《Unix环境高级编程》读书笔记第4章-文件和目录

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《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：
若进程的有效用户ID是0（超级用户），则运行访问
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。
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。
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：
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:
硬链接通常要求链接和文件位于同一个文件系统中
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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《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：

2. 函数stat、fstat、fstatat、lstat

3. 文件类型

4. 设置用户ID（SUID） 和 设置组ID（SGID）

5. 文件访问权限

6. 新文件和新目录的所有权

7. 函数access 和 faccessat

8. 函数umask

9. 函数chmod、fchmod和fchmodat

10. 粘着位（Sticky bit）

11. 函数chown、fchown、fchownat和lchown

12. 文件长度

13. 文件截断

14. 文件系统

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

16. 函数rename和renameat

17. 符号链接（软链接）

18. 创建和读取符号链接

19. 文件的时间

20. 函数futimens、utimensat、utimes

21. 函数mkdir、mkdirat、rmdir

22. 读目录

23. 函数chdir、fchdir、getcwd

24. 设备特殊文件

25. 文件访问权限位小结

《Unix环境高级编程》读书笔记第4章-文件和目录

4. 设置用户ID（SUID）和设置组ID（SGID）