Linux基础——文件和目录操作函数

1. 本文内容大部分出自对传智播客linux课程内容的总结和课堂笔记。
2. 若有常见命令的详细介绍或linux系统的扩展学习的需要，可以点击此处下载PDF书籍（鸟哥私房菜-基础篇、Linux命令速查手册）。
3. 涉及到函数用法，可查找man文档中的详细介绍linux 中文 man离线手册
4. 本文原文可参考我在语雀平台的原版笔记点击此处阅读

1. 文件操作

1.1 stat函数

1.1.1 作用

• 获取文件属性（从inode上获取）
• e.g. stat aaa

1.1.2 头文件

• #include
• #include
• #include

1.1.3 函数声明

• int stat(const char *pathname, struct stat *buf);
• int fstat(int fd, struct stat *buf);

1.1.4 返回值

• 成功返回0，失败返回-1

1.1.5 文件属性(struct stat)

1.1.6 mode_t st_mode

• 该变量占 2byte 共 16位

• 掩码的使用：st_mode & 掩码

  • st_mode与某类文件属性信息掩码做按位与操作，然后与宏比较，即可得到相应的信息

    • 如果想获取文件属性信息，st_mode&掩码

      • e.g. st_mode & S_IFMT可以得到文件类型

    • 如果看文件是否有哪个权限，st_mode&掩码&权限的掩码，然后看是否大于0

      • e.g. st_mode & S_IRWXU & S_IRUSR 可以看文件所有者是否有读权限

• 文件类型（12-15 bit）

  • 掩码： S_IFMT 0170000 过滤 st_mode中除文件类型以外的信息
  • S_IFSOCK 0140000 套接字
  • S_IFLNK 0120000 符号链接（软链接）
  • S_IFREG 0100000 普通文件
  • S_IFBLK 0060000 块设备
  • S_IFDIR 0040000 目录
  • S_IFCHR 0020000 字符设备
  • S_IFIFO 0010000 管道

• 特殊权限位（9-11 bit）很少用

  • S_ISUID 0004000 设置用户ID
  • S_ISGID 0002000 设置组ID
  • S_ISVTX 0001000 黏住位

• 文件所有者权限（6-8 bit）

  • 掩码： S_IRWXU 00700 过滤 st_mode中除文件所有者权限以外的信息
  • S_IRUSR 00400 读权限
  • S_IWUSR 00200 写权限
  • S_IXUSR 00100 执行权限

• 所属组权限（3-5 bit）

  • 掩码： S_IRWXG 00070 过滤 st_mode中除所属组权限以外的信息
  • S_IRGRP 00040 读权限
  • S_IWGRP 00020 写权限
  • S_IXGRP 00010 执行权限

• 其他人权限（0-2 bit）

  • 掩码： S_IRWXO 00007 过滤 st_mode中除其他人权限以外的信息
  • S_IROTH 00004 读权限
  • S_IWOTH 00002 写权限
  • S_IXOTH 00001 执行权限

1.1.7 特性

• 穿透（跟踪）软链接，读到的是软链接映射到的文件的属性信息
• 相当于用vim打开一个软链接，打开的是软链接指向的文件

1.1.8 练习：利用stat实现类似ls的功能

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char** argv)
{
    char **fn = argv;
    if(argc < 2)
    {
        printf("miss a parameter: ./a.out filename\n");
        exit(1);
    }
    struct stat st;
    int ret = stat(fn[1], &st);
    char ftmo[11] = {0};
    //获取文件类型和权限
    switch(st.st_mode & S_IFMT)
    {
        case S_IFSOCK: ftmo[0] = 's'; break;
        case S_IFLNK: ftmo[0] = 'l'; break;
        case S_IFREG: ftmo[0] = '-'; break;
        case S_IFBLK: ftmo[0] = 'b'; break;
        case S_IFDIR: ftmo[0] = 'd'; break;
        case S_IFCHR: ftmo[0] = 'c'; break;
        case S_IFIFO: ftmo[0] = 'p'; break;
    }
    //获取所有者权限
    ftmo[1] = (st.st_mode & S_IRWXU & S_IRUSR)?'r':'-';
    ftmo[2] = (st.st_mode & S_IRWXU & S_IWUSR)?'w':'-';
    ftmo[3] = (st.st_mode & S_IRWXU & S_IXUSR)?'x':'-';
    //获取组内权限
    ftmo[4] = (st.st_mode & S_IRWXG & S_IRGRP)?'r':'-';
    ftmo[5] = (st.st_mode & S_IRWXG & S_IWGRP)?'w':'-';
    ftmo[6] = (st.st_mode & S_IRWXG & S_IXGRP)?'x':'-';
    //获取其他人权限
    ftmo[7] = (st.st_mode & S_IRWXO & S_IROTH)?'r':'-';
    ftmo[8] = (st.st_mode & S_IRWXO & S_IWOTH)?'w':'-';
    ftmo[9] = (st.st_mode & S_IRWXO & S_IXOTH)?'x':'-'; 
    ftmo[10] = '.';
    //硬链接数目
    int linknum = st.st_nlink;
    //文件所有者
    char* uname = getpwuid(st.st_uid)->pw_name; 
    //文件所属组
    char* gname = getgrgid(st.st_gid)->gr_name;
    //文件大小
    size_t fsize = st.st_size;
    //文件日期
        //注意：ctime返回的字符串末尾有换行符，需要处理
    char* ftime = ctime(&st.st_ctime);
    ftime[strlen(ftime)-1] = 0;
    //文件名
    char* fname = fn[1];
    //格式化字符串
    char buf[100] = {0};
    sprintf(buf, "%s %d %s %s %d %s %s", 
            ftmo, linknum, uname, gname, fsize, ftime, fname);
    printf("%s\n", buf);
    return 0;
}

1.2 lstat函数

1.2.1 作用和头文件

• 同stat

1.2.2 函数声明

• int lstat(const char *pathname, struct stat *buf);

1.2.3 特性

• 不穿透（跟踪） 软链接，读到的是软链接的属性信息
• 相当于ls -l 和 rm，操作的是软链接的信息

1.3 access函数

1.3.1 作用

• 测试指定文件是否拥有某种权限

1.3.2 头文件

• #include

1.3.3 原型

• int access(const char *pathname, int mode);

1.3.4 参数

• pathname --> 文件名

• mode --> 权限类别

  • R_OK 是否有读权限
  • W_OK 是否有写权限
  • X_OK 是否有执行权限
  • F_OK 测试一个文件是否存在

1.3.5 返回值

• 0 --> 所有欲查核的权限都通过了检查
• -1 --> 有权限被禁止

1.4 chmod函数

1.4.1 作用

• 改变文件的权限

1.4.2 头文件

• #include

1.4.3 原型

• int chmod( const char *filename, int pmode );

1.4.4 参数

• filename --> 文件名

• pmode --> 权限

  • 必须是一个8进制数

  • 注：可以使用strtol函数将字符串转换为指定进制数 ‘0666’ -> 0666

    • #include
      -long int strtol(const char *nptr, char **endptr, int base); 其中endptr用于测试，可设为0

1.4.5 返回值

• 0 --> 改变成功
• -1 --> 失败

1.5 chown函数

1.5.1 作用

• 改变文件的所有者

1.5.2 头文件

• #include

1.5.3 原型

• int chown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);

1.5.4 参数

• 其中uid 和 gid可以通过 /etc/passwd 获得

• passwd文件应该怎么看

  • man 5 passwd

1.5.5 返回值

• 0 --> 成功
• -1 --> 失败

1.6 truncate函数

1.6.1 作用

• 将参数path 指定的文件大小改为参数length 指定的大小。如果原来的文件大小比参数length大，则超过的部分会被删去。

• 扩展或截断一个文件

  • 假设文件长度为100
  • 第二个参数指定长度为20 ->文件被截断
  • 第二个参数指定长度为300 -> 文件被拓展（空洞文件）

• 与lseek的主要区别是扩展时不需要写入内容

1.6.2 头文件

• #include
• #include

1.6.3 原型

• int truncate(const char *path, off_t length);
• path --> 文件路径
• length --> 指定的文件大小

1.6.4 返回值

• 0 --> 执行成功
• -1 --> 执行失败

1.7 链接

1.7.1 link函数

• 作用：创建一个硬链接
• 头文件：#include
• 原型：int link(const char *oldpath, const char newpath);*

1.7.2 symlink 函数

• 作用：创建一个软连接
• 其他同link

1.7.3 readlink 函数

• **作用：**读软链接对应的文件名，不是读内容
• 读非软链接会失败
  

1.7.4 unlink 函数

• 作用

  • 删除一个文件的目录项并减少它的链接数，若成功则返回0，否则返回-1，错误原因存于errno。
  • 如果想通过调用这个函数来成功删除文件，你就必须拥有这个文件的所属目录的写和执行权限。

• 头文件：#include

• 声明：int unlink(const char *pathname);

• 使用

  • 如果是软链接，删除软链接

  • 如果是硬链接，硬链接数减1，当减为0时，释放数据块和inode

  • 如果文件硬链接数为0，但有进程已打开该文件，并持有文件描述符，则等该进程关闭该文件时，kernel才真正去删除该文件

    • 利用该特性创建临时文件，先open或create创建一个文件，马上unlink此文件

• 示例：使用unlink函数制作一个可以自动删除的临时文件。比如看视频时的缓存文件，看完视频以后自动删除。
  

1.8 rename 函数

• 作用：文件重命名
• 头文件：stdio.h
• 函数原型：int rename(const char oldpath, const char newpath);

2. 目录操作

2.1 chdir 函数

• 作用：修改当前进程的路径，相当于cd 修改当前工作目录，改变程序中打开的路径
• 头文件：#include
• 函数原型：int chdir(const char *path);

2.2 getcwd 函数

• 作用：获取当前进程的工作目录
• 头文件：#include
• 函数原型：char *getcwd(char *buf, size_t size);
• 示例：在当前目录中运行程序，然后在进程中切换目录到上级目录并创建一个chdir.txt文件
  
  

2.3 mkdir 函数

• 作用：创建目录
• 头文件：#include #include
• 函数原型：int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
• 注意：创建的目录需要有执行权限，否则无法进入目录

2.4 rmdir 函数

• 作用：删除一个空目录
• 头文件：#include
• 函数原型：int rmdir(const char *pathname);

2.5 opendir 函数

• 作用：打开一个目录
• 头文件：#include #include
• 函数原型：DIR *opendir(const char *name);
• 返回值
  • 成功返回：DIR结构指针，该结构是一个内部结构，保存所打开的目录信息，作用类似于FILE结构
  • 出错返回：NULL

2.6 readdir 函数

• 作用：读目录
• 头文件：#include
• 函数原型：struct dirent *readdir(DIR *dirp);
• 返回值
  

  • 其中d_type：

    • DT_BLK - 块设备
    • DT_CHR - 字符设备
    • DT_DIR - 目录
    • DT_LNK - 软连接
    • DT_FIFO - 管道
    • DT_REG - 普通文件
    • DT_SOCK - 套接字
    • DT_UNKNOWN - 未知

  • -D_BSD_SOURCE 编译时添加宏定义

2.7 closedir 函数

• 作用：关闭目录
• 头文件：#include #include
• 声明：int closedir(DIR *dirp);
• 示例：使用opendir\readdir\closedir递归获取指定目录下的普通文件个数

#include 
#include 
#include 
#include 

int getFileNum(char* root)
{
    // 打开指定目录
    DIR* dir = opendir(root);
    if(dir == NULL)
    {
        perror("opendir");
        exit(0);
    }

    // 递归读取当前目录的普通文件数目    
    int total = 0;
    char path[1024] = {0};
    struct dirent* ptr = NULL;
    while((ptr = readdir(dir)) != NULL)
    {
        // 过滤掉. 和 ..目录
        if(strcmp(ptr->d_name, ".") == 0 || strcmp(ptr->d_name, "..") == 0)
        {
            continue;
        }
        // 如果当前读取到的是普通文件
        if(ptr->d_type == DT_REG)
        {
            total ++;
        }
        // 如果当前读取到的是目录
        if(ptr->d_type == DT_DIR)
        {
            // 把目录名存储下来，递归调用读取
            sprintf(path, "%s/%s", root, ptr->d_name);
            total += getFileNum(path);
        }
    }
    closedir(dir);
    return total;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 获取指定目录下的普通文件数量
    int total = getFileNum(argv[1]);
    // 打印输出
    printf("%s has file number: %d\n", argv[1], total);
    return 0;
}

3. fcntl 函数

• 作用：根据文件描述符来操作文件的状态

• 头文件：#include

• 函数原型

  • int fcntl（int fd, int cmd）;
  • int fcntl（int fd, int cmd, long arg）;
  • int fcntl（int fd, int cmd, struct flock *lock）;

• 具体功能：

  • 复制一个现有的描述符 – cmd

    • F_DUPFD

  • 获得／设置文件描述符标记 – cmd

    • F_GETFD
    • F_SETFD

  • 获得／设置文件状态标记 – cmd

    • F_GETFL——获取文件状态标记时，arg=0

      • 只读打开 O_RDONLY
      • 只写打开 O_WRONLY
      • 读写打开 O_RDWR
      • 执行打开 O_EXEC
      • 搜索打开目录 O_SEARCH
      • 追加写 O_APPEND
      • 非阻塞模式 O_NONBLOCK

    • F_SETFL——设置文件状态标记时，arg为arg|其他标识

      • 可更改的几个标识
      • O_APPEND
      • O_NONBLOCK

  • 获得／设置异步I/O所有权 – cmd

    • F_GETOWN
    • F_SETOWN

  • 获得／设置记录锁 – cmd

    • F_GETLK
    • F_SETLK
    • F_SETLKW

• 示例：改变已经打开的文件的属性

  • 在文件打开过程中修改读写权限，如果不使用fcntl的话，必须先关闭文件，然后以新的权限打开文件。
  • 打开文件的时候权限为只读；修改文件的只读权限为追加 O_APPEND，指针会自动移到尾部，在文件尾部添加
    

4. dup和dup2函数

• 作用：复制现有的文件描述符 —— 重定向文件描述符

• 头文件：#include

• 声明：

  • int dup(int oldfd);
  • int dup2(int oldfd, int newfd);

• 使用：

  • dup

    • 返回的是文件描述符表中没有占用的最小的文件描述符

  • dup2

    • old 和new不是同一个文件描述符，如果new是一个被打开的文件描述符，在拷贝前先关闭new
    • old和new是同一个文件描述符，不会关掉new，直接返回old

5. 解决gcc编译过程中c99语法报错的问题

• ~/.bashrc
• alias gcc='gcc -std=gnu99'

6. 索引节点inode

保存的其实是实际的数据的一些信息，这些信息称为“元数据”(也就是对文件属性的描述)。

例如：文件大小，设备标识符，用户标识符，用户组标识符，文件模式，扩展属性，文件读取或修改的时间戳，链接数量，指向存储该内容的磁盘区块的指针，文件分类等等。

• 注意数据分成： 元数据+数据本身
• 注意inode怎样生成的： 每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定(现代OS可以动态变化)，一般每2KB就设置一个inode。一般文件系统中很少有文件小于2KB的，所以预定按照2KB分，一般inode是用不完的。所以inode在文件系统安装的时候会有一个默认数量，后期会根据实际的需要发生变化。
• 注意inode号： inode号是唯一的，表示不同的文件。其实在Linux内部的时候，访问文件都是通过inode号来进行的，所谓文件名仅仅是给用户容易使用的。当我们打开一个文件的时候，首先，系统找到这个文件名对应的inode号；然后，通过inode号，得到inode信息，最后，由inode找到文件数据所在的block，现在可以处理文件数据了。
• inode和文件的关系： 当创建一个文件的时候，就给文件分配了一个inode。一个inode只对应一个实际文件，一个文件也会只有一个inode。inodes最大数量就是文件的最大数量。
• FILE* fp = open(“file”);