c/c++ 复习笔记 第六天 文件系统
文件系统
一、sync/fsync/fdatasync
-
大多数磁盘I/O都通过缓冲进行，
写入文件其实只是写入缓冲区，直到缓冲区满，
才将其排入写队列。 -
延迟写降低了写操作的次数，提高了写操作的效率，
但可能导致磁盘文件与缓冲区数据不同步。 -
sync/fsync/fdatasync用于强制磁盘文件与缓冲区同步。
-
sync将所有被修改过的缓冲区排入写队列即返回，
不等待写磁盘操作完成。 -
fsync只针对一个文件，且直到写磁盘操作完成才返回。
-
fdatasync只同步文件数据，不同步文件属性。
#includevoid sync (void); int fsync ( int fd ); 成功返回0，失败返回-1。 int fdatasync ( int fd ); 成功返回0，失败返回-1。
二、fcntl
#include
int fcntl (
int fd, // 文件描述符
int cmd, // 操作指令
… // 可变参数，因操作指令而异
);
对fd文件执行cmd操作，某些操作需要提供参数。
- 常用形式
#include
int fcntl (int fd, int cmd);
int fcntl (int fd, int cmd, long arg);
成功返回值因cmd而异，失败返回-1。
cmd取值：
F_DUPFD - 复制fd为不小于arg的文件描述符。
若arg文件描述符已用，
该函数会选择比arg大的最小未用值，
而非如dup2函数那样关闭之。
范例：dup.c
#include
#include
#include
int main(void){
int fd1=open("fdup1.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0664) ;
if(fd1==-1){
perror("fopen");
return -1;
}
printf("fd1=%d\n",fd1);
int fd2=open("fdup2.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0664) ;
if(fd2==-1){
perror("fopen");
return -1;
}
printf("fd2=%d\n",fd2);
int fd3=fcntl(fd1,F_DUPFD,fd2);
if(fd3==-1){
perror("fcntl");
return -1;
}
printf("fd3=%d\n",fd3);
const char* text="123";
if(write(fd1,text,strlen(text)*sizeof(text[0]))==-1){
perror("write");
return -1;
}
text="456";
if(write(fd2,text,strlen(text)*sizeof(text[0]))==-1){
perror("write");
return -1;
}
text="789";
if(write(fd3,text,strlen(text)*sizeof(text[0]))==-1){
perror("write");
return -1;
}
close(fd1);
close(fd2);
close(fd3);
return 0;
}
~/uc/day05$ gcc fdup.c
~/uc/day05$ ./a.out
fd1=3
fd2=4
fd3=5
~/uc/day05$ cat fdup1.txt
123789~/uc/day05$ cat fdup2.txt
456~/uc/day05$
F_GETFD - 获取文件描述符标志。
F_SETFD - 设置文件描述符标志。
目前仅定义了一个文件描述符标志位FD_CLOEXEC：
0 - 在通过execve()函数所创建的进程中，
该文件描述符依然保持打开。
1 - 在通过execve()函数所创建的进程中，
该文件描述符将被关闭。
F_GETFL - 获取文件状态标志。
不能获取O_CREAT/O_EXCL/O_TRUNC。
F_SETFL - 追加文件状态标志。
只能追加O_APPEND/O_NONBLOCK。
范例：flags.c
#include
#include
#include
void pflags (int flags) {
printf ("文件状态标志(%08X)：", flags);
struct {
int flag;
const char* desc;
} flist[] = {
{O_RDONLY, "O_RDONLY"}, // 1000 0000 0000 0000 0
{O_WRONLY, "O_WRONLY"}, // 0100 0000 0000 0000 0
{O_RDWR, "O_RDWR"}, // 0010 0000 0000 0000 0
{O_APPEND, "O_APPEND"}, // 0001 0000 0000 0000 0
{O_CREAT, "O_CREAT"}, // 0000 1000 0000 0000 0
{O_EXCL, "O_EXCL"}, // 0000 0100 0000 0000 0
{O_TRUNC, "O_TRUNC"}, // 0000 0010 0000 0000 0
{O_NOCTTY, "O_NOCTTY"},
{O_NONBLOCK, "O_NONBLOCK"},
{O_SYNC, "O_SYNC"},
{O_DSYNC, "O_DSYNC"},
{O_RSYNC, "O_RSYNC"},
{O_ASYNC, "O_ASYNC"}
};
size_t i;
int first = 1; //标志是否为第一个 要不要打 ”|“
for (i = 0; i **
2. 文件锁
**
#include
int fcntl (int fd, int cmd, struct flock* lock);
其中：
struct flock {
short int l_type; // 锁的类型：
// F_RDLCK/F_WRLCK/F_UNLCK
// (读锁/写锁/解锁)
short int l_whence; // 偏移起点：
// SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END
// (文件头/当前位置/文件尾)
off_t l_start; // 锁区偏移，从l_whence开始
off_t l_len; // 锁区长度，0表示锁到文件尾
pid_t l_pid; // 加锁进程，-1表示自动设置
};
cmd取值：
F_GETLK - 测试lock所表示的锁是否可加。
若可加则将lock.l_type置为F_UNLCK，
否则通过lock返回当前锁的信息。
F_SETLK - 设置锁定状态为lock.l_type，
成功返回0，失败返回-1。
若因其它进程持有锁而导致失败，
则errno为EACCES或EAGAIN。
F_SETLKW - 设置锁定状态为lock.l_type，
成功返回0，否则一直等待，
除非被信号打断返回-1。
-
既可以锁定整个文件，也可以锁定特定区域。
-
读锁(共享锁)、写锁(独占锁/排它锁)、解锁。
图示：flock.bmp
3) 文件描述符被关闭(进程结束)时，自动解锁。
-
劝谏锁(协议锁)、强制锁。
-
文件锁仅在不同进程间起作用。
-
通过锁同步多个进程对同一个文件的读写访问。
范例：wlock.c
#include
#include
#include
#include
#include
// 写锁测试
// 返回
// 1 - 可加写锁
// 0 - 不可加写锁
// -1 - 系统错误
int wtest (int fd, off_t start, off_t len) {
struct flock lock;
lock.l_type = F_WRLCK;
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = start;
lock.l_len = len;
lock.l_pid = -1;
if (fcntl (fd, F_GETLK, &lock) == -1)
return -1;
if (lock.l_type == F_UNLCK)
return 1;
return 0;
}
// 加写锁
int wlock (int fd, off_t start, off_t len, int wait) {
struct flock lock;
lock.l_type = F_WRLCK;
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = start;
lock.l_len = len;
lock.l_pid = -1;
return fcntl (fd, wait ? F_SETLKW : F_SETLK,&lock);
}
// 解锁
int ulock (int fd, off_t start, off_t len) {
struct flock lock;
lock.l_type = F_UNLCK;
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = start;
lock.l_len = len;
lock.l_pid = -1;
return fcntl (fd, F_SETLK, &lock);
}
int main (int argc, char* argv[]) {
if (argc < 2) {
fprintf (stderr,"用法：%s <字符串>\n",argv[0]);
return -1;
}
int fd = open ("wlock.txt",
O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0664);
if (fd == -1) {
perror ("open");
return -1;
}
/*
int unlock = 0;
do {
if ((unlock = wtest (fd, 0, 0)) == -1) {
perror ("wtest");
return -1;
}
if (! unlock) {
printf ("该文件已被锁定，稍后再试...\n");
// 空闲处理
// ...
}
} while (! unlock);
if (wlock (fd, 0, 0, 0) == -1) {
perror ("wlock");
return -1;
}
*/
while (wlock (fd, 0, 0, 0) == -1) {
if (errno != EACCES && errno != EAGAIN) {
perror ("wlock");
return -1;
}
printf ("该文件已被锁定，稍后再试...\n");
// 空闲处理
// ...
}
/*
if (wlock (fd, 0, 0, 1) == -1) {
perror ("wlock");
return -1;
}
*/
size_t i, len = strlen (argv[1]);
for (i = 0; i < len; ++i) {
if (write (fd, &argv[1][i],
sizeof (argv[1][i])) == -1) {
perror ("write");
return -1;
}
sleep (1);
}
if (ulock (fd, 0, 0) == -1) {
perror ("ulock");
return -1;
}
close (fd);
return 0;
}
三、stat/fstat/lstat
获取文件属性。
#include
int stat (
const char* path, // 文件路径
struct stat* buf // 文件属性
);
int fstat (
int fd, // 文件描述符
struct stat* buf // 文件属性
);
int lstat (
const char* path, // 文件路径
struct stat* buf // 文件属性
);
成功返回0，失败返回-1。
stat函数跟踪软链接，lstat函数不跟踪软链接。
struct stat {
dev_t st_dev; // 设备ID
ino_t st_ino; // i节点号
mode_t st_mode; // 文件类型和权限
nlink_t st_nlink; // 硬链接数
uid_t st_uid; // 属主ID
gid_t st_gid; // 属组ID
dev_t st_rdev; // 特殊设备ID
off_t st_size; // 总字节数
blksize_t st_blksize; // I/O块字节数
blkcnt_t st_blocks; // 占用块(512字节)数
time_t st_atime; // 最后访问时间
time_t st_mtime; // 最后修改时间
time_t st_ctime; // 最后状态改变时间
};
st_mode(0TTSUGO)为以下值的位或：
S_IFDIR - 目录
S_IFREG - 普通文件 |
S_IFLNK - 软链接 |
S_IFBLK - 块设备 > TT (S_IFMT)
S_IFCHR - 字符设备 |
S_IFSOCK - Unix域套接字 |
S_IFIFO - 有名管道 /
S_ISUID - 设置用户ID
S_ISGID - 设置组ID > S
S_ISVTX - 粘滞 /
S_IRUSR(S_IREAD) - 属主可读
S_IWUSR(S_IWRITE) - 属主可写 > U (S_IRWXU)
S_IXUSR(S_IEXEC) - 属主可执行 /
S_IRGRP - 属组可读
S_IWGRP - 属组可写 > G (S_IRWXG)
S_IXGRP - 属组可执行 /
S_IROTH - 其它可读
S_IWOTH - 其它可写 > O (S_IRWXO)
S_IXOTH - 其它可执行 /
- 有关S_ISUID/S_ISGID/S_ISVTX的说明
-
具有S_ISUID/S_ISGID位的可执行文件，
其有效用户ID/有效组ID，
并不取自由其父进程(比如登录shell)所决定的，
实际用户ID/实际组ID，
而是取自该可执行文件的属主ID/属组ID。
如：/usr/bin/passwd -
具有S_ISUID位的目录，
其中的文件或目录除root外，
只有其属主可以删除。 -
具有S_ISGID位的目录，
在该目录下所创建的文件，继承该目录的属组ID，
而非其创建者进程的有效组ID。 -
具有S_ISVTX位的可执行文件，
在其首次执行并结束后，
其代码区将被连续地保存在磁盘交换区中，
而一般磁盘文件中的数据块是离散存放的。
因此，下次执行该程序可以获得较快的载入速度。
现代Unix系统大都采用快速文件系统，
已不再需要这种技术。 -
具有S_ISVTX位的目录，
只有对该目录具有写权限的用户，
在满足下列条件之一的情况下，
才能删除或更名该目录下的文件或目录：A. 拥有此文件；
B. 拥有此目录；
C. 是超级用户。如：/tmp
任何用户都可在该目录下创建文件，
任何用户对该目录都享有读/写/执行权限，
但除root以外的任何用户在目录下，
都只能删除或更名属于自己的文件。
- 常用以下宏辅助分析st_mode
S_ISDIR() - 是否目录
S_ISREG() - 是否普通文件
S_ISLNK() - 是否软链接
S_ISBLK() - 是否块设备
S_ISCHR() - 是否字符设备
S_ISSOCK() - 是否Unix域套接字
S_ISFIFO() - 是否有名管道
范例：stat.c
#include
#include
#include
#include
const char* mtos (mode_t m) {
static char s[11];
if (S_ISDIR (m))
strcpy (s, "d");
else
if (S_ISLNK (m))
strcpy (s, "l");
else
if (S_ISBLK (m))
strcpy (s, "b");
else
if (S_ISCHR (m))
strcpy (s, "c");
else
if (S_ISSOCK (m))
strcpy (s, "s");
else
if (S_ISFIFO (m))
strcpy (s, "p");
else
strcpy (s, "-");
strcat (s, m & S_IRUSR ? "r" : "-");
strcat (s, m & S_IWUSR ? "w" : "-");
strcat (s, m & S_IXUSR ? "x" : "-");
strcat (s, m & S_IRGRP ? "r" : "-");
strcat (s, m & S_IWGRP ? "w" : "-");
strcat (s, m & S_IXGRP ? "x" : "-");
strcat (s, m & S_IROTH ? "r" : "-");
strcat (s, stm & S_IWOTH ? "w" : "-");
strcat (s, m & S_IXOTH ? "x" : "-");
if (m & S_ISUID)
s[3] = (s[3] == 'x' ? 's' : 'S');
if (m & S_ISGID)
s[6] = (s[6] == 'x' ? 's' : 'S');
if (m & S_ISVTX)
s[9] = (s[9] == 'x' ? 't' : 'T');
return s;
}
const char* ttos (time_t t) {
static char s[20];
struct tm* lt = localtime (&t);
sprintf (s, "%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",
lt->tm_year + 1900,
lt->tm_mon + 1,
lt->tm_mday,
lt->tm_hour,
lt->tm_min,
lt->tm_sec);
return s;
}
int main (int argc, char* argv[]) {
if (argc < 2)
goto usage;
struct stat st;
if (argc < 3) {
if (stat (argv[1], &st) == -1) {
perror ("stat");
return -1;
}
}
else if (! strcmp (argv[2], "-l")) {
if (lstat (argv[1], &st) == -1) {
perror ("lstat");
return -1;
}
}
else
goto usage;
printf (" 设备ID：%lld\n", st.st_dev);
printf (" i节点号：%ld\n", st.st_ino);
printf (" 模式：%s\n",
mtos (st.st_mode));
printf (" 硬链接数：%u\n", st.st_nlink);
printf (" 属主ID：%u\n", st.st_uid);
printf (" 属组ID：%u\n", st.st_gid);
printf (" 特殊设备ID：%lld\n", st.st_rdev);
printf (" 总字节数：%ld\n", st.st_size);
printf (" I/O块字节数：%ld\n", st.st_blksize);
printf ("占用块(512字节)数：%ld\n", st.st_blocks);
printf (" 最后访问时间：%s\n",
ttos (st.st_atime));
printf (" 最后修改时间：%s\n",
ttos (st.st_mtime));
printf (" 最后状态改变时间：%s\n",
ttos (st.st_ctime));
return 0;
usage:
fprintf (stderr, "用法：%s <文件> [-l]\n",argv[0]);
return -1;
}
四、access
#include
int access (
const char* pathname, // 文件路径
int mode // 访问模式
);
-
按实际用户ID和实际组ID(而非有效用户ID和有效组ID)，
进行访问模式测试。 -
成功返回0，失败返回-1。
-
mode取R_OK/W_OK/X_OK的位或，
测试调用进程对该文件，
是否可读/可写/可执行，
或者取F_OK，测试该文件是否存在。
范例：access.c
五、umask
可以用umask命令查看/修改当前shell的文件权限屏蔽字：
umask
0022
umask 0033
umask
0033
#include
mode_t umask (
mode_t cmask // 屏蔽字
);
-
为进程设置文件权限屏蔽字，并返回以前的值，
此函数永远成功。 -
cmask由9个权限宏位或组成(直接写八进制整数形式亦可，
如022 - 屏蔽属组和其它用户的写权限)：
S_IRUSR(S_IREAD) - 属主可读
S_IWUSR(S_IWRITE) - 属主可写
S_IXUSR(S_IEXEC) - 属主可执行
S_IRGRP - 属组可读
S_IWGRP - 属组可写
S_IXGRP - 属组可执行
S_IROTH - 其它可读
S_IWOTH - 其它可写
S_IXOTH - 其它可执行
- 设上屏蔽字以后，此进程所创建的文件，
都不会有屏蔽字所包含的权限。
范例：umask.c
六、chmod/fchmod
修改文件的权限。
#include
int chmod (
const char* path, // 文件路径
mode_t mode // 文件权限
);
int fchmod (
int fd, // 文件路径
mode_t mode // 文件权限
);
成功返回0，失败返回-1。
mode为以下值的位或(直接写八进制整数形式亦可，
如07654 - rwSr-sr-T)：
S_ISUID - 设置用户ID
S_ISGID - 设置组ID
S_ISVTX - 粘滞
S_IRUSR(S_IREAD) - 属主可读
S_IWUSR(S_IWRITE) - 属主可写
S_IXUSR(S_IEXEC) - 属主可执行
S_IRGRP - 属组可读
S_IWGRP - 属组可写
S_IXGRP - 属组可执行
S_IROTH - 其它可读
S_IWOTH - 其它可写
S_IXOTH - 其它可执行
七、chown/fchown/lchown
chown :
修改文件的属主和属组。
#include
int chown (
const char* path, // 文件路径
uid_t owner, // 属主ID
gid_t group // 属组ID
);
int fchown (
int fildes, // 文件描述符
uid_t owner, // 属主ID
gid_t group // 属组ID
);
int lchown (
const char* path, // 文件路径(不跟踪软链接)
uid_t owner, // 属主ID
gid_t group // 属组ID
);
成功返回0，失败返回-1。
注意：
-
属主和属组ID取-1表示不修改。
-
超级用户进程可以修改文件的属主和属组，
普通进程必须拥有该文件才可以修改其属主和属组。
八、truncate/ftruncate
修改文件的长度，截短丢弃，加长添零。
#include
int truncate (
const char* path, // 文件路径
off_t length // 文件长度
);
int ftruncate (
int fd, // 文件描述符
off_t length // 文件长度
);
成功返回0，失败返回-1。
范例：trunc.c、mmap.c
注意：对于文件映射，
私有映射(MAP_PRIVATE)将数据写到缓冲区而非文件中，
只有自己可以访问。
而对于内存映射，
私有(MAP_PRIVATE)和公有(MAP_SHARED)没有区别，
都是仅自己可以访问。
九、link/unlink/remove/rename
link: 创建文件的硬链接(目录条目)。
unlink: 删除文件的硬链接(目录条目)。
只有当文件的硬链接数降为0时，文件才会真正被删除。
若该文件正在被某个进程打开，
其内容直到该文件被关闭才会被真正删除。
remove: 对文件同unlink，
对目录同rmdir (不能删非空目录)。
rename: 修改文件/目录名。
#include
int link (
const char* path1, // 文件路径
const char* path2 // 链接路径
);
int unlink (
const char* path // 链接路径
);
#include
int remove (
const char* pathname // 文件/目录路径
);
int rename (
const char* old, // 原路径名
const char* new // 新路径名
);
成功返回0，失败返回-1。
注意：硬链接只是一个文件名，即目录中的一个条目。
软链接则是一个独立的文件，
其内容是另一个文件的路径信息。
十、symlink/readlink
symlink: 创建软链接。目标文件可以不存在，
也可以位于另一个文件系统中。
readlink: 获取软链接文件本身(而非其目标)的内容。
open不能打开软链接文件本身。
#include
int symlink (
const char* oldpath, // 文件路径(可以不存在)
const char* newpath // 链接路径
);
成功返回0，失败返回-1。
ssize_t readlink (
const char* restrict path, // 软链接文件路径
char* restrict buf, // 缓冲区
size_t bufsize // 缓冲区大小
);
成功返回实际拷入缓冲区buf中软链接文件内容的字节数，
失败返回-1。
范例：slink.c
十一、mkdir/rmdir
mkdir: 创建一个空目录。
rmdir: 删除一个空目录。
#include
int mkdir (
const char* path, // 目录路径
mode_t mode // 访问权限，
// 目录的执行权限(x)表示可进入
);
#include
int rmdir (
const char* path // 目录路径
);
成功返回0，失败返回-1。
十二、chdir/fchdir/getcwd
chdir/fchdir: 更改当前工作目录。
工作目录是进程的属性，只影响调用进程本身。
getcwd: 获取当前工作目录。
#include
int chdir (
const char* path // 工作目录路径
);
int fchdir (
int fildes // 工作目录描述符(由open函数返回)
);
成功返回0，失败返回-1。
char* getcwd (
char* buf, // 缓冲区
size_t size // 缓冲区大小
);
成功返回当前工作目录字符串指针，失败返回NULL。
十三、opendir/fdopendir/closedir/readdir/rewinddir/telldir/seekdir
opendir/fdopendir: 打开目录流。
closedir: 关闭目录流。
readdir: 读取目录流。
rewinddir: 复位目录流。
telldir: 获取目录流当前位置。
seekdir: 设置目录流当前位置。
#include
#include
DIR* opendir (
const char* name // 目录路径
);
DIR* fdopendir (
int fd // 目录描述符(由open函数返回)
);
成功返回目录流指针，失败返回NULL。
int closedir (
DIR* dirp // 目录流指针
);
成功返回0，失败返回-1。
struct dirent* readdir (
DIR* dirp // 目录流指针
);
成功返回下一个目录条目结构体的指针，
到达目录尾(不置errno)或失败(设置errno)返回NULL。
struct dirent {
ino_t d_ino; // i节点号
off_t d_off; // 下一条目的偏移量
// 注意是磁盘偏移量
// 而非内存地址偏移
unsigned short d_reclen; // 记录长度
unsigned char d_type; // 文件类型
char d_name[256]; // 文件名
};
d_type取值：
DT_DIR - 目录
DT_REG - 普通文件
DT_LNK - 软链接
DT_BLK - 块设备
DT_CHR - 字符设备
DT_SOCK - Unix域套接字
DT_FIFO - 有名管道
DT_UNKNOWN - 未知
图示：de.bmp
练习：打印给定路径下的目录树。
void rewinddir (
DIR* dirp // 目录流指针
);
long telldir (
DIR* dirp // 目录流指针
);
成功返回目录流的当前位置，失败返回-1。
void seekdir (
DIR* dirp, // 目录流指针
long offset // 位置偏移量
);
#include
#include
#include
#include
#include
int printdir(const char* path,int depth){
DIR *dp=opendir(path);
if(!dp){
perror("opendir");
return -1;
}
depth= depth+2;
if(chdir(path)==-1){
perror("chdir");
return -1;
}
struct dirent* dir;
errno=0;
for(dir=readdir(dp);dir;dir=readdir(dp)){
if(dir->d_type!=DT_DIR)
printf("%*s%s\n",depth,"|_",dir->d_name);
else if(strcmp(dir->d_name,".")&&strcmp(dir->d_name,"..")){
printf("%*s\033[1;43;35m%s\033[0m\n",depth,"|_",dir->d_name);
printdir(dir->d_name,depth);
}
}
if(errno){
perror("readdir");
return -1;
}
if(chdir("..")==-1){
perror("chdir");
return -1;
}
closedir(dp);
return 0;
}
int main(int argc,char* argv[]){
if(argc<2){
fprintf(stderr,"用法：%s <目录>\n",argv[0]);
return -1;
}
return printdir(argv[1],0);
}
~/uc/day06/my$ gcc my_mulu.c
~/uc/day06/my$ ./a.out .
|_111
|_222
|_333
|_aac
|_aab
|_aa1
|_aaa
|_aab
|_a.out
|_my_mulu.c
|_my_dir.c
|_1111
|_2222
|_ddd
|_3333
|_ccc
|_aaa
|_bbb