apue学习第八天——文件和目录（第四章）

接下来几章，打算不追究函数细节，快速通过。

第四章，讲的主要是文件系统，着重讨论文件和目录的性质，当然啦，我们围绕着一个贯穿全局的stat structure，纵观一个文件的all attributes并详细说明。当然啦，还是那句话，不过细的追究具体函数，用到再查嘛！

好啦，要想知道一个file的信息结构，UNIX在#include <sys/stat.h>中提供了一个很好的system call — stat。stat成功返回int 0，否则返回-1，用法是这样的：

#include <sys/stat.h>  
#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>  
  
int main() {  
    struct stat buf;  
    stat("/etc/hosts", &buf);  
    printf("/etc/hosts file size = %d\n", buf.st_size);  
}  

类似的fstat，fstatat，lstat不多说，用到再查。但代码中有个重中之重，就是struct stat，它的各个属性就是我们今天需要一个一个阐明的，来看定义：

struct stat {
    mode_t st_mode; /* file type & mode (permissions) */
    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 */
};

仔细看后面的解释，发现这个structure保存了一个文件所需要的几乎所有信息，nice，现在开始~

1.st_mode: file type & mode (permissions)
首先啊，这个文件类型包括很多：regular file普通文件、directory file目录文件、block special file（block当然是提供对设备带缓冲的访问）、character special file（character一个一个的当然是不带缓冲的访问）、FIFO（named pipe命名管道，进程间通信用的，以后会讲到的）、socket、symbolic link。乱七八槽的什么都有，还真符合那句话：everything is a file！

2.st_uid st_gid——real user ID, effective user ID 和 saved set-user-ID
第一个大头来啦，UNIX系统中这三个ID可谓开始的时候可谓让我头疼至极，当然，现已被攻破，来看：

书上说，real user ID: who we really are; effective user ID: used for file permission checks; saved set-user-ID: saved by exec functions。宏观上解释了这三个ID是用来干什么的，但具体用法我们来做进一步阐述。这里要注意，这些ID都是与进程相关的，和文件本身都没有关系；结构体stat中的st_uid和st_gid才和文件有关系。

首先做一个大环境假设：你的电脑是一个server，以superuser（也就是root啦，root ID=0）权限运行着。

好啦，接下来我们在几个假设的场景示例下看这三个ID是如何工作的：

(1)有一个用户叫blitz（或者叫进程blitz），他已经登录系统，他想修改自己的登录密码，来看看具体细节：

用户blitz希望修改自己的账户密码，比如通过passwd类似的进程来达到目的（先不管其它的，暂定这个effective user ID=500）。但是我们知道安全起见，password file只有superuser可以对它进行写操作，而blitz又不是superuser，这可怎么办呢？UNIX系统是这样解决的，在st_mode中有一位叫set-user-ID bit，它允许进程执行此文件时以该文件所有者的ID（也就是st_uid）执行此文件。所以，password file的st_uid是superuser，但它的中t_mode设置了set-user-ID bit，所以当blitz想要修改密码时，这个进程的effective ID被设置成了superuser，那么就获得了对该文件写的权限，修改完成后，它的effective ID又被还原回去了。

(3)可能有人看了第一个场景示例会问，系统怎么知道blitz要修改哪个账户呢？

这就需要real user ID了，登录的时候，blitz输入了自己的用户名和密码，那么此时real user ID就是blitz（我们暂且用500来表示这个ID），那么修改密码的时候只要简单验证一下，只提供uid=500账户的修改权限就可以了。因为修改密码的进程是由blitz启动的，这就是为什么说通常情况下real user ID和effective user ID相等了。

(3)用户blitz想要打开server上的一个文件：

这就涉及到了kernel的file access permission test（文件访问权限测试），它用来测试一个进程是不是有权限打开或者删除一个文件。首先，blitz进程是一个普通用户（ID非0），如果是superuser的话当然可以直接访问，不是的话只好继续看它的effective ID是否等于文件的st_uid；幸运的话，blitz进程的effective ID 正好和文件的st_uid相等，那么就继续看具体的访问权限了：是读、写还是执行？（这三种访问权限分别由<sys/stat.h>中的access permission bits S_IRUSR, S_IWUSR, S_IXUSR控制，对于group和other还各有三个，一共9个，用法和user的相同）。这样，blitz的访问测试就完成了。

还有几个函数的功能说一下：

对一个给定文件，如果一个进程只是想验证一下有没有权限访问它，access来解决；

创建文件时想设置文件权限，调用umask（它返回previous file mode creation mask），是少数几个没有出错返回的函数之一；

chmod可以改变一个文件的访问权限（只有effective ID=st_uid或者用户是superuser时候可以改变）；

我在开始的时候，chown和chmod搞不清，现在很清楚了，chown改变的文件的st_uid或st_gid，而chmod改变的是st_mode中的访问权限嘛！

OK，上面说的就是关于用户ID和用户访问的问题了，设计得很精妙吧！

3.sticky bit

看一个比较有意思的东西，粘着位：

首先，因为虚拟存储系统和快速文件系统的存在，sticky bit已经不用了，但SUS允许针对目录设置sticky bit。stick bit是早期的时候，由于文件的各数据块是散乱存放的，而交换区是连续的，所以可以通过设置sticky bit来把程序的正文部分的副本保存在交换区以更快的载入内存。时过境迁呀！

4.st_size

文件长度，通常是一个数的整数倍，如16或者512，普通文件的长度可以是0.

du命令（disk usage）可以查看一个文件占用的磁盘空间。

关于文件截断，打开文件时使用O_TRUNC，如果截断为length，那么length之后的位将不可访问。当然截断为0的话意味着清空文件啦。

5.st_atime, st_mtime, st_ctime

这三个代表着access，modification，change的时间。SUS 2008版将stat中时间的精度提高到nanosecond（纳秒）。

下面几个函数可以更改一个文件的访问时间和修改时间：futimens, utimensat, utimes（这里u是update的意思，其他自己拆开看就知道了），采用70年以来的秒数，不足一秒用纳秒表示，具体的就不说啦。

晚上十一点啦，今天的就到这里，明天说一下文件系统，那么第四章也就结束啦！