《apue》读书笔记 第四章 文件和目录(3)

第四章 文件和目录

13.文件系统

我们可以把一个磁盘分成一个或多个分区，每个分区可以包含一种文件系统。

i节点是固定长度的记录项，它包含有关文件的大部分信息。

1.每个i节点中都有一个连接计数，其值是指向该 i节点的目录项数。只有当连接计数减少为0时，才可删除该文件(也就是可以释放该文件占用的数据块)。所以“解除对一个文件的连接”操作并不总是意味着“释放该文件占用的磁盘块”。这也是删除一个目录项的函数被称之为unlink而不是delete的原因。stat结构中st_nlink成员包含了连接计数，其基本系统数据类型是nlink_t。这种连接类型称之为硬连接。POSIX.1常数LINK_MAX指定了一个文件连接数的最大值。

2.另外一种连接类型称之为符号连接（symbolic link） 。对于这种连接，该文件的实际内容(在数据块中)包含的实际是该符号连接所指向的文件的名字。

3.i节点包含了所有与文件有关的信息：文件类型、文件存取许可权位、文件长度和指向该文件所占用的数据块的指针等等。stat结构中的大多数信息都取自i节点。只有两项数据存放在目录项中：文件名和i节点编号数。i节点编号数的数据类型是ino_t。

4.因为目录项中的i节点编号数只能指向同一文件系统中的 i节点，不能使一个目录项指向另一个文件系统的i节点。所以ln(1)命令创建的硬链接（构造一个指向一个现存文件的新目录项），不能跨越文件系统！

5.当在不更改文件系统的情况下为一个文件重新命名（移动）时，该文件的实际内容并未移动，只是构造了一个指向已有 i节点的新目录项，同时删除原来名字对应的老目录项。

例如，将文件 /usr/lib/foo重命名为/usr/foo。若目录/usr/lib和/usr在同一文件系统上，则文件foo的内容无需移动。这也是mv(1)命令的通常操作方式（因此我们会发现，在一个分区的文件系统中移动一个很大的文件，速度也非常地快）。

我们创建一个目录：

mkdir testdir

××任何叶子目录（也就是不包含任何其他目录的目录）的连接计数都为2，一个是命名该目录的目录项..（即父目录），一个是该目录中的. 项。

14.link，unlink，remove，以及rename函数

link

任何一个文件可以有多个目录项指向其 i节点。创建一个向现存文件连接的方法是使用link函数。函数声明如下：

 #include <unistd.h>
 int link(const char *existingpath, const char *newpath);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1 

此函数创建一个引用现存文件existingpath的新目录项newpath。如若newpath已经存在，则返回出错。另外，创建新目录项以及增加连接计数是个原子操作。只有超级用户进程可以创建指向一个目录的新连接，因为这样做可能在文件系统中成循环。

ulink

为了删除一个现存的目录项，可以调用unlink函数。其声明如下：

 #include <unistd.h>
 int unlink(const char *pathname);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1

此函数删除目录项，并将由pathname所引用的文件的连接计数减1。如果该文件还有其他连接，则仍可通过其他连接存取该文件的数据。如果出错，则不对该文件作任何更改。为了解除对文件的连接，必须对包含该目录项的目录具有写和执行权限。如果对该目录设置了粘滞位（参见前面），则对该目录必须具有写许可权，并且具备下面三个条件之一：
a)拥有该文件。
b)拥有该目录。
c)具有超级用户优先权。

unlink一个文件的时候，如果文件link数大于0，则不删除，如果link数等于0则删除。另外，如果link数等于0了，还有进程再打开这个文件，那么内容先不删除（尽管这时候在目录看不见那个目录了），等关闭文件的时候，内核会检查link数目为0了才删除。也就是，首先内核检查引用文件的进程计数，如果为0，则再检测链接计数，链接计数也为0了，就删除文件内容。

例子：打开一个文件之后再将它unlink

 #include "apue.h"
 #include <fcntl.h>
 int main(void)
 {
     if (open("tempfile", O_RDWR) < 0)
         err_sys("open error");
     if (unlink("tempfile") < 0)
         err_sys("unlink error");
     printf("file unlinked\n");
     sleep(15);
     printf("done\n");
     exit(0);
 }

虽然unlink了，但是因为程序还在打开文件，所以文件内容没有被删除，利用上面这个代码的特性，我们在创建或打开一个临时文件之后，马上调用ulink，这样，当程序崩溃的时候，它所创建的临时文件也不会遗留下来。

利用ulink的特性进行文件恢复

利用这个特性，我们也可以恢复一些被删除的文件（前提是文件还有其他进程在使用）。例如我们要恢复一个被删除的文件test_recover，如下:
a)查看当前文件：

 $ ls
 test_recover test_recover2

 $less test_recover
 goodfile
 it is very good!!
 it is used to test how to recover a deleted file with lsof.

这时候，文件还处于没有删除的状态,在这个状态下，我们使用less打开了文件,并把less置于后台。

b)删除文件test_recover

 $rm test_recover

 $ ls
 test_recover2

这样，我们已经将文件删除，但是由于less还在运行，所以这个文件虽然我们看不见了，但是less不知道它删除了，less还是可以对文件进行读写的，也就是说这个文件的数据实际还存在于磁盘上。

c)查看删除的文件的信息：

 $lsof |grep test_recover
 less 22197 quietheart 4r REG  8,8  87  1837925 /home/quietheart/test/lsof_test/test_recover (deleted)

这里，通过lsof我们可以看到被删除的文件的信息。

d)根据删除文件的信息恢复删除的文件：

 $cd /proc/22197/fd
 $ ls
 0  1  2  3  4

 $cat 4
 goodfile
 it is very good!!
 it is used to test how to recover a deleted file with lsof.

 $ cat 4 >/home/quietheart/test/lsof_test/test_recover
 $ cd /home/quietheart/test/lsof_test/
 $ ls
 test_recover  test_recover2
 $ cat test_recover
 goodfile
 it is very good!!
 it is used to test how to recover a deleted file with lsof.

根据前面lsof的信息，我们知道，被删除的文件实际就是less程序的文件描述符号4，根据此我们确定了要恢复的文件。使用cat对文件进行恢复。

对于许多应用程序，尤其是日志文件和数据库，这种恢复删除文件的方法非常有用。

如前面所述，再总结一下，这样可以恢复文件，其原理是：

当进程打开了某个文件时，只要该进程保持打开该文件，即使将其删除，它依然存在于磁盘中。当文件删除时，进程并不知道文件已经被删除，它仍然可以向打开该文件时提供给它的文件描述符进行读取和写入。除了该进程之外，这个文件是不可见的，因为已经删除了其相应的目录索引节点。

在/proc 目录下，其中包含了反映内核和进程树的各种文件。/proc目录挂载的是在内存中所映射的一块区域，所以这些文件和目录并不存在于磁盘中，因此当我们对这些文件进行读取和写入时，实际上是在从内存中获取相关信息。大多数与 lsof 相关的信息都存储于以进程的 PID 命名的目录中，即 /proc/1234 中包含的是 PID 为 1234 的进程的信息。每个进程目录中存在着各种文件，它们可以使得应用程序简单地了解进程的内存空间、文件描述符列表、指向磁盘上的文件的符号链接和其他系统信息。lsof 程序使用该信息和其他关于内核内部状态的信息来产生其输出。所以lsof 可以显示进程的文件描述符和相关的文件名等信息。也就是我们通过访问进程的文件描述符可以找到该文件的相关信息。当系统中的某个文件被意外地删除了，只要这个时候系统中还有进程正在访问该文件，那么我们就可以通过lsof从/proc目录下恢复该文件的内容。

如果被unlink的pathname是symbolic link,那么仅仅将symbolic link移除，并没有方法来移除对应的文件。超级用户可以对目录进行unlink，但是一般最好不这么做，应当用rmdir，后面会讲到。

remove

我们也可以用remove解除对一个文件或目录的连接。对于文件，remove的功能与unlink相同。对于目录，remove的功能与rmdir相同。其声明如下：

 #include <stdio.h>
 int remove(const char *pathname);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1

rename

rename用来重新命名一个文件或者目录，声明如下：

 #include <stdio.h>
 int rename(const char *oldname, const char *newname);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1

其执行有如下情况：
a.如果oldname是一个文件，不是目录，那么我们会把相应的文件或者符号链接重新命名。这时候，如果newname存在，那么它不能是一个目录的引用。如果newname存在，并且不是一个目录，那么会先将newname删除，然后把oldname重新命名为newname.我们必须具有包含oldname以及newname的目录的写权限。

b.如果oldname是一个目录，那么将会给一个目录重新命名。如果newname存在，它必须是一个目录的引用，并且这个目录必须为空。如果newname存在，并且是一个空目录，那么会被移除，然后将oldname重新命名为newname.另外，当我们重新命名一个目录的时候，newname不能包含oldname作为其路径前缀。例如，我们不能重新命名/usr/foo为/usr/foo/testdir.

c.如果一个oldname或者newname是一个符号链接的引用，那么这些链接会被处理，而不是相应的文件。

d.对于一特殊的情况，若oldname和newname引用相同的文件，那么函数返回成功，并且不会改变任何东西。

15.符号链接

硬链接的局限性：
a硬链接和文件必须在同一个文件系统之下。
b只有超级用户才能够创建目录的硬链接。

而符号链接则没有以上限制，符号链接是不能用rmdir来删除的，因为它是一个文件，不是目录。用rm -r 也是只删除了这个链接本身。
当使用以名字引用一个处理文件的函数时，应当知道该函数是否能够处理符号连接。也就是这个函数是否跟随符号连接到达它所连接的文件，然后对被连接的文件进行正确地操作，而不是指向文件的链接本身。

16.symlink和readlink函数

symlink函数创建一个符号连接。声明如下：

 #include <unistd.h>
 int symlink(const char *actualpath, const char *sympath);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1

该函数创建了一个指向actualpath的新目录项sympath，在创建此符号连接时，并不要求actualpath已经存在。并且，actualpath和sympath不必位于同一文件系统中。

因为open函数跟随符号连接，所以需要有一种方法打开该连接本身，并读取该连接中的名字。readlink函数提供了这种功能。声明如下：

 #include <unistd.h>
 ssize_t readlink(const char* restrict pathname, char *restrict buf, size_t bufsize);
 返回：如果成功返回读取的字节数目；错误返回-1

此函数组合了open, read和close的所有操作。如果成功，则返回读入buf的字节数。在buf中返回的符号连接的内容不以null字符终止。

17.文件的时间

文件有三种和时间相关的属性：

atime:访问时间。记录最后一次，例如执行exec,或者read,或者创建文件(非截断创建)的时候的时间。

mtime:内容改变时间。记录最后一次文件内容改变的时间。

ctime:状态改变时间。记录最后一次文件索引信息改变的时间，例如:文件名称，大小，链接数目，等一般在stat中的信息的改变。

这里，内容改变时间(st_mtime )和状态改变时间(st_ctime)是不同的：内容改变时间是文件内容最后一次被修改的时间；状态改变时间是该文件的 i节点最后一次被修改的时间。

因为有很多操作，它们只影响到i节点，但并没有更改文件的实际内容：文件的存取许可权、用户ID、连接数等等。而i节点中的所有信息都是与文件的实际内容分开存放的，所以，除了文件数据改变时间以外，还需要状态改变时间。

另外，系统并不保存对一个 i节点的最后一次存取时间，所以access和stat函数并不更改这三个时间中的任一个。下表给出之前讲过的各种函数对这三个时间的作用。

注意，目录是包含目录项（即目录下文件的文件名以及相关i节点编号）的文件，所以对目录项的增加，删除，修改都会影响到目录的3个时间。

18.utime函数

我们可以使用utime函数来修改文件的访问时间和内容修改时间。其声明如下：

 #include <utime.h>
 int utime(const char *pathname, const struct utimbuf *times);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1

这里，utimbuf结构定义如下：

 struct utimbuf {
 time_t actime;   /*access time*/
 time_t modtime;  /*modification time*/
 };

此结构中的两个时间值是日历时间（即1970年1月1日，00:00:00至今的秒数）。此函数的操作以及执行它所要求的优先权取决于参数times是否为NULL。

(a) 如果times是空指针，则存取时间和修改时间两者都设置为当前时间。此操作必须满足下列两条件之一：进程的有效用户ID必须等于该文件的所有者ID；进程对该文件必须具有写许可权。

(b) 如果times非空，则存取时间和修改时间被设置为times所指向的结构中的值。此时，进程的有效用户ID必须等于该文件的所有者ID，或者进程必须是一个超级用户进程。对文件只具有写许可权是不够的。

注意，我们不能对更改状态时间st_ctime指定一个值，当调用utime函数时，此字段被自动更新。

19.mkdir和rmdir函数

mkdir函数可以创建一个目录，其声明如下：

 #include <sys/stst.h>
 int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1

对于目录，要至少设置一个执行权限位，以允许访问该目录中的文件名。

空目录通过函数rmdir被删除。这里空目录表示目录里面只有”.”和”..”目录项。声明如下：

 #include <unistd.h>
 int rmdir(const char *pathname);
 返回：如果成功返回0，如果错误返回-1

如果此调用使目录的连接计数变成0，并且也没有其他进程打开此目录，则释放此目录所占空间。如果在连接计数达到0时，有一个或几个进程打开了此目录，则在此函数返回前删除最后一个连接及. 和.. 项，另外，在此目录中不能再创建新文件。在最后一个进程关闭它之前并不释放此目录（即使某些进程打开该目录，这些进程在此目录下也不能执行其他操作，因为为使rmdir函数成功执行，该目录必须为空）。