《Unix环境高级编程》读书笔记 第4章-文件和目录

1. stat结构的基本形式：

  
  

   
   
struct stat {
   
   
 mode_t st_mode; /* file type & mode (permissions), suid, sgid */
   
   
 ino_t st_ino; /* i-node number (serial number) */
   
   
 dev_t st_dev; /* device number (file system) */
   
   
 dev_t st_rdev; /* device number for special files */
   
   
 nlink_t st_nlink; /* number of links */
   
   
 uid_t st_uid; /* user ID of owner */
   
   
 gid_t st_gid; /* group ID of owner */
   
   
 off_t st_size; /* size in bytes, for regular files */
   
   
 struct timespec st_atim; /* time of last access */
   
   
 struct timespec st_mtim; /* time of last modification */
   
   
 struct timespec st_ctim; /* time of last file status change */
   
   
 blksize_t st_blksize; /* best I/O block size */
   
   
 blkcnt_t st_blocks; /* number of disk blocks allocated , 512B */
   
   
};
   
   


   
   
struct timespec {
   
   
 time_t tv_sec;
   
   
 long tv_nsec;
   
   
}
  
  

2. 函数stat、fstat、fstatat、lstat

• 函数名首位的“f”常常代表“该函数是通过文件描述符fd（而不是路径名）对文件进行操作的”

  
  

   
   
#include <sys/stat.h>
   
   
int stat(const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf );
   
   
int fstat(int fd, struct stat *buf );
   
   
int lstat(const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf ); // 返回该符号链接本身的有关信息
   
   
int fstatat(int fd, const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf, int flag);
   
   
 All four return: 0 if OK, −1 on error
  
  

3. 文件类型

• 普通文件 -
• 目录文件 d
• 块特殊文件 b
• 字符特殊文件 c
• FIFO p
• 套接字 s

• 符号链接 l

• 文件类型宏：参数为stat结构中的st_mode成员（文件模式字）
  
  

• IPC类型宏：参数为stat结构的指针
  
  

4. 设置用户ID（SUID） 和 设置组ID（SGID）

• 与每个进程关联的用户ID和组ID，包括实际用户ID、有效用户ID、保存的设置用户ID。

• 实际用户ID指的是执行该程序的用户的ID。注意区别于文件的所有者。
  
  

• 每个文件有一个所有者和组所有者，由stat结构中的st_uid, st_gid指定。

• 当执行一个程序文件时，进程的有效用户ID通常就是实际用户ID。但是，可以在文件模式字（st_mode）中设置一个标志，使其“当执行该程序文件时，将进程的有效用户ID设置为文件所有者的ID（st_uid）”。进程的有效组ID类似，在文件模式字st_mode中的这两位标志被称为SUID和SGID。可使用常量S_ISUID和S_ISGID测试。
• 应用：passwd命令

5. 文件访问权限

• 所有文件类型都有访问权限
  
  

• 进程每次打开、创建或删除一个文件时，内核就进行文件访问权限测试，这种测试可能涉及文件的所有者（st_uid和st_gid）、进程的有效ID（有效用户ID和有效组ID）、进程的附属组ID。两个所有者ID是文件的性质，而两个有效ID和附属组ID则是进程的性质。

• 内核进行的测试具体如下：

1. 若进程的有效用户ID是0（超级用户），则运行访问
2. 若进程的有效用户ID等于文件的所有者ID（即进程拥有此文件），那么如果所有者适当的访问权限位被设置，则运行访问；否则拒绝访问。适当的访问权限位指的是：若进程为读而打开该文件，则用户读位应为1；若进程为写而打开该文件，则用户写位应为1；若进程将执行该文件，则用户执行位应为1。
3. 若进程的有效组ID或进程的附属组ID之一等于文件的组ID，那么如果组适当的访问权限位被设置，则允许访问；否则拒绝访问。
4. 若其他用户适当的访问权限位被设置，则允许访问；否则拒绝访问。
   按顺序执行这4步。一旦前面的被拒绝了，即使后面的组、其他用户拥有相应权限也白搭。

6. 新文件和新目录的所有权

• 新文件的用户ID设置为进程的有效用户ID
• 新目录的组ID有两种选择：1. 设置为进程的有效组ID；2. 设置为它的父目录的组ID。

  Linux下如果新目录的父目录的SUID被设置，则选择2

7. 函数access 和 faccessat

当open函数打开一个文件时，内核以进程的有效用户ID和有效组ID为基础执行其访问权限测试。
有时，进程希望以进程的实际用户ID和实际组ID为基础来执行其访问权限测试。这使用以下两个函数：

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int access(const char *pathname, int mode);
   
   
int faccessat(int fd, const char *pathname, int mode, int flag);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

测试文件是否存在，mode为F_OK；测试读/写/执行权限，mode为R_OK、W_OK、X_OK的按位与

8. 函数umask

• 在进程创建一个新文件或新目录时，一定会使用文件模式创建屏蔽字。在文件模式创建屏蔽字中为1的位，在文件mode中的相应位一定被关闭。
• 常用的几种umask值是002、022、027
• 命令umask [-S]

  
  

   
   
#include <sys/stat.h>
   
   
mode_t umask(mode_t cmask);
   
   
 Returns: previous file mode creation mask
  
  

9. 函数chmod、fchmod和fchmodat

  
  

   
   
#include <sys/stat.h>
   
   
int chmod(const char *pathname, mode_t mode);
   
   
int fchmod(int fd, mode_t mode);
   
   
int fchmodat(int fd, const char *pathname, mode_t mode, int flag);
   
   
 All three return: 0 if OK, −1 on error
  
  

• 为了改变一个文件的权限位，进程的有效用户ID必须等于文件的所有者ID，或者该进程具有root权限

10. 粘着位（Sticky bit）

• 针对文件
  历史上，一个设置了粘着位的程序文件在其终止时，程序正文部分的一个副本仍保存在交换区，这使得下次执行该程序时能较快地将其载入内存。因为在系统再次重启前，文件的正文部分总是在交换区中，这正是名字“粘着”的由来。现今较新的UNIX系统大多配置了虚拟存储系统以及快速文件系统，所以不再需要该技术。
• 针对目录
  如果对一个目录设置了粘着位，只有对该目录具有写权限的用户并且满足下列条件之一，才能删除或重命名该目录下的文件：

  1. 拥有此文件；2. 拥有此目录；3. 是超级用户

  • 目录/tmp 和 /var/tmp 是设置粘着位的典型候选者。

11. 函数chown、fchown、fchownat和lchown

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);
   
   
int fchown(int fd, uid_t owner, gid_t group);
   
   
int fchownat(int fd, const char *pathname, uid_t owner, gid_t group, int flag);
   
   
int lchown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);
   
   
 All four return: 0 if OK, −1 on error
  
  

• 如果这些函数由非root进程调用，则在成功返回时，该文件的SUID和SGID位都被清除。

12. 文件长度

• stat结构成为st_size表示以字节为单位的文件的长度。此字段只对普通文件、目录文件和符号链接有意义。
• 对于普通文件，其文件长度可以是0
• 对于目录，文件长度通常是一个数（如512,4096）的整数倍
• 对于符号链接，文件长度是文件名中的实际字节数，不包含通常C语言用作名字结尾的null字节

• 大多数现代的UNIX系统提供字段st_blksize和st_blocks。第一个是对文件I/O较合适的块长度，第二个是所分配的实际512字节块块数。

• 文件中的空洞

  空洞是由所设置的偏移量超过文件尾端，并写入了某些数据后造成的。对于没有写过的字节位置，read函数读到的字节是0

13. 文件截断

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int truncate(const char *pathname, off_t length);
   
   
int ftruncate(int fd, off_t length);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

14. 文件系统

15. 函数link（硬链接）、linkat、unlink、unlinkat、remove

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int link(const char *existingpath, const char *newpath); // 只创建newpath中的最后一个分量，路径中的其他部分应当已经存在
   
   
int linkat(int efd, const char *existingpath, int nfd, const char *newpath, int flag);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

• 大多数实现要求现有的和新建的两个路径名在同一个文件系统中。
• 很多文件系统实现不允许对于目录的硬链接。

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int unlink(const char *pathname); // 若其父目录设置了粘着位，参见上面“粘着位”
   
   
int unlinkat(int fd, const char *pathname, int flag);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

• 关闭一个文件时，内核首先检查打开盖文件的进程个数；如果这个计数达到0，内核再去检查其链接计数；如果计数也是0，那么就删除该文件的内容。
• unlink的这种特性进程被程序用来确保即使在程序崩溃时，它所创建的临时文件也不会遗留下来。进程用open或creat创建一个文件，然后立即调用unlink

  
  

   
   
#include <stdio.h>
   
   
int remove(const char *pathname);
   
   
 Returns: 0 if OK, −1 on error
  
  

• remove函数解除对一个文件或目录的链接。对于文件，等同于unlink；对于目录，等同于rmdir。

16. 函数rename和renameat

  
  

   
   
#include <stdio.h>
   
   
int rename(const char *oldname, const char *newname);
   
   
int renameat(int oldfd, const char *oldname, int newfd, const char *newname);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

17. 符号链接（软链接）

• 引入符号链接是为了避开硬链接的一些限制:

  1. 硬链接通常要求链接和文件位于同一个文件系统中
  2. 只有超级用户才能创建指向目录的硬链接（在底层文件系统支持的情况下）

• 各函数对符号链接的处理：follow 或 not follow
  
  

18. 创建和读取符号链接

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int symlink(const char *actualpath, const char *sympath);
   
   
int symlinkat(const char *actualpath, int fd, const char *sympath);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
ssize_t readlink(const char* restrict pathname, char *restrict buf, size_t bufsize);
   
   
ssize_t readlinkat(int fd, const char* restrict pathname, char *restrict buf, size_t bufsize);
   
   
 Both return: number of bytes read if OK, −1 on error
  
  

19. 文件的时间

• 各函数对3个文件时间的影响，包括：所操作的文件或目录本身、所操作的文件或目录的父目录
  
  

20. 函数futimens、utimensat、utimes

  
  

   
   
#include <sys/stat.h>
   
   
int futimens(int fd, const struct timespec times[2]);
   
   
int utimensat(int fd, const char *path, const struct timespec times[2], int flag);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

• times数组参数的第一个元素包含访问时间，第二个元素包含修改时间
• futimens函数需要打开文件来更改它的时间；utimensat函数提供了一种使用文件名更改文件时间的方法。

  
  

   
   
#include <sys/time.h>
   
   
int utimes(const char *pathname, const struct timeval times[2]);
   
   
 Returns: 0 if OK, −1 on error
  
  

• utimes函数对路径名进行操作，times参数指向访问时间和修改时间，状态更改时间自动更新

21. 函数mkdir、mkdirat、rmdir

  
  

   
   
#include <sys/stat.h>
   
   
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
   
   
int mkdirat(int fd, const char *pathname, mode_t mode);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int rmdir(const char *pathname);
   
   
 Returns: 0 if OK, −1 on error
  
  

22. 读目录

  
  

   
   
#include <dirent.h>
   
   
DIR *opendir(const char *pathname);
   
   
DIR *fdopendir(int fd);
   
   
 Both return: pointer if OK, NULL on error
   
   


   
   
struct dirent *readdir(DIR *dp);
   
   
 Returns: pointer if OK, NULL at end of directory or error
   
   


   
   
void rewinddir(DIR *dp);
   
   
int closedir(DIR *dp);
   
   
 Returns: 0 if OK, −1 on error
   
   


   
   
long telldir(DIR *dp);
   
   
 Returns: current location in directory associated with dp
   
   


   
   
void seekdir(DIR *dp, long loc);
  
  

  
  

   
   
dirent结构至少包含以下两个成员:
   
   


   
   
struct dirent {
   
   
 ino_t d_ino; /* i-node number */
   
   
 char d_name[]; /* null-terminated filename */
   
   
}
  
  

23. 函数chdir、fchdir、getcwd

• 每个进程都有一个当前工作目录。
• 当前工作目录是进程的一个属性，起始目录则是登陆名的一个属性。

  
  

   
   
#include <unistd.h>
   
   
int chdir(const char *pathname);
   
   
int fchdir(int fd);
   
   
 Both return: 0 if OK, −1 on error
  
  

24. 设备特殊文件

• 每个文件系统所在的存储设备都由其主、次设备号表示。
• 设备号所用的数据类型是基本系统数据类型dev_t。
• 主设备号标识设备驱动程序，有时编码为与其通信的外设板；次设备号标识特定的子设备。
• 在同一磁盘驱动器上的各文件系统通常具有相同的主设备号，但是次设备号却不同。
• 可以使用两个宏：major和minor来访问主、次设备号。
• 系统中与每个文件名关联的st_dev值是文件系统的设备号，该文件系统包含了这一文件名以及其对应的i节点。
• 只有字符特殊文件和块特殊文件才有st_rdev值。此值包含实际设备的设备号。

25. 文件访问权限位小结

• 参考 man stat
  
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