator()  # 線程的協調器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)  # 開始在圖表中收集隊列運行器
    
        for i in range(10):
            print(sess.run(data))
    
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)
    
    """
    運行結果:
    [b'image2.jpg', 2]
    [b'image1.jpg', 1]
    [b'image3.jpg', 3]
    [b'image4.jpg', 4]
    [b'image2.jpg', 2]
    [b'image1.jpg', 1]
    [b'image3.jpg', 3]
    [b'image4.jpg', 4]
    [b'image2.jpg', 2]
    [b'image3.jpg', 3]
    """

      !!!slice_input_producer() 中的第一個參數需要放在一個列表中,列表中的每個元素可以是 List 或 Tensor,如 [images,labels],

      !!!num_epochs設置

     

     第二種:string_input_producer()

    def string_input_producer(string_tensor, num_epochs=None, shuffle=True, seed=None, capacity=32, shared_name=None, name=None, cancel_op=None)

    文件讀取器

      不同類型的文件對應不同的文件讀取器,我們稱為 reader對象

      該對象的 read 方法自動讀取文件,並創建數據隊列,輸出key/文件名,value/文件內容;

    reader = tf.TextLineReader()      ### 一行一行讀取,適用於所有文本文件

    reader = tf.TFRecordReader() ### A Reader that outputs the records from a TFRecords file
    reader = tf.WholeFileReader() ### 一次讀取整個文件,適用圖片

     案例2:讀取csv文件

    iimport tensorflow as tf
    
    filename = ['data/A.csv', 'data/B.csv', 'data/C.csv']
    
    file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, shuffle=True, num_epochs=2)   # 生成文件名隊列
    reader = tf.WholeFileReader()           # 定義文件讀取器(一次讀取整個文件)
    # reader = tf.TextLineReader()            # 定義文件讀取器(一行一行的讀)
    key, value = reader.read(file_queue)    # key:文件名;value:文件中的內容
    print(type(file_queue))
    
    init = [tf.global_variables_initializer(), tf.local_variables_initializer()]
    with tf.Session() as sess:
        sess.run(init)
        coord = tf.train.Coordinator()
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord=coord)
        try:
            while not coord.should_stop():
                for i in range(6):
                    print(sess.run([key, value]))
                break
        except tf.errors.OutOfRangeError:
            print('read done')
        finally:
            coord.request_stop()
        coord.join(threads)
    
    """
    reader = tf.WholeFileReader()           # 定義文件讀取器(一次讀取整個文件)
    運行結果:
    [b'data/C.csv', b'7.jpg,7\n8.jpg,8\n9.jpg,9\n']
    [b'data/B.csv', b'4.jpg,4\n5.jpg,5\n6.jpg,6\n']
    [b'data/A.csv', b'1.jpg,1\n2.jpg,2\n3.jpg,3\n']
    [b'data/A.csv', b'1.jpg,1\n2.jpg,2\n3.jpg,3\n']
    [b'data/B.csv', b'4.jpg,4\n5.jpg,5\n6.jpg,6\n']
    [b'data/C.csv', b'7.jpg,7\n8.jpg,8\n9.jpg,9\n']
    """
    """
    reader = tf.TextLineReader()           # 定義文件讀取器(一行一行的讀)
    運行結果:
    [b'data/B.csv:1', b'4.jpg,4']
    [b'data/B.csv:2', b'5.jpg,5']
    [b'data/B.csv:3', b'6.jpg,6']
    [b'data/C.csv:1', b'7.jpg,7']
    [b'data/C.csv:2', b'8.jpg,8']
    [b'data/C.csv:3', b'9.jpg,9']
    """

    案例3:讀取圖片(每次讀取全部圖片內容,不是一行一行)

    import tensorflow as tf
    
    filename = ['1.jpg', '2.jpg']
    filename_queue = tf.train.string_input_producer(filename, shuffle=False, num_epochs=1)
    reader = tf.WholeFileReader()              # 文件讀取器
    key, value = reader.read(filename_queue)   # 讀取文件 key:文件名;value:圖片數據,bytes
    
    with tf.Session() as sess:
        tf.local_variables_initializer().run()
        coord = tf.train.Coordinator()      # 線程的協調器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)
    
        for i in range(filename.__len__()):
            image_data = sess.run(value)
            with open('img_%d.jpg' % i, 'wb') as f:
                f.write(image_data)
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)

     

     二、(隨機)批量數據讀取方式:

      功能:shuffle_batch() 和 batch() 這兩個API都是從文件隊列中批量獲取數據,使用方式類似;

    案例4:slice_input_producer() 與 batch()

    import tensorflow as tf
    import numpy as np
    
    images = np.arange(20).reshape([10, 2])
    label = np.asarray(range(0, 10))
    images = tf.cast(images, tf.float32)  # 可以註釋掉,不影響運行結果
    label = tf.cast(label, tf.int32)     # 可以註釋掉,不影響運行結果
    
    batchsize = 6   # 每次獲取元素的數量
    input_queue = tf.train.slice_input_producer([images, label], num_epochs=None, shuffle=False)
    image_batch, label_batch = tf.train.batch(input_queue, batch_size=batchsize)
    
    # 隨機獲取 batchsize個元素,其中,capacity:隊列容量,這個參數一定要比 min_after_dequeue 大
    # image_batch, label_batch = tf.train.shuffle_batch(input_queue, batch_size=batchsize, capacity=64, min_after_dequeue=10)
    
    with tf.Session() as sess:
        coord = tf.train.Coordinator()      # 線程的協調器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)     # 開始在圖表中收集隊列運行器
        for cnt in range(2):
            print("第{}次獲取數據,每次batch={}...".format(cnt+1, batchsize))
            image_batch_v, label_batch_v = sess.run([image_batch, label_batch])
            print(image_batch_v, label_batch_v, label_batch_v.__len__())
    
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)
    
    """
    運行結果:
    第1次獲取數據,每次batch=6...
    [[ 0.  1.]
     [ 2.  3.]
     [ 4.  5.]
     [ 6.  7.]
     [ 8.  9.]
     [10. 11.]] [0 1 2 3 4 5] 6
    第2次獲取數據,每次batch=6...
    [[12. 13.]
     [14. 15.]
     [16. 17.]
     [18. 19.]
     [ 0.  1.]
     [ 2.  3.]] [6 7 8 9 0 1] 6
    """

     案例5:從本地批量的讀取圖片 — string_input_producer() 與 batch()

     1 import tensorflow as tf
     2 import glob
     3 import cv2 as cv
     4 
     5 def read_imgs(filename, picture_format, input_image_shape, batch_size=1):
     6     """
     7     從本地批量的讀取圖片
     8     :param filename: 圖片路徑(包括圖片的文件名),[]
     9     :param picture_format: 圖片的格式,如 bmp,jpg,png等; string
    10     :param input_image_shape: 輸入圖像的大小; (h,w,c)或[]
    11     :param batch_size: 每次從文件隊列中加載圖片的數量; int
    12     :return: batch_size張圖片數據, Tensor
    13     """
    14     global new_img
    15     # 創建文件隊列
    16     file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, num_epochs=1, shuffle=True)
    17     # 創建文件讀取器
    18     reader = tf.WholeFileReader()
    19     # 讀取文件隊列中的文件
    20     _, img_bytes = reader.read(file_queue)
    21     # print(img_bytes)    # Tensor("ReaderReadV2_19:1", shape=(), dtype=string)
    22     # 對圖片進行解碼
    23     if picture_format == ".bmp":
    24         new_img = tf.image.decode_bmp(img_bytes, channels=1)
    25     elif picture_format == ".jpg":
    26         new_img = tf.image.decode_jpeg(img_bytes, channels=3)
    27     else:
    28         pass
    29     # 重新設置圖片的大小
    30     # new_img = tf.image.resize_images(new_img, input_image_shape)
    31     new_img = tf.reshape(new_img, input_image_shape)
    32     # 設置圖片的數據類型
    33     new_img = tf.image.convert_image_dtype(new_img, tf.uint8)
    34 
    35     # return new_img
    36     return tf.train.batch([new_img], batch_size)
    37 
    38 
    39 def main():
    40     image_path = glob.glob(r'F:\demo\FaceRecognition\人臉庫\ORL\*.bmp')
    41     image_batch = read_imgs(image_path, ".bmp", (112, 92, 1), 5)
    42     print(type(image_batch))
    43     # image_path = glob.glob(r'.\*.jpg')
    44     # image_batch = read_imgs(image_path, ".jpg", (313, 500, 3), 1)
    45 
    46     sess = tf.Session()
    47     sess.run(tf.local_variables_initializer())
    48     tf.train.start_queue_runners(sess=sess)
    49 
    50     image_batch = sess.run(image_batch)
    51     print(type(image_batch))    # <class 'numpy.ndarray'>
    52 
    53     for i in range(image_batch.__len__()):
    54         cv.imshow("win_"+str(i), image_batch[i])
    55     cv.waitKey()
    56     cv.destroyAllWindows()
    57 
    58 def start():
    59     image_path = glob.glob(r'F:\demo\FaceRecognition\人臉庫\ORL\*.bmp')
    60     image_batch = read_imgs(image_path, ".bmp", (112, 92, 1), 5)
    61     print(type(image_batch))    # <class 'tensorflow.python.framework.ops.Tensor'>
    62 
    63 
    64     with tf.Session() as sess:
    65         sess.run(tf.local_variables_initializer())
    66         coord = tf.train.Coordinator()      # 線程的協調器
    67         threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)     # 開始在圖表中收集隊列運行器
    68         image_batch = sess.run(image_batch)
    69         print(type(image_batch))    # <class 'numpy.ndarray'>
    70 
    71         for i in range(image_batch.__len__()):
    72             cv.imshow("win_"+str(i), image_batch[i])
    73         cv.waitKey()
    74         cv.destroyAllWindows()
    75 
    76         # 若使用 with 方式打開 Session,且沒加如下2行語句,則會出錯
    77         # ERROR:tensorflow:Exception in QueueRunner: Enqueue operation was cancelled;
    78         # 原因:文件隊列線程還處於工作狀態(隊列中還有圖片數據),而加載完batch_size張圖片會話就會自動關閉,同時關閉文件隊列線程
    79         coord.request_stop()
    80         coord.join(threads)
    81 
    82 
    83 if __name__ == "__main__":
    84     # main()
    85     start()

    從本地批量的讀取圖片案例

     

    案列6:TFRecord文件打包與讀取

     1 def write_TFRecord(filename, data, labels, is_shuffler=True):
     2     """
     3     將數據打包成TFRecord格式
     4     :param filename: 打包後路徑名,默認在工程目錄下創建該文件;String
     5     :param data: 需要打包的文件路徑名;list
     6     :param labels: 對應文件的標籤;list
     7     :param is_shuffler:是否隨機初始化打包后的數據,默認:True;Bool
     8     :return: None
     9     """
    10     im_data = list(data)
    11     im_labels = list(labels)
    12 
    13     index = [i for i in range(im_data.__len__())]
    14     if is_shuffler:
    15         np.random.shuffle(index)
    16 
    17     # 創建寫入器,然後使用該對象寫入樣本example
    18     writer = tf.python_io.TFRecordWriter(filename)
    19     for i in range(im_data.__len__()):
    20         im_d = im_data[index[i]]    # im_d:存放着第index[i]張圖片的路徑信息
    21         im_l = im_labels[index[i]]  # im_l:存放着對應圖片的標籤信息
    22 
    23         # # 獲取當前的圖片數據  方式一:
    24         # data = cv2.imread(im_d)
    25         # # 創建樣本
    26         # ex = tf.train.Example(
    27         #     features=tf.train.Features(
    28         #         feature={
    29         #             "image": tf.train.Feature(
    30         #                 bytes_list=tf.train.BytesList(
    31         #                     value=[data.tobytes()])), # 需要打包成bytes類型
    32         #             "label": tf.train.Feature(
    33         #                 int64_list=tf.train.Int64List(
    34         #                     value=[im_l])),
    35         #         }
    36         #     )
    37         # )
    38         # 獲取當前的圖片數據  方式二:相對於方式一,打包文件佔用空間小了一半多
    39         data = tf.gfile.FastGFile(im_d, "rb").read()
    40         ex = tf.train.Example(
    41             features=tf.train.Features(
    42                 feature={
    43                     "image": tf.train.Feature(
    44                         bytes_list=tf.train.BytesList(
    45                             value=[data])), # 此時的data已經是bytes類型
    46                     "label": tf.train.Feature(
    47                         int64_list=tf.train.Int64List(
    48                             value=[im_l])),
    49                 }
    50             )
    51         )
    52 
    53         # 寫入將序列化之後的樣本
    54         writer.write(ex.SerializeToString())
    55     # 關閉寫入器
    56     writer.close()

    TFRecord文件打包案列

     

     1 import tensorflow as tf
     2 import cv2
     3 
     4 def read_TFRecord(file_list, batch_size=10):
     5     """
     6     讀取TFRecord文件
     7     :param file_list: 存放TFRecord的文件名,List
     8     :param batch_size: 每次讀取圖片的數量
     9     :return: 解析後圖片及對應的標籤
    10     """
    11     file_queue = tf.train.string_input_producer(file_list, num_epochs=None, shuffle=True)
    12     reader = tf.TFRecordReader()
    13     _, ex = reader.read(file_queue)
    14     batch = tf.train.shuffle_batch([ex], batch_size, capacity=batch_size * 10, min_after_dequeue=batch_size * 5)
    15 
    16     feature = {
    17         'image': tf.FixedLenFeature([], tf.string),
    18         'label': tf.FixedLenFeature([], tf.int64)
    19     }
    20     example = tf.parse_example(batch, features=feature)
    21 
    22     images = tf.decode_raw(example['image'], tf.uint8)
    23     images = tf.reshape(images, [-1, 32, 32, 3])
    24 
    25     return images, example['label']
    26 
    27 
    28 
    29 def main():
    30     # filelist = ['data/train.tfrecord']
    31     filelist = ['data/test.tfrecord']
    32     images, labels = read_TFRecord(filelist, 2)
    33     with tf.Session() as sess:
    34         sess.run(tf.local_variables_initializer())
    35         coord = tf.train.Coordinator()
    36         threads = tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord=coord)
    37 
    38         try:
    39             while not coord.should_stop():
    40                 for i in range(1):
    41                     image_bth, _ = sess.run([images, labels])
    42                     print(_)
    43 
    44                     cv2.imshow("image_0", image_bth[0])
    45                     cv2.imshow("image_1", image_bth[1])
    46                 break
    47         except tf.errors.OutOfRangeError:
    48             print('read done')
    49         finally:
    50             coord.request_stop()
    51         coord.join(threads)
    52         cv2.waitKey(0)
    53         cv2.destroyAllWindows()
    54 
    55 if __name__ == "__main__":
    56     main()

    TFReord文件的讀取案列

     

    ,

    內容概要:

    單一數據讀取方式:

      第一種:slice_input_producer()

    # 返回值可以直接通過 Session.run([images, labels])查看,且第一個參數必須放在列表中,如[...]
    [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)

      第二種:string_input_producer()

    # 需要定義文件讀取器,然後通過讀取器中的 read()方法來獲取數據(返回值類型 key,value),再通過 Session.run(value)查看
    file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, num_epochs=None, shuffle=True)

    reader = tf.WholeFileReader() # 定義文件讀取器
    key, value = reader.read(file_queue)    # key:文件名;value:文件中的內容

      !!!num_epochs=None,不指定迭代次數,這樣文件隊列中元素個數也不限定(None*數據集大小)。

      !!!如果不是None,則此函數創建本地計數器 epochs,需要使用local_variables_initializer()初始化局部變量

      !!!以上兩種方法都可以生成文件名隊列。

    (隨機)批量數據讀取方式:

    batchsize=2  # 每次讀取的樣本數量
    tf.train.batch(tensors, batch_size=batchsize)
    tf.train.shuffle_batch(tensors, batch_size=batchsize, capacity=batchsize*10, min_after_dequeue=batchsize*5) # capacity > min_after_dequeue

      !!!以上所有讀取數據的方法,在Session.run()之前必須開啟文件隊列線程 tf.train.start_queue_runners()

     TFRecord文件的打包與讀取

     

     一、單一數據讀取方式

    第一種:slice_input_producer()

    def slice_input_producer(tensor_list, num_epochs=None, shuffle=True, seed=None, capacity=32, shared_name=None, name=None)

    案例1:

    import tensorflow as tf
    
    images = ['image1.jpg', 'image2.jpg', 'image3.jpg', 'image4.jpg']
    labels = [1, 2, 3, 4]
    
    # [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)
    
    # 當num_epochs=2時,此時文件隊列中只有 2*4=8個樣本,所有在取第9個樣本時會出錯
    # [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=2, shuffle=True)
    
    data = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)
    print(type(data))   # <class 'list'>
    
    with tf.Session() as sess:
        # sess.run(tf.local_variables_initializer())
        sess.run(tf.local_variables_initializer())
        coord = tf.train.Coordinator()  # 線程的協調器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)  # 開始在圖表中收集隊列運行器
    
        for i in range(10):
            print(sess.run(data))
    
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)
    
    """
    運行結果:
    [b'image2.jpg', 2]
    [b'image1.jpg', 1]
    [b'image3.jpg', 3]
    [b'image4.jpg', 4]
    [b'image2.jpg', 2]
    [b'image1.jpg', 1]
    [b'image3.jpg', 3]
    [b'image4.jpg', 4]
    [b'image2.jpg', 2]
    [b'image3.jpg', 3]
    """

      !!!slice_input_producer() 中的第一個參數需要放在一個列表中,列表中的每個元素可以是 List 或 Tensor,如 [images,labels],

      !!!num_epochs設置

     

     第二種:string_input_producer()

    def string_input_producer(string_tensor, num_epochs=None, shuffle=True, seed=None, capacity=32, shared_name=None, name=None, cancel_op=None)

    文件讀取器

      不同類型的文件對應不同的文件讀取器,我們稱為 reader對象

      該對象的 read 方法自動讀取文件,並創建數據隊列,輸出key/文件名,value/文件內容;

    reader = tf.TextLineReader()      ### 一行一行讀取,適用於所有文本文件

    reader = tf.TFRecordReader() ### A Reader that outputs the records from a TFRecords file
    reader = tf.WholeFileReader() ### 一次讀取整個文件,適用圖片

     案例2:讀取csv文件

    iimport tensorflow as tf
    
    filename = ['data/A.csv', 'data/B.csv', 'data/C.csv']
    
    file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, shuffle=True, num_epochs=2)   # 生成文件名隊列
    reader = tf.WholeFileReader()           # 定義文件讀取器(一次讀取整個文件)
    # reader = tf.TextLineReader()            # 定義文件讀取器(一行一行的讀)
    key, value = reader.read(file_queue)    # key:文件名;value:文件中的內容
    print(type(file_queue))
    
    init = [tf.global_variables_initializer(), tf.local_variables_initializer()]
    with tf.Session() as sess:
        sess.run(init)
        coord = tf.train.Coordinator()
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord=coord)
        try:
            while not coord.should_stop():
                for i in range(6):
                    print(sess.run([key, value]))
                break
        except tf.errors.OutOfRangeError:
            print('read done')
        finally:
            coord.request_stop()
        coord.join(threads)
    
    """
    reader = tf.WholeFileReader()           # 定義文件讀取器(一次讀取整個文件)
    運行結果:
    [b'data/C.csv', b'7.jpg,7\n8.jpg,8\n9.jpg,9\n']
    [b'data/B.csv', b'4.jpg,4\n5.jpg,5\n6.jpg,6\n']
    [b'data/A.csv', b'1.jpg,1\n2.jpg,2\n3.jpg,3\n']
    [b'data/A.csv', b'1.jpg,1\n2.jpg,2\n3.jpg,3\n']
    [b'data/B.csv', b'4.jpg,4\n5.jpg,5\n6.jpg,6\n']
    [b'data/C.csv', b'7.jpg,7\n8.jpg,8\n9.jpg,9\n']
    """
    """
    reader = tf.TextLineReader()           # 定義文件讀取器(一行一行的讀)
    運行結果:
    [b'data/B.csv:1', b'4.jpg,4']
    [b'data/B.csv:2', b'5.jpg,5']
    [b'data/B.csv:3', b'6.jpg,6']
    [b'data/C.csv:1', b'7.jpg,7']
    [b'data/C.csv:2', b'8.jpg,8']
    [b'data/C.csv:3', b'9.jpg,9']
    """

    案例3:讀取圖片(每次讀取全部圖片內容,不是一行一行)

    import tensorflow as tf
    
    filename = ['1.jpg', '2.jpg']
    filename_queue = tf.train.string_input_producer(filename, shuffle=False, num_epochs=1)
    reader = tf.WholeFileReader()              # 文件讀取器
    key, value = reader.read(filename_queue)   # 讀取文件 key:文件名;value:圖片數據,bytes
    
    with tf.Session() as sess:
        tf.local_variables_initializer().run()
        coord = tf.train.Coordinator()      # 線程的協調器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)
    
        for i in range(filename.__len__()):
            image_data = sess.run(value)
            with open('img_%d.jpg' % i, 'wb') as f:
                f.write(image_data)
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)

     

     二、(隨機)批量數據讀取方式:

      功能:shuffle_batch() 和 batch() 這兩個API都是從文件隊列中批量獲取數據,使用方式類似;

    案例4:slice_input_producer() 與 batch()

    import tensorflow as tf
    import numpy as np
    
    images = np.arange(20).reshape([10, 2])
    label = np.asarray(range(0, 10))
    images = tf.cast(images, tf.float32)  # 可以註釋掉,不影響運行結果
    label = tf.cast(label, tf.int32)     # 可以註釋掉,不影響運行結果
    
    batchsize = 6   # 每次獲取元素的數量
    input_queue = tf.train.slice_input_producer([images, label], num_epochs=None, shuffle=False)
    image_batch, label_batch = tf.train.batch(input_queue, batch_size=batchsize)
    
    # 隨機獲取 batchsize個元素,其中,capacity:隊列容量,這個參數一定要比 min_after_dequeue 大
    # image_batch, label_batch = tf.train.shuffle_batch(input_queue, batch_size=batchsize, capacity=64, min_after_dequeue=10)
    
    with tf.Session() as sess:
        coord = tf.train.Coordinator()      # 線程的協調器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)     # 開始在圖表中收集隊列運行器
        for cnt in range(2):
            print("第{}次獲取數據,每次batch={}...".format(cnt+1, batchsize))
            image_batch_v, label_batch_v = sess.run([image_batch, label_batch])
            print(image_batch_v, label_batch_v, label_batch_v.__len__())
    
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)
    
    """
    運行結果:
    第1次獲取數據,每次batch=6...
    [[ 0.  1.]
     [ 2.  3.]
     [ 4.  5.]
     [ 6.  7.]
     [ 8.  9.]
     [10. 11.]] [0 1 2 3 4 5] 6
    第2次獲取數據,每次batch=6...
    [[12. 13.]
     [14. 15.]
     [16. 17.]
     [18. 19.]
     [ 0.  1.]
     [ 2.  3.]] [6 7 8 9 0 1] 6
    """

     案例5:從本地批量的讀取圖片 — string_input_producer() 與 batch()

     1 import tensorflow as tf
     2 import glob
     3 import cv2 as cv
     4 
     5 def read_imgs(filename, picture_format, input_image_shape, batch_size=1):
     6     """
     7     從本地批量的讀取圖片
     8     :param filename: 圖片路徑(包括圖片的文件名),[]
     9     :param picture_format: 圖片的格式,如 bmp,jpg,png等; string
    10     :param input_image_shape: 輸入圖像的大小; (h,w,c)或[]
    11     :param batch_size: 每次從文件隊列中加載圖片的數量; int
    12     :return: batch_size張圖片數據, Tensor
    13     """
    14     global new_img
    15     # 創建文件隊列
    16     file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, num_epochs=1, shuffle=True)
    17     # 創建文件讀取器
    18     reader = tf.WholeFileReader()
    19     # 讀取文件隊列中的文件
    20     _, img_bytes = reader.read(file_queue)
    21     # print(img_bytes)    # Tensor("ReaderReadV2_19:1", shape=(), dtype=string)
    22     # 對圖片進行解碼
    23     if picture_format == ".bmp":
    24         new_img = tf.image.decode_bmp(img_bytes, channels=1)
    25     elif picture_format == ".jpg":
    26         new_img = tf.image.decode_jpeg(img_bytes, channels=3)
    27     else:
    28         pass
    29     # 重新設置圖片的大小
    30     # new_img = tf.image.resize_images(new_img, input_image_shape)
    31     new_img = tf.reshape(new_img, input_image_shape)
    32     # 設置圖片的數據類型
    33     new_img = tf.image.convert_image_dtype(new_img, tf.uint8)
    34 
    35     # return new_img
    36     return tf.train.batch([new_img], batch_size)
    37 
    38 
    39 def main():
    40     image_path = glob.glob(r'F:\demo\FaceRecognition\人臉庫\ORL\*.bmp')
    41     image_batch = read_imgs(image_path, ".bmp", (112, 92, 1), 5)
    42     print(type(image_batch))
    43     # image_path = glob.glob(r'.\*.jpg')
    44     # image_batch = read_imgs(image_path, ".jpg", (313, 500, 3), 1)
    45 
    46     sess = tf.Session()
    47     sess.run(tf.local_variables_initializer())
    48     tf.train.start_queue_runners(sess=sess)
    49 
    50     image_batch = sess.run(image_batch)
    51     print(type(image_batch))    # <class 'numpy.ndarray'>
    52 
    53     for i in range(image_batch.__len__()):
    54         cv.imshow("win_"+str(i), image_batch[i])
    55     cv.waitKey()
    56     cv.destroyAllWindows()
    57 
    58 def start():
    59     image_path = glob.glob(r'F:\demo\FaceRecognition\人臉庫\ORL\*.bmp')
    60     image_batch = read_imgs(image_path, ".bmp", (112, 92, 1), 5)
    61     print(type(image_batch))    # <class 'tensorflow.python.framework.ops.Tensor'>
    62 
    63 
    64     with tf.Session() as sess:
    65         sess.run(tf.local_variables_initializer())
    66         coord = tf.train.Coordinator()      # 線程的協調器
    67         threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)     # 開始在圖表中收集隊列運行器
    68         image_batch = sess.run(image_batch)
    69         print(type(image_batch))    # <class 'numpy.ndarray'>
    70 
    71         for i in range(image_batch.__len__()):
    72             cv.imshow("win_"+str(i), image_batch[i])
    73         cv.waitKey()
    74         cv.destroyAllWindows()
    75 
    76         # 若使用 with 方式打開 Session,且沒加如下2行語句,則會出錯
    77         # ERROR:tensorflow:Exception in QueueRunner: Enqueue operation was cancelled;
    78         # 原因:文件隊列線程還處於工作狀態(隊列中還有圖片數據),而加載完batch_size張圖片會話就會自動關閉,同時關閉文件隊列線程
    79         coord.request_stop()
    80         coord.join(threads)
    81 
    82 
    83 if __name__ == "__main__":
    84     # main()
    85     start()

    從本地批量的讀取圖片案例

     

    案列6:TFRecord文件打包與讀取

     1 def write_TFRecord(filename, data, labels, is_shuffler=True):
     2     """
     3     將數據打包成TFRecord格式
     4     :param filename: 打包後路徑名,默認在工程目錄下創建該文件;String
     5     :param data: 需要打包的文件路徑名;list
     6     :param labels: 對應文件的標籤;list
     7     :param is_shuffler:是否隨機初始化打包后的數據,默認:True;Bool
     8     :return: None
     9     """
    10     im_data = list(data)
    11     im_labels = list(labels)
    12 
    13     index = [i for i in range(im_data.__len__())]
    14     if is_shuffler:
    15         np.random.shuffle(index)
    16 
    17     # 創建寫入器,然後使用該對象寫入樣本example
    18     writer = tf.python_io.TFRecordWriter(filename)
    19     for i in range(im_data.__len__()):
    20         im_d = im_data[index[i]]    # im_d:存放着第index[i]張圖片的路徑信息
    21         im_l = im_labels[index[i]]  # im_l:存放着對應圖片的標籤信息
    22 
    23         # # 獲取當前的圖片數據  方式一:
    24         # data = cv2.imread(im_d)
    25         # # 創建樣本
    26         # ex = tf.train.Example(
    27         #     features=tf.train.Features(
    28         #         feature={
    29         #             "image": tf.train.Feature(
    30         #                 bytes_list=tf.train.BytesList(
    31         #                     value=[data.tobytes()])), # 需要打包成bytes類型
    32         #             "label": tf.train.Feature(
    33         #                 int64_list=tf.train.Int64List(
    34         #                     value=[im_l])),
    35         #         }
    36         #     )
    37         # )
    38         # 獲取當前的圖片數據  方式二:相對於方式一,打包文件佔用空間小了一半多
    39         data = tf.gfile.FastGFile(im_d, "rb").read()
    40         ex = tf.train.Example(
    41             features=tf.train.Features(
    42                 feature={
    43                     "image": tf.train.Feature(
    44                         bytes_list=tf.train.BytesList(
    45                             value=[data])), # 此時的data已經是bytes類型
    46                     "label": tf.train.Feature(
    47                         int64_list=tf.train.Int64List(
    48                             value=[im_l])),
    49                 }
    50             )
    51         )
    52 
    53         # 寫入將序列化之後的樣本
    54         writer.write(ex.SerializeToString())
    55     # 關閉寫入器
    56     writer.close()

    TFRecord文件打包案列

     

     1 import tensorflow as tf
     2 import cv2
     3 
     4 def read_TFRecord(file_list, batch_size=10):
     5     """
     6     讀取TFRecord文件
     7     :param file_list: 存放TFRecord的文件名,List
     8     :param batch_size: 每次讀取圖片的數量
     9     :return: 解析後圖片及對應的標籤
    10     """
    11     file_queue = tf.train.string_input_producer(file_list, num_epochs=None, shuffle=True)
    12     reader = tf.TFRecordReader()
    13     _, ex = reader.read(file_queue)
    14     batch = tf.train.shuffle_batch([ex], batch_size, capacity=batch_size * 10, min_after_dequeue=batch_size * 5)
    15 
    16     feature = {
    17         'image': tf.FixedLenFeature([], tf.string),
    18         'label': tf.FixedLenFeature([], tf.int64)
    19     }
    20     example = tf.parse_example(batch, features=feature)
    21 
    22     images = tf.decode_raw(example['image'], tf.uint8)
    23     images = tf.reshape(images, [-1, 32, 32, 3])
    24 
    25     return images, example['label']
    26 
    27 
    28 
    29 def main():
    30     # filelist = ['data/train.tfrecord']
    31     filelist = ['data/test.tfrecord']
    32     images, labels = read_TFRecord(filelist, 2)
    33     with tf.Session() as sess:
    34         sess.run(tf.local_variables_initializer())
    35         coord = tf.train.Coordinator()
    36         threads = tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord=coord)
    37 
    38         try:
    39             while not coord.should_stop():
    40                 for i in range(1):
    41                     image_bth, _ = sess.run([images, labels])
    42                     print(_)
    43 
    44                     cv2.imshow("image_0", image_bth[0])
    45                     cv2.imshow("image_1", image_bth[1])
    46                 break
    47         except tf.errors.OutOfRangeError:
    48             print('read done')
    49         finally:
    50             coord.request_stop()
    51         coord.join(threads)
    52         cv2.waitKey(0)
    53         cv2.destroyAllWindows()
    54 
    55 if __name__ == "__main__":
    56     main()

    TFReord文件的讀取案列

     

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  • 10.DRF-認證

    10.DRF-認證

    Django rest framework源碼分析(1)—-認證

    一、基礎

    1.1.安裝

    兩種方式:

    • github
    • pip直接安裝
    pip install djangorestframework
    

    1.2.需要先了解的一些知識

    理解下面兩個知識點非常重要,django-rest-framework源碼中到處都是基於CBV和面向對象的封裝

    (1)面向對象封裝的兩大特性

    把同一類方法封裝到類中
    
    將數據封裝到對象中
    

    (2)CBV

    基於反射實現根據請求方式不同,執行不同的方法

    原理:url–>view方法–>dispatch方法(反射執行其它方法:GET/POST/PUT/DELETE等等)

    二、簡單實例

    2.1.settings

    先創建一個project和一個app(我這裏命名為API)

    首先要在settings的app中添加

    INSTALLED_APPS = [
        'rest_framework',
    ]
    

    2.2.url

    from django.contrib import admin
    from django.urls import path
    from API.views import AuthView
    
    urlpatterns = [
        path('admin/', admin.site.urls),
        path('api/v1/auth/',AuthView.as_view()),
    ]
    

    2.3.models

    一個保存用戶的信息

    一個保存用戶登錄成功后的token

    from django.db import models
    
    class UserInfo(models.Model):
        USER_TYPE = (
            (1,'普通用戶'),
            (2,'VIP'),
            (3,'SVIP')
        )
    
        user_type = models.IntegerField(choices=USER_TYPE)
        username = models.CharField(max_length=32)
        password = models.CharField(max_length=64)
    
    class UserToken(models.Model):
        user = models.OneToOneField(UserInfo,on_delete=models.CASCADE)
        token = models.CharField(max_length=64)
    

    2.4.views

    用戶登錄(返回token並保存到數據庫)

    from django.shortcuts import render
    from django.http import JsonResponse
    from rest_framework.views import APIView
    from API import models
    
    def md5(user):
        import hashlib
        import time
        #當前時間,相當於生成一個隨機的字符串
        ctime = str(time.time())
        m = hashlib.md5(bytes(user,encoding='utf-8'))
        m.update(bytes(ctime,encoding='utf-8'))
        return m.hexdigest()
    
    class AuthView(object):
        def post(self,request,*args,**kwargs):
            ret = {'code':1000,'msg':None}
            try:
                user = request._request.POST.get('username')
                pwd = request._request.POST.get('password')
                obj = models.UserInfo.objects.filter(username=user,password=pwd).first()
                if not obj:
                    ret['code'] = 1001
                    ret['msg'] = '用戶名或密碼錯誤'
                #為用戶創建token
                token = md5(user)
                #存在就更新,不存在就創建
                models.UserToken.objects.update_or_create(user=obj,defaults={'token':token})
                ret['token'] = token
            except Exception as e:
                ret['code'] = 1002
                ret['msg'] = '請求異常'
            return JsonResponse(ret)
    

    2.5.利用postman發請求

    如果用戶名和密碼正確的話 會生成token值,下次該用戶再登錄時,token的值就會更新

    數據庫中可以看到token的值

    當用戶名或密碼錯誤時,拋出異常

    三、添加認證

    基於上面的例子,添加一個認證的類

    3.1.url

    path('api/v1/order/',OrderView.as_view()),
    

    3.2.views

    from django.shortcuts import render,HttpResponse
    from django.http import JsonResponse
    from rest_framework.views import APIView
    from API import models
    from rest_framework.request import Request
    from rest_framework import exceptions
    from rest_framework.authentication import BasicAuthentication
    
    ORDER_DICT = {
        1:{
            'name':'apple',
            'price':15
        },
        2:{
            'name':'dog',
            'price':100
        }
    }
    
    def md5(user):
        import hashlib
        import time
        #當前時間,相當於生成一個隨機的字符串
        ctime = str(time.time())
        m = hashlib.md5(bytes(user,encoding='utf-8'))
        m.update(bytes(ctime,encoding='utf-8'))
        return m.hexdigest()
    
    class AuthView(object):
        '''用於用戶登錄驗證'''
        def post(self,request,*args,**kwargs):
            ret = {'code':1000,'msg':None}
            try:
                user = request._request.POST.get('username')
                pwd = request._request.POST.get('password')
                obj = models.UserInfo.objects.filter(username=user,password=pwd).first()
                if not obj:
                    ret['code'] = 1001
                    ret['msg'] = '用戶名或密碼錯誤'
                #為用戶創建token
                token = md5(user)
                #存在就更新,不存在就創建
                models.UserToken.objects.update_or_create(user=obj,defaults={'token':token})
                ret['token'] = token
            except Exception as e:
                ret['code'] = 1002
                ret['msg'] = '請求異常'
            return JsonResponse(ret)
    
    
    class Authentication(APIView):
        '''認證'''
        def authenticate(self,request):
            token = request._request.GET.get('token')
            token_obj = models.UserToken.objects.filter(token=token).first()
            if not token_obj:
                raise exceptions.AuthenticationFailed('用戶認證失敗')
            #在rest framework內部會將這兩個字段賦值給request,以供後續操作使用
            return (token_obj.user,token_obj)
    
        def authenticate_header(self, request):
            pass
    
    class OrderView(APIView):
        '''訂單相關業務'''
    
        authentication_classes = [Authentication,]    #添加認證
        def get(self,request,*args,**kwargs):
            #request.user
            #request.auth
            ret = {'code':1000,'msg':None,'data':None}
            try:
                ret['data'] = ORDER_DICT
            except Exception as e:
                pass
            return JsonResponse(ret)
    

    3.3用postman發get請求

    請求的時候沒有帶token,可以看到會显示“用戶認證失敗”

    這樣就達到了認證的效果,django-rest-framework的認證是怎麼實現的呢,下面基於這個例子來剖析drf的源碼。

    四、drf的認證源碼分析

    源碼流程圖

    請求先到dispatch

    dispatch()主要做了兩件事

    • 封裝request
    • 認證  

    具體看我寫的代碼裏面的註釋

    def dispatch(self, request, *args, **kwargs):
    	"""
    	`.dispatch()` is pretty much the same as Django's regular dispatch,
    	but with extra hooks for startup, finalize, and exception handling.
    	 """
    	self.args = args
        self.kwargs = kwargs
        #對原始request進行加工,豐富了一些功能
        #Request(
        #     request,
        #     parsers=self.get_parsers(),
        #     authenticators=self.get_authenticators(),
        #     negotiator=self.get_content_negotiator(),
        #     parser_context=parser_context
        # )
        #request(原始request,[BasicAuthentications對象,])
        #獲取原生request,request._request
        #獲取認證類的對象,request.authticators
        #1.封裝request
        request = self.initialize_request(request, *args, **kwargs)
        self.request = request
        self.headers = self.default_response_headers  # deprecate?
    
        try:
            #2.認證
            self.initial(request, *args, **kwargs)
    
            # Get the appropriate handler method
            if request.method.lower() in self.http_method_names:
                handler = getattr(self, request.method.lower(),
                                      self.http_method_not_allowed)
            else:
                handler = self.http_method_not_allowed
    
            response = handler(request, *args, **kwargs)
    
    	except Exception as exc:
            response = self.handle_exception(exc)
    
    	self.response = self.finalize_response(request, response, *args, **kwargs)
        return self.response
    

    4.1.reuqest

    (1)initialize_request()

    可以看到initialize()就是封裝原始request

    def initialize_request(self, request, *args, **kwargs):
        """
        Returns the initial request object.
        """
        parser_context = self.get_parser_context(request)
    
        return Request(
            request,
            parsers=self.get_parsers(),
            #[BasicAuthentication(),],把對象封裝到request裏面了
            authenticators=self.get_authenticators(),    
            negotiator=self.get_content_negotiator(), parser_context=parser_context )
    

    (2)get_authenticators()

    通過列表生成式,返回對象的列表

    def get_authenticators(self):
        """
        Instantiates and returns the list of authenticators that this view can use.
        """
        return [auth() for auth in self.authentication_classes]
    

    (3)authentication_classes

    APIView裏面有個 authentication_classes 字段

    可以看到默認是去全局的配置文件找(api_settings)

    class APIView(View):
    
        # The following policies may be set at either globally, or per-view.
        renderer_classes = api_settings.DEFAULT_RENDERER_CLASSES
        parser_classes = api_settings.DEFAULT_PARSER_CLASSES
        authentication_classes = api_settings.DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES
        throttle_classes = api_settings.DEFAULT_THROTTLE_CLASSES
        permission_classes = api_settings.DEFAULT_PERMISSION_CLASSES
        content_negotiation_class = api_settings.DEFAULT_CONTENT_NEGOTIATION_CLASS
        metadata_class = api_settings.DEFAULT_METADATA_CLASS
        versioning_class = api_settings.DEFAULT_VERSIONING_CLASS
    

    4.2.認證

    self.initial(request, *args, **kwargs)

    def dispatch(self, request, *args, **kwargs):
        """
        `.dispatch()` is pretty much the same as Django's regular dispatch,
        but with extra hooks for startup, finalize, and exception handling.
        """
        self.args = args
        self.kwargs = kwargs
        #對原始request進行加工,豐富了一些功能
        #Request(
        #     request,
        #     parsers=self.get_parsers(),
        #     authenticators=self.get_authenticators(),
        #     negotiator=self.get_content_negotiator(),
        #     parser_context=parser_context
        # )
        #request(原始request,[BasicAuthentications對象,])
        #獲取原生request,request._request
        #獲取認證類的對象,request.authticators
        #1.封裝request
        request = self.initialize_request(request, *args, **kwargs)
        self.request = request
        self.headers = self.default_response_headers  # deprecate?
    
        try:
            #2.認證
            self.initial(request, *args, **kwargs)
    
            # Get the appropriate handler method
            if request.method.lower() in self.http_method_names:
                handler = getattr(self, request.method.lower(),
                                      self.http_method_not_allowed)
            else:
                handler = self.http_method_not_allowed
    
            response = handler(request, *args, **kwargs)
    
    	except Exception as exc:
            response = self.handle_exception(exc)
    
    	self.response = self.finalize_response(request, response, *args, **kwargs)
        return self.response
    

    (1)initial()

    主要看 self.perform_authentication(request),實現認證

    def initial(self, request, *args, **kwargs):
        """
        Runs anything that needs to occur prior to calling the method handler.
        """
        self.format_kwarg = self.get_format_suffix(**kwargs)
    
        # Perform content negotiation and store the accepted info on the request
        neg = self.perform_content_negotiation(request)
        request.accepted_renderer, request.accepted_media_type = neg
    
        # Determine the API version, if versioning is in use.
        version, scheme = self.determine_version(request, *args, **kwargs)
        request.version, request.versioning_scheme = version, scheme
    
        # Ensure that the incoming request is permitted
        #3.實現認證
        self.perform_authentication(request)
        self.check_permissions(request)
        self.check_throttles(request)
    

    (2)perform_authentication()

    調用了request.user

    def perform_authentication(self, request):
        """
        Perform authentication on the incoming request.
    
    	Note that if you override this and simply 'pass', then authentication
    	will instead be performed lazily, the first time either
    	`request.user` or `request.auth` is accessed.
    	"""
        request.user
    

    (3)user

    request.user的request的位置

    點進去可以看到Request有個user方法,加 @property 表示調用user方法的時候不需要加括號“user()”,可以直接調用:request.user

    @property
    def user(self):
        """
        Returns the user associated with the current request, as authenticated
        by the authentication classes provided to the request.
        """
        if not hasattr(self, '_user'):
            with wrap_attributeerrors():
                #獲取認證對象,進行一步步的認證
                self._authenticate()
        return self._user
    

    (4)_authenticate()

    循環所有authenticator對象

    def _authenticate(self):
        """
        Attempt to authenticate the request using each authentication instance
        in turn.
        """
        #循環認證類的所有對象
        #執行對象的authenticate方法
        for authenticator in self.authenticators:
            try:
                #執行認證類的authenticate方法
                #這裏分三種情況
                #1.如果authenticate方法拋出異常,self._not_authenticated()執行
                #2.有返回值,必須是元組:(request.user,request.auth)
                #3.返回None,表示當前認證不處理,等下一個認證來處理
                user_auth_tuple = authenticator.authenticate(self)
            except exceptions.APIException:
                self._not_authenticated()
                raise
    
            if user_auth_tuple is not None:
                self._authenticator = authenticator
                self.user, self.auth = user_auth_tuple
                return
    
    	self._not_authenticated()
    

    返回值就是例子中的:

    token_obj.user-->>request.user
    token_obj-->>request.auth
    #在rest framework內部會將這兩個字段賦值給request,以供後續操作使用
    return (token_obj.user,token_obj)     #例子中的return
    

    當都沒有返回值,就執行self._not_authenticated(),相當於匿名用戶,沒有通過認證

    def _not_authenticated(self):
        """
        Set authenticator, user & authtoken representing an unauthenticated request.
    
    	Defaults are None, AnonymousUser & None.
    	"""
        self._authenticator = None
    
        if api_settings.UNAUTHENTICATED_USER:
            self.user = api_settings.UNAUTHENTICATED_USER()   #AnonymousUser匿名用戶
        else:
            self.user = None
    
    	if api_settings.UNAUTHENTICATED_TOKEN:
            self.auth = api_settings.UNAUTHENTICATED_TOKEN()  #None
    	else:
            self.auth = None
    

    面向對象知識:

    子類繼承 父類,調用方法的時候:

    • 優先去自己裏面找有沒有這個方法,有就執行自己的
    • 只有當自己裏面沒有這個方法的時候才會去父類找

    因為authenticate方法我們自己寫,所以當執行authenticate()的時候就是執行我們自己寫的認證

    父類中的authenticate方法

    def authenticate(self, request):
        return (self.force_user, self.force_token)
    

    我們自己寫的

    class Authentication(APIView):
        '''用於用戶登錄驗證'''
        def authenticate(self,request):
            token = request._request.GET.get('token')
            token_obj = models.UserToken.objects.filter(token=token).first()
            if not token_obj:
                raise exceptions.AuthenticationFailed('用戶認證失敗')
            #在rest framework內部會將這兩個字段賦值給request,以供後續操作使用
            return (token_obj.user,token_obj)
    

    認證的流程就是上面寫的,弄懂了原理,再寫代碼就更容易理解為什麼了。

    4.3.配置文件

    繼續解讀源碼

    默認是去全局配置文件中找,所以我們應該在settings.py中配置好路徑

    api_settings源碼

    api_settings = APISettings(None, DEFAULTS, IMPORT_STRINGS)
    
    def reload_api_settings(*args, **kwargs):
        setting = kwargs['setting']
        if setting == 'REST_FRAMEWORK':
            api_settings.reload()
    

    setting中‘REST_FRAMEWORK’中找

    全局配置方法:

    API文件夾下面新建文件夾utils,再新建auth.py文件,裏面寫上認證的類

    settings.py

    #設置全局認證
    REST_FRAMEWORK = {
        "DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES":['API.utils.auth.Authentication',]   #裏面寫你的認證的類的路徑
    }
    

    auth.py

    # API/utils/auth.py
    
    from rest_framework import exceptions
    from API import models
    
    
    class Authentication(object):
        '''用於用戶登錄驗證'''
        def authenticate(self,request):
            token = request._request.GET.get('token')
            token_obj = models.UserToken.objects.filter(token=token).first()
            if not token_obj:
                raise exceptions.AuthenticationFailed('用戶認證失敗')
            #在rest framework內部會將這兩個字段賦值給request,以供後續操作使用
            return (token_obj.user,token_obj)
    
        def authenticate_header(self, request):
            pass
    

    在settings裏面設置的全局認證,所有業務都需要經過認證,如果想讓某個不需要認證,只需要在其中添加下面的代碼:

    authentication_classes = []    #裏面為空,代表不需要認證
    
    from django.shortcuts import render,HttpResponse
    from django.http import JsonResponse
    from rest_framework.views import APIView
    from API import models
    from rest_framework.request import Request
    from rest_framework import exceptions
    from rest_framework.authentication import BasicAuthentication
    
    ORDER_DICT = {
        1:{
            'name':'apple',
            'price':15
        },
        2:{
            'name':'dog',
            'price':100
        }
    }
    
    def md5(user):
        import hashlib
        import time
        #當前時間,相當於生成一個隨機的字符串
        ctime = str(time.time())
        m = hashlib.md5(bytes(user,encoding='utf-8'))
        m.update(bytes(ctime,encoding='utf-8'))
        return m.hexdigest()
    
    class AuthView(APIView):
        '''用於用戶登錄驗證'''
    
        authentication_classes = []    #裏面為空,代表不需要認證
    
        def post(self,request,*args,**kwargs):
            ret = {'code':1000,'msg':None}
            try:
                user = request._request.POST.get('username')
                pwd = request._request.POST.get('password')
                obj = models.UserInfo.objects.filter(username=user,password=pwd).first()
                if not obj:
                    ret['code'] = 1001
                    ret['msg'] = '用戶名或密碼錯誤'
                #為用戶創建token
                token = md5(user)
                #存在就更新,不存在就創建
                models.UserToken.objects.update_or_create(user=obj,defaults={'token':token})
                ret['token'] = token
            except Exception as e:
                ret['code'] = 1002
                ret['msg'] = '請求異常'
            return JsonResponse(ret)
    
    
    
    
    class OrderView(APIView):
        '''訂單相關業務'''
    
    
        def get(self,request,*args,**kwargs):
            # self.dispatch
            #request.user
            #request.auth
            ret = {'code':1000,'msg':None,'data':None}
            try:
                ret['data'] = ORDER_DICT
            except Exception as e:
                pass
            return JsonResponse(ret)
    
    API/view.py代碼
    

    再測試一下我們的代碼

    不帶token發請求

    帶token發請求

    五、drf的內置認證

    rest_framework裏面內置了一些認證,我們自己寫的認證類都要繼承內置認證類 “BaseAuthentication”

    4.1.BaseAuthentication源碼:

    class BaseAuthentication(object):
        """
        All authentication classes should extend BaseAuthentication.
        """
    
        def authenticate(self, request):
            """
            Authenticate the request and return a two-tuple of (user, token).
            """
            #內置的認證類,authenticate方法,如果不自己寫,默認則拋出異常
            raise NotImplementedError(".authenticate() must be overridden.")
    
        def authenticate_header(self, request):
            """
            Return a string to be used as the value of the `WWW-Authenticate`
            header in a `401 Unauthenticated` response, or `None` if the
            authentication scheme should return `403 Permission Denied` responses.
            """
            #authenticate_header方法,作用是當認證失敗的時候,返回的響應頭
            pass
    

    4.2.修改自己寫的認證類

    自己寫的Authentication必須繼承內置認證類BaseAuthentication

    # API/utils/auth/py
    
    from rest_framework import exceptions
    from API import models
    from rest_framework.authentication import BaseAuthentication
    
    
    class Authentication(BaseAuthentication):
        '''用於用戶登錄驗證'''
        def authenticate(self,request):
            token = request._request.GET.get('token')
            token_obj = models.UserToken.objects.filter(token=token).first()
            if not token_obj:
                raise exceptions.AuthenticationFailed('用戶認證失敗')
            #在rest framework內部會將這兩個字段賦值給request,以供後續操作使用
            return (token_obj.user,token_obj)
    
        def authenticate_header(self, request):
            pass
    

    4.3.其它內置認證類

    rest_framework裏面還內置了其它認證類,我們主要用到的就是BaseAuthentication,剩下的很少用到

    六、總結

    自己寫認證類方法梳理

    (1)創建認證類

    • 繼承BaseAuthentication —>>1.重寫authenticate方法;2.authenticate_header方法直接寫pass就可以(這個方法必須寫)

    (2)authenticate()返回值(三種)

    • None —–>>>當前認證不管,等下一個認證來執行
    • raise exceptions.AuthenticationFailed(‘用戶認證失敗’) # from rest_framework import exceptions
    • 有返回值元祖形式:(元素1,元素2) #元素1複製給request.user; 元素2複製給request.auth

    (3)局部使用

    • authentication_classes = [BaseAuthentication,]

    (4)全局使用

    #設置全局認證
    REST_FRAMEWORK = {
        "DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES":['API.utils.auth.Authentication',]
    }
    

    源碼流程

    —>>dispatch

        –封裝request

           —獲取定義的認證類(全局/局部),通過列表生成式創建對象 

         —initial

           —-peform_authentication

             —–request.user (每部循環創建的對象)

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  • TLS1.2協議設計原理

    TLS1.2協議設計原理

    目錄

    • 前言
    • 為什麼需要TLS協議
    • 發展歷史
    • 協議設計目標
    • 記錄協議
      • 握手步驟
      • 握手協議
        • Hello Request
        • Client Hello
        • Server Hello
        • Certificate
        • Server Key Exchange
        • Certificate Request
        • Server Hello Done
        • Client Certificate
        • Client Key Exchange
        • Certificate Verify
        • Finished
      • 改變密碼標準協議
      • 警報協議
      • 應用程序數據協議
    • 結語
    • 參考文獻

    前言

    最近對TLS1.2協議處理流程進行了學習及實現,本篇文章對TLS1.2的理論知識和處理流程進行分析,TLS協議的實現建議直接看The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2

    為什麼需要TLS協議

    通常我們使用TCP協議或UDP協議進行網絡通信。TCP協議提供一種面向連接的、可靠的字節流服務。但是TCP並不提供數據的加密,也不提供數據的合法性校驗。

    我們通常可以對數據進行加密、簽名、摘要等操作來保證數據的安全。目前常見的加密方式有對稱加密和非對稱加密。使用對稱加密,雙方使用共享密鑰。

    但是對於部署在互聯網上的服務,如果我們為每個客戶端都使用相同的對稱加密密鑰,那麼任何人都可以將數據解密,那麼數據的隱私性將得不到保障。

    如果我們使用非對稱密鑰加密,客戶端使用服務端的公鑰進行公鑰加密,服務端在私鑰不泄露的情況下,只有服務端可以使用私鑰可以對數據進行解密,從而保障數據的隱私性,但是非對稱加密比對稱加密的成本高得多。

    我們可以採用對稱加密和非對稱加密相結合的方式實現數據的隱私性的同時性能又不至於太差。

    1. 首先客戶端和服務端通過一個稱為密鑰交換的流程進行密鑰協商及交換密鑰所系的信息。
    2. 通過公鑰加密對稱密鑰保證對稱密鑰的安全傳輸。
    3. 服務端使用私鑰解密出對稱密鑰。
    4. 最後雙方使用協商好的對稱密鑰對數據進行加解密。

    TLS協議就是實現了這一過程安全協議。TLS是在TCP之上,應用層之下實現的網絡安全方案。在TCP/IP四層網絡模型中屬於應用層協議。TLS協議在兩個通信應用程序之間提供數據保密性和數據完整性,另外還提供了連接身份可靠性方案。

    UDP則使用DTLS協議實現安全傳輸,和TLS協議類似。

    發展歷史

    TLS協議的前身SSL協議是網景公司設計的主要用於Web的安全傳輸協議,這種協議在Web上獲得了廣泛的應用。

    • 1994年,網景公司設計了SSL協議的1.0版,因為存在嚴重的安全漏洞,未公開。
    • 2.0版本在1995年2月發布,但因為存在數個嚴重的安全漏洞(比如使用MD5摘要、握手消息沒有保護等),2011年RFC 6176 標準棄用了SSL 2.0。
    • 3.0版本在1996年發布,是由網景工程師完全重新設計的,同時寫入RFC,較新版本的SSL/TLS基於SSL 3.0。2015年,RFC 7568 標準棄用了SSL 3.0。
    • 1999年,IETF將SSL標準化,並將其稱為TLS(Transport Layer Security)。從技術上講,TLS 1.0與SSL 3.0的差異非常微小。
    • TLS 1.1在RFC 4346中定義,於2006年4月發表,主要修復了CBC模式的BEAST攻擊等漏洞。

      微軟、Google、蘋果、Mozilla四家瀏覽器業者將在2020年終止支持TLS 1.0及1.1版。

    • TLS 1.2在RFC 5246中定義,於2008年8月發表,添加了增加AEAD加密算法,如支持GCM模式的AES。
    • TLS 1.3在RFC 8446中定義,於2018年8月發表,砍掉了AEAD之外的加密方式。

    協議設計目標

    1. 加密安全:TLS應用於雙方之間建立安全連接,通過加密,簽名,數據摘要保障信息安全。
    2. 互操作性:程序員在不清楚TLS協議的情況下,只要對端代碼符合RFC標準的情況下都可以實現互操作。
    3. 可擴展性:在必要時可以通過擴展機制添加新的公鑰和機密方法,避免創建新協議。
    4. 相對效率:加密需要佔用大量CPU,尤其是公鑰操作。TLS協議握手完成后,通過對稱密鑰加密數據。TLS還集成了會話緩存方案,減少需要從頭建立連接的情況。

    記錄協議

    TLS協議是一個分層協議,第一層為TLS記錄層協議(Record Layer Protocol),該協議用於封裝各種高級協議。目前封裝了4種協議:握手協議(Handshake Protocol)、改變密碼標準協議(Change Cipher Spec Protocol)、應用程序數據協議(Application Data Protocol)和警報協議(Alert Protocol)。

    Change Cipher Spec Protocol在TLS1.3被去除。

    記錄層包含協議類型、版本號、長度、以及封裝的高層協議內容。記錄層頭部為固定5字節大小。

    在TLS協議規定了,如接收到了未定義的協議協議類型,需要發送一個unexpected_message警報。

    握手步驟

    • 當客戶端連接到支持TLS協議的服務端要求創建安全連接並列出了受支持的算法套件(包括加密算法、散列算法等),握手開始。
    • 服務端從客戶端的算法套件列表中指定自己支持的一個算法套件,並通知客戶端,若沒有則使用一個默認的算法套件。
    • 服務端發回其数字證書,此證書通常包含服務端的名稱、受信任的證書頒發機構(CA)和服務端的公鑰。
    • 客戶端確認其頒發的證書的有效性。
    • 為了生成會話密鑰用於安全連接,客戶端使用服務端的公鑰加密隨機生成的密鑰,並將其發送到服務端,只有服務端才能使用自己的私鑰解密。
    • 利用隨機數,雙方生成用於加密和解密的對稱密鑰。這就是TLS協議的握手,握手完畢后的連接是安全的,直到連接(被)關閉。如果上述任何一個步驟失敗,TLS握手過程就會失敗,並且斷開所有的連接。

    握手協議

    TLS 握手協議允許服務端和客戶端相互進行身份驗證,並在應用程序協議傳輸或接收其第一個字節數據之前協商協議版本、會話ID、壓縮方法、密鑰套件、以及加密密鑰。

    完整的TLS握手流程,流程如下

      Client                                                       Server
    
      ClientHello                  -------->
                                                              ServerHello
                                                              Certificate*
                                                        ServerKeyExchange*
                                                      CertificateRequest*
                                    <--------              ServerHelloDone
      Certificate*
      ClientKeyExchange
      CertificateVerify*
      [ChangeCipherSpec]
      Finished                     -------->
                                                        [ChangeCipherSpec]
                                    <--------                     Finished
      Application Data             <------->             Application Data
    
    • 表示可選步驟或與實際握手情況相關。比如重建已有連接,服務端無需執行Certificate,再比如使用RSA公鑰加密時,無需ServerKeyExchange。
      握手協議消息必須按上面流程的發送數據進行發送,否則需要以致命錯誤告知對方並關閉連接。

    完整的握手流程有時候也被稱為2-RTT流程,即完整的握手流程需要客戶端和服務端交互2次才能完成握手。

    交互應用請求到響應的交互時間被稱為往返時間(Round-trip Time)

    握手協議的結構如下,其中協議頭的ContentType固定為22,接下來是TLS版本號,TLS1.2為0303,最後是用2字節表示長度。

    握手協議類型包含以下:

    • hello_request:0
    • client_hello:1
    • server_hello:2
    • certificate:3
    • server_key_exchange :12
    • certificate_request:13
    • server_hello_done:14
    • certificate_verify:15
    • client_key_exchange:16
    • finished:20

    Hello Message是具體的握手協議類型內容,不同協議內容有所不同。

    Hello Request

    Hello Request消息用於客戶端與服務端重新協商握手,該消息可能由服務端在任何時刻發送。Hello Request消息非常簡單,沒有其他冗餘信息。

    當客戶端收到了服務端的Hello Request時可以有以下4種行為:

    • 當客戶端正在協商會話,可以忽略該消息。
    • 若客戶端未在協商會話但不希望重新協商時,可以忽略該消息。
    • 若客戶端未在協商會話但不希望重新協商時,可以發送no_renegotiation警報。
    • 若客戶端希望重新協商會話,則需要發送ClientHello重新進行TLS握手。

    服務端發送完HelloRequest消息,可以有以下幾種行為:

    • 服務端發送了HelloRequest消息,但未收到ClientHello時,可以通過致命連接警報關閉連接。
    • 服務端發送了HelloRequest消息,必須等待握手協商處理完成后才可以繼續處理應用數據消息。

    Finished和Certificate的握手消息驗證不包括該消息的hash。

    Client Hello

    當客戶端首次與服務端建立連接或需要重新協商加密握手會話時,需要將Client Hello作為第一條消息發送給服務端。

    Client Hello消息包含了許多重要信息,包括客戶端版本號、客戶端隨機數、會話ID、密鑰套件、壓縮方式、擴展字段等。

    • 客戶端版本號:客戶端支持的最新TLS版本號,服務端會根據該協議號進行協議協商。
    • 32位隨機數:客戶端生成的32位隨機數。前4位是Unix時間戳,該時間戳為1970年1月1日0點以來的秒數。不過TLS並沒有強制要求校驗該時間戳,因此允許定義為其他值。後面28位為一個隨機數。

      通過前4字節填寫時間方式,有效的避免了周期性的出現一樣的隨機數。使得”隨機”更加”隨機”。
      在TLS握手時,客戶端和服務端需要協商數據傳輸時的加密密鑰。為了保證加密密鑰的安全性。密鑰需要通過客戶端和服務端一起生成。客戶端和服務端都提供一個32位的隨機數,通過該隨機數使用基於HMAC的PRF算法生成客戶端和服務端的密鑰。

    • 會話ID:用於表示客戶端和服務端之間的會話。實際的會話ID是由服務端定義的,因此即使是新的連接,服務端返回的會話ID可能也會和客戶端不一致,由於會話ID是明文傳輸的,因此不能存放機密信息。
      • 若會話ID是新的,則客戶端和服務端需要建立完整的TLS握手連接流程。
      • 若會話ID是較早連接的會話ID,則服務端可以選擇無需執行完整的握手協議。
    • 算法套件:客戶端將支持的加密算法組合排列后發送給服務端,從而和服務端協商加密算法。服務端根據支持算法在ServerHello返回一個最合適的算法組合。
      算法套件的格式為TLS_密鑰交換算法_身份認證算法_WITH_對稱加密算法_消息摘要算法,比如TLS_DHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256,密鑰交換算法是DHE,身份認證算法是RSA,對稱加密算法是AES_256_CBC,消息摘要算法是SHA256,由於RSA又可以用於加密也可以用於身份認證,因此密鑰交換算法使用RSA時,只寫一個RSA,比如TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256
    • 壓縮方式:用於和服務端協商數據傳輸的壓縮方式。由於TLS壓縮存在安全漏洞,因此在TLS1.3中已經將TLS壓縮功能去除,TLS1.2算法也建議不啟用壓縮功能。
    • 擴展字段:可以在不改變底層協議的情況下,添加附加功能。客戶端使用擴展請求其他功能,服務端若不提供這些功能,客戶端可能會中止握手。對於擴展字段的詳細定義可以看Transport Layer Security (TLS) Extensions

    客戶端發送完 ClientHello 消息后,將等待 ServerHello 消息。 服務端返回的任何握手消息(HelloRequest 除外)將被視為致命錯誤。

    Server Hello

    當服務端接收到ClientHello,則開始TLS握手流程, 服務端需要根據客戶端提供的加密套件,協商一個合適的算法簇,其中包括對稱加密算法、身份驗證算法、非對稱加密算法以及消息摘要算法。若服務端不能找到一個合適的算法簇匹配項,則會響應握手失敗的預警消息。

    • 版本號:服務端根據客戶端發送的版本號返回一個服務端支持的最高版本號。若客戶端不支持服務端選擇的版本號,則客戶端必須發送protocol_version警報消息並關閉連接。

      若服務端接收到的版本號小於當前支持的最高版本,且服務端希望與舊客戶端協商,則返回不大於客戶端版本的服務端最高版本。
      若服務端僅支持大於client_version的版本,則必須發送protocol_version警報消息並關閉連接。
      若服務端收到的版本號大於服務端支持的最高版本的版本,則必須返回服務端所支持的最高版本。

    • 32位隨機數:服務端生成的32位隨機數,生成方式和客戶端一樣。服務端生成隨機數的可以有效的防範中間人攻擊,主要是通過防止重新握手后的重放攻擊。

    • 會話ID:用於表示客戶端和服務端之間的會話。若客戶端提供了會話ID,則可以校驗是否與歷史會話匹配。

      • 若不匹配,則服務端可以選擇直接使用客戶端的會話ID或根據自定義規則生成一個新的會話ID,客戶端需要保存服務端返回的會話ID當作本次會話的ID。

      • 若匹配,則可以直接執行1-RTT握手流程,返回ServerHello后直接返回ChangeCipherSpecFinished消息。

            Client                                                Server
        
            ClientHello                   -------->
                                                            ServerHello
                                                        [ChangeCipherSpec]
                                            <--------             Finished
            [ChangeCipherSpec]
            Finished                      -------->
            Application Data              <------->     Application Data
        

        在Finished消息中和完整握手一樣都需要校驗VerifyData。

    • 算法套件:服務端根據客戶端提供的算法套件列表和自己當前支持算法進行匹配,選擇一個最合適的算法組合,若沒有匹配項,則使用默認的TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA

      TLS1.2協議要求客戶端和服務端都必須實現密碼套件TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA

    • 壓縮方式:用於和服務端協商數據傳輸的壓縮方式。由於TLS壓縮存在安全漏洞,因此在TLS1.3中已經將TLS壓縮功能去除,TLS1.2算法也建議不啟用壓縮功能。

    • 擴展字段:服務端需要支持接收具有擴展和沒有擴展的ClientHello。服務端響應的擴展類型必須是ClientHello出現過才行,否則客戶端必須響應unsupported_extension嚴重警告並中斷握手。

    RFC 7568要求客戶端和服務端握手時不能發送{3,0}版本,任何收到帶有協議Hello消息的一方版本設置為{3,0}必須響應protocol_version警報消息並關閉連接。

    通過ClientHelloServerHello,客戶端和服務端就協商好算法套件和用於生成密鑰的隨機數。

    Certificate

    假設客戶端和服務端使用默認的TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA算法,在ServerHello完成后,服務端必須將本地的RSA證書傳給客戶端,以便客戶端和服務端之間可以進行非對稱加密保證對稱加密密鑰的安全性。
    RSA的證書有2個作用:

    • 客戶端可以對服務端的證書進行合法性進行校驗。
    • Client Key Exchange生成的pre-master key進行公鑰加密,保證只有服務端可以解密,確保對稱加密密鑰的安全性。

    發送給客戶端的是一系列證書,服務端的證書必須排列在第一位,排在後面的證書可以認證前面的證書。
    當客戶端收到了服務端的ServerHello時,若客戶端也有證書需要服務端驗證,則通過該握手請求將客戶端的證書發送給服務端,若客戶端沒有證書,則無需發送證書請求到服務端。

    證書必須為X.509v3格式。

    Server Key Exchange

    使用RSA公鑰加密,必須要保證服務端私鑰的安全。若私鑰泄漏,則使用公鑰加密的對稱密鑰就不再安全。同時RSA是基於大數因式分解。密鑰位數必須足夠大才能避免密鑰被暴力破解。

    1999年,RSA-155 (512 bits) 被成功分解。
    2009年12月12日,RSA-768 (768 bits)也被成功分解。
    在2013年的稜鏡門事件中,某個CA機構迫於美國政府壓力向其提交了CA的私鑰,這就是十分危險的。

    相比之下,使用DH算法通過雙方在不共享密鑰的情況下雙方就可以協商出共享密鑰,避免了密鑰的直接傳輸。DH算法是基於離散對數,計算相對較慢。而基於橢圓曲線密碼(ECC)的DH算法計算速度更快,而且用更小的Key就能達到RSA加密的安全級別。ECC密鑰長度為224~225位幾乎和RSA2048位具有相同的強度。

    ECDH:基於ECC的DH算法。

    另外在DH算法下引入動態隨機數,可以避免密鑰直接傳輸。同時即使密鑰泄漏,也無法解密其他消息,因為雙方生成的動態隨機數無法得知。

    在密碼學中該特性被稱為前向保密

    DHE: 通過引入動態隨機數,具有前向保密的DH算法。
    ECDHE:通過引入動態隨機數,具有前保密的ECDH算法。

    Certificate Request

    當需要TLS雙向認證的時候,若服務端需要驗證客戶端的證書,則向客戶端發送Certificate Request請求獲取客戶端指定類型的證書。

    • 服務端會指定客戶端的證書類型。
    • 客戶端會確定是否有合適的證書。

    Server Hello Done

    當服務端處理Hello請求結束時,發送Server Hello Done消息,然後等待接收客戶端握手消息。客戶端收到服務端該消息,有必要時需要對服務端的證書進行有效性校驗。

    Client Certificate

    當客戶端收到了服務端的CertificateRequest請求時,需要發送Client Certificate消息,若客戶端無法提供證書,則仍要發送此消息,消息內容可以不包含證書。

    Client Key Exchange

    客戶端接收到ServerHelloDone消息后,計算密鑰,通過發送Client Key Exchange消息給服務端。客戶端和服務端通過Key Exchange消息交換密鑰,使得雙方的主密鑰協商達成一致。

    以RSA的密鑰協商為例。在ClientHelloServerHello分別在客戶端和服務端創建了一個32位的隨機數。客戶端接收到Server Hello Done消息時,生成最後一個48位的預主密鑰。通過服務端提供的證書進行公鑰加密,以保證只有服務端的私鑰才能解密。

    其中預主密鑰的前2位要求使用Client Hello傳輸的TLS版本號(存在一些TLS客戶端傳遞的時協商后的TLS版本號,對該版本號檢查時可能會造成握手失敗)。

    需要注意的是,若RSA證書的填空格式不正確,則可能會存在一個漏洞導致客戶端發送的PreMasterSecret被中間人解密造成數據加密的對賬密鑰泄漏。可以看下Attacking RSA-based Sessions in SSL/TLS

    Certificate Verify

    若服務端要求客戶端發送證書,且客戶端發送了非0長度的證書,此時客戶端想要證明自己擁有該證書,則需要使用客戶端私鑰簽名一段數據發送給服務端繼續驗證。該數據為客戶端收發的所有握手數據的hash值(不包括本次消息)。

    Finished

    當發送完Change Cipher Spec消息后必須立即發送該消息。當該消息用於驗證密鑰交換和身份驗證過程是否成功。

    Finished消息是第一個使用協商的算法簇進行加密和防篡改保護的消息。一旦雙方都通過了該消息驗證,就完成了TLS握手。
    VerifyData為客戶端收發的所有握手數據的hash值(不包括本次消息)。與Certificate Verify的hash值可能會不一樣。如果發送過Certificate Verify消息,服務端的握手消息會包含Certificate Verify握手的數據。

    需要注意的是,握手數據不包括協議頭的握手協議明文數據(服務端返回Finished的驗證握手數據是包含接收到客戶端的Finished的明文hash值)。

    Finished消息數據加密和Appilication Data一致,具體數據加密在Application Data段進行說明。

    改變密碼標準協議

    改變密碼標準協議是為了在密碼策略中發出信號轉換信號。 該協議由一條消息組成,該消息在當前(不是掛起的)連接狀態下進行加密和壓縮。 消息由值 1 的單個字節組成。

    在接收到該協議后,所有接收到的數據都需要解密。

    警報協議

    警報消息傳達消息的嚴重性(警告或致命)和警報的說明。具有致命級別的警報消息會導致立即終止連接。
    若在改變密碼標準協議前接收到警報消息,是明文傳輸的,無需解密。

    與其他消息一樣,警報消息按當前連接狀態指定進行加密和壓縮。在接收到改變密碼標準協議後接收到警報協議,則需要進行解密。解密后即為警報協議明文格式。

    加密的Alert消息和加密數據一樣,都需要遞增加密序號,在數據解密時,遞增解密序號。

    應用程序數據協議

    當客戶端和服務端Finished發送完畢並驗證通過後,握手就結束了。後續所有數據都會使用握手協商的對稱密鑰進行數據加密。

    TLS協議實現了數據加密和MAC計算。一般來說有3種加密模式,分別為:

    1. Mac-then-Encrypt:在明文上計算MAC,將其附加到數據,然後加密明和+MAC的完整數據。
    2. 加密和MAC:在明文上計算MAC,加密明文,然後將MAC附加到密文的末尾
    3. Encrypt-then-Mac:加密明文,然後在密文上計算MAC,並將其附加到密文。

    TLS協議使用的是Mac-then-Encrypt。首先將加密的序號、ContentType、數據長度、數據進計算HMAC-SHA256摘要。然後將摘要拼接到數據后,通過PKCS7格式對摘要+MAC數據進行填充對其和加密塊大小一致。最後摘要+MAC+對其填充塊進行加密。

    需要注意的是應用程序數據消息有最大長度限制2^14 + 2048,當超過長度后,數據需要分段傳輸。每一段都當作單獨的數據段進行單獨MAC地址並加密。

    結語

    TLS1.2版本是目前最常用的TLS協議,TLS1.3版本於2018年發表,目前並沒有廣泛使用。
    使用TLS1.2需要注意以下幾點:

    1. 若使用RSA非對稱加密,則需要盡可能使用2048位長度的密鑰。
    2. 盡可能可以使用具有前向安全性的加密算法,如ECDHE算法進行非對稱加密。
    3. 使用AEAD認證加密(GCM)代替CBC塊加密。

    參考文獻

    1. The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2
    2. TLS發展歷史
    3. 前向安全性
    4. TLS/SSL 協議詳解 (30) SSL中的RSA、DHE、ECDHE、ECDH流程與區別
    5. TLS Extensions
    6. Session會話恢復:兩種簡短的握手總結SessionID&SessionTicket
    7. Why using the premaster secret directly would be vulnerable to replay attack?
    8. Why does the SSL/TLS handshake have a client and server random?
    9. Transport Layer Security (TLS) Extensions
    10. 什麼是AEAD加密
    11. Padding Oracle Attacks
    12. Lucky13攻擊
    13. Padding Oracle Attack
    14. ssl perfect forward secrecy
    15. Transport Layer Security (TLS) Session Resumption without Server-Side State
    16. Elliptic Curve Cryptography (ECC) Cipher Suites for Transport Layer Security (TLS)
    17. DTLS協議中client/server的認證過程和密鑰協商過程

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  • 特斯拉招募 1,656 人,拚明年第一季轉虧為盈

    特斯拉招募 1,656 人,拚明年第一季轉虧為盈

    電動車與能源儲存設備製造商特斯拉 (Tesla) 要招募 1,656 人,一下子釋出這麼多職缺,讓人好奇這家執行長光環大過一切的公司,到底再找甚麼樣的能人,順便一窺特斯拉的營運布局。 彭博報導,特斯拉在找的人包括一到三年經驗的汽車雷達系統工程師,墨西哥市的客服經理,阿姆斯特丹、米蘭、上海、成都等大城市的產品專員。

    自從 2007 年虧損 18.8 億美元後,特斯拉推出更多車款,打造世界最大的電池工廠,在全球擴張版圖,包括在墨西哥市與愛丁堡開店,所以他們一直在找人,即便投資巨大,但 Elon Musk 仍然誓言明年第一季就要創造正的現金流。   分析師認為,特斯拉在一連串投資之後,2016 年必須對市場展現他們有獲利能力,擺在眼前的就是汽車製造與電池事業兩大任務,他們必須擴大每個部門的人力。   報導指出,自 2010 年底特斯拉上市之後,至今員工人數已經成長十五倍,超過 14,000 人,可媲美市值的增長幅度。五年前,這家公司只賣一款汽車 Roadster,且市場只在美國,現在在世界三大洲賣兩款電動車,以及提供家用、商用、公用固定式電池系統特斯拉能源  (Tesla Energy)。   大量招募是快速成長的公司典型的作風,特斯拉九月發表第一款 Model X SUV 系列車款時表示,第四季預計可賣出 1.7 萬到 1.9 萬台,今年至少可賣出五萬台。   特斯拉於十月發表自動駕駛功能 Autopilot,Musk 當時表示自動化與電子化是兩項最前瞻的創新,去年第四季後出貨的汽車都配有結合照相機、雷達、超聲波傳感器的設備,功能像是巡航控制或自動車道變換。Musk 曾說 Autopilot 軟體團隊有 50 人,硬體方面約 100 人。   上月 Musk 表示他打造了一個專門的團隊來做全自動汽車,同時表示他們在找硬核軟體工程師,不需要有汽車相關經驗,強調 Autopilot 團隊直接向他報告,所以他會親自面試。   報導指出,蘋果開發自動車,Google 在做無駕駛汽車,還有新創公司 Cruise Automation 等等,現在不管何種汽車工程師在矽谷都相當搶手,但特斯拉說他們接到的履歷仍然非常多,有 150 萬份來自世界各地的履歷,其 HR 對媒體表示,「大家都很想來特斯拉工作。」

    (首圖來源: CC By 2.0)

    (本文授權轉載自《》─〈〉)

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  • 寶馬計畫從2013年開始投產i子品牌電動車

    寶馬集團計畫從2013年開始將i子品牌車型投入生產,該品牌為專屬品牌。

    寶馬集團董事長諾伯特·雷瑟夫(Norbert Reithofer)日前表示,公司將集中精力準備i系列新款電動車的生產工作,按照計畫i子品牌將在2013年下半年投放到市場,而投產時間則早於該節點。此前有消息稱該子品牌旗下的i3車型明年將在德國萊比錫(Leipzig)工廠投產,初步產能3萬輛/年。

    2011年2月21日,寶馬正式宣佈發佈i子品牌。根據寶馬注冊商標透露的資訊,車型覆蓋從i1到i9。寶馬官方正式公佈了i3純電動車和i8插電式混動車兩款車型,分別以Megacity Vehicle概念車和Vision EfficientDynamics概念技術為藍本。另外,據悉i1為小型城市電動車,i4為兩座酷派,i5為帶有酷派風格的四門Sedan轎車。i4將在今年11月底洛杉磯車展上亮相。

    此前有傳聞指出,寶馬i專案工程浩大,耗費成本甚巨,導致集團考慮放棄該子品牌。不過寶馬方面否認了該說法。

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  • 雷諾計畫批量投產電動汽車Zoe 2013年投放

    法國汽車製造商雷諾最近宣佈計畫將Zoe批量投產,2013年投入市場。

    雷諾最近抱怨其銷售緩慢,人們對Twizy毫無熱情,Zoe也許會是雷諾在電動汽車市場上最後的嘗試。雷諾近日宣佈將Zoe批量投產,於2013年開售。Zoe電動馬達輸出功率可達88馬力(65千瓦),扭矩220牛米(163英尺磅),最大速度可達84 英里/小時。此款車在英國定價為14444英鎊(約合人民幣144296元)。

    Zoe是雷諾最新推出的電動汽車,車上將裝配R-Link多媒體平板電腦、電動氣候控制系統和電池充電器等裝置。雷諾R-Link多媒體平板電腦將配置7英寸的觸屏顯示幕,具有語音辨識系統,可以控制一些主要功能,如,音訊系統、電動汽車駕駛指導系統和Carminat TomTom即時導航系統。

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