Linux stat函数和stat命令

stat函数和stat命令

linux文件里的【inode = index node】解释：要理解inode必须了解磁盘和【目录项】，inode实际是连接【目录项】和磁盘的中间物质。

• 图里的大圈代表硬件的磁盘，里面的小圈代表某个文件存储在磁盘上了。

• 【inode = index node】的node（承载node信息的结构体是：stat，stat的定义在后面 ）里面有：

  • 文件大小
  • 文件的最后修改时间
  • 文件的所属用户
  • 文件的权限
  • 硬链接计数(ls -l 显示出来的数字)
  • 块位置：指定文件存储在磁盘的具体位置。

• 下图中的hello是个普通文件，hello.hard是hello的硬链接

• 文件夹里放的就是每个文件的【目录项】如下图，【目录项】里有：

  • 文件名
  • 该目录项的大小
  • 文件的类型
  • inode

• 如何查看文件的【inode】呢？使用【-i】选项

  ls -li 文件名
  

  执行结果：

  ys@ys-VirtualBox:~/lianxi1$ ls -li hello hello.hard 
  3801352 -rw-rw-r-- 2 ys ys 0 4月  24 11:01 hello
  3801352 -rw-rw-r-- 2 ys ys 0 4月  24 11:01 hello.hard
  

  发现hello和hello.hard的inode（3801352）是相同的，也就说明了，只在磁盘上存了一份。

• 如何查看目录项呢？用emacs或者vim打开目录（lianxi1），截图如下。但是看不到文件的【inode】。

1，stat函数：取得指定文件的文件属性，文件属性存储在结构体stat里。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
int fstat(int fd, struct stat *statbuf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

struct stat 结构体：

struct stat {
               dev_t     st_dev;         /* ID of device containing file */
               ino_t     st_ino;         /* Inode number */
               mode_t    st_mode;        /* File type and mode */
               nlink_t   st_nlink;       /* Number of hard links */
               uid_t     st_uid;         /* User ID of owner */
               gid_t     st_gid;         /* Group ID of owner */
               dev_t     st_rdev;        /* Device ID (if special file) */
               off_t     st_size;        /* Total size, in bytes */
               blksize_t st_blksize;     /* Block size for filesystem I/O */
               blkcnt_t  st_blocks;      /* Number of 512B blocks allocated */

               /* Since Linux 2.6, the kernel supports nanosecond
                  precision for the following timestamp fields.
                  For the details before Linux 2.6, see NOTES. */

               struct timespec st_atim;  /* Time of last access */
               struct timespec st_mtim;  /* Time of last modification */
               struct timespec st_ctim;  /* Time of last status change */

           #define st_atime st_atim.tv_sec      /* Backward compatibility */
           #define st_mtime st_mtim.tv_sec
           #define st_ctime st_ctim.tv_sec
           };

• st_dev：设备ID，不太常用

• st_ino：【inode】，【inode】是啥？不知道就看上面关于【inode】的解释

• st_mode：文件的类型和权限，共16位，如下图。

  • 0-11位控制文件的权限

  • 12-15位控制文件的类型

  0-2比特位：其他用户权限

  3-5比特位：组用户权限

  6-8比特位：本用户权限

  9-11比特位：特殊权限

  12-15比特位：文件类型（因为文件类型只有7中，所以用12-14位就够了

文件类型的宏如下（下面的数字是8进制）：

• S_IFSOCK 0140000 socket
• S_IFLNK 0120000 symbolic link（软连接）
• S_IFREG 0100000 regular file（普通文件）
• S_IFBLK 0060000 block device（块设备文件）
• S_IFDIR 0040000 directory（目录）
• S_IFCHR 0020000 character device（字符设备文件）
• S_IFIFO 0010000 FIFO（管道）

判断文件类型的函数，返回true，false       
   S_ISREG(stat.st_mode)  is it a regular file?
   S_ISDIR(stat.st_mode)  directory?
   S_ISCHR(stat.st_mode)  character device?
   S_ISBLK(stat.st_mode)  block device?
   S_ISFIFO(m) FIFO (named pipe)?
   S_ISLNK(stat.st_mode)  symbolic link?  (Not in POSIX.1-1996.)
   S_ISSOCK(stat.st_mode) socket?  (Not in POSIX.1-1996.)

文件权限的宏如下：

       S_ISUID     04000   set-user-ID bit
       S_ISGID     02000   set-group-ID bit (see below)
       S_ISVTX     01000   sticky bit (see below)

       S_IRWXU     00700   owner has read, write, and execute permission
       S_IRUSR     00400   owner has read permission
       S_IWUSR     00200   owner has write permission
       S_IXUSR     00100   owner has execute permission

       S_IRWXG     00070   group has read, write, and execute permission
       S_IRGRP     00040   group has read permission
       S_IWGRP     00020   group has write permission
       S_IXGRP     00010   group has execute permission

       S_IRWXO     00007   others (not in group) have read,  write,  and
                           execute permission
       S_IROTH     00004   others have read permission
       S_IWOTH     00002   others have write permission
       S_IXOTH     00001   others have execute permission

• st_nlink：硬连接计数

• st_uid：这个文件所属用户的ID

• st_gid：这个文件所属用户的组ID

• st_rdev：特殊设备的ID，不太常用

• st_size：文件的大小

• st_blksize：不明是干啥的

• st_blocks：不明是干啥的

• struct timespec st_atim：最后访问的时间

• struct timespec st_mtim：最后修改的时间

• struct timespec st_ctim：最后状态改变的时间

  struct timespec {
  	__kernel_time_t	tv_sec;	 /* seconds */当前时间到1970.1.1 00:00:00的秒数
  	long		tv_nsec;	/* nanoseconds *//纳秒数（不知道从哪到哪的）
  };
  1s  秒   = 1000ms 毫秒
  1ms 毫秒 = 1000us 微秒
  1us 微秒 = 1000ns 纳秒
  

pathname：文件名

返回值：0代表成功；-1代表失败，并设置error

例子：statbuf是结构体stat，可以看出来st_mode是个10进制的数字。

• st_mode

  用gdb显示st_mode，发现返回的st_mode是个10进制的数字，用gdb的【p/o】(o代表用8进制表示)命令把10进制的33204转换成了8进制的【0100664】，第一个0代笔是8进制，后三位的【100】代表文件类型，从上面的说明可以看出来【100】代表普通文件，最后三位的【664】代表这个文件的权限（本用户：rw-，组用户：rw-，其他用户：r--）。所以从st_mode里就可以得知文件的类型和权限设置（只使用了16个比特位，真的好节省空间，牛逼！）

• st_uid

• st_gid

  发现st_uid和st_gid是1000，但这个1000怎么和用户对应上呢，查看/etc/passwd文件，发现用于ys的uid和gid都是1000，所以就对应上了。

stat命令，是stat函数对应，执行结果如下：

ys@ys-VirtualBox:~/lianxi1$ stat hello
  File: hello
  Size: 11        	Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 801h/2049d	Inode: 3801352     Links: 2
Access: (0764/-rwxrw-r--)  Uid: ( 1000/      ys)   Gid: ( 1000/      ys)
Access: 2019-04-24 17:02:39.199461489 +0800
Modify: 2019-04-24 16:54:16.407461489 +0800
Change: 2019-04-24 17:03:44.927461489 +0800

2，getpwuid函数：返回/etc/passwd文件里指定uid的行，把这一行的信息放入结构体passwd中。虽然返回值是指针，但不需要调用free函数。

#include <sys/types.h>
#include <pwd.h>
struct passwd *getpwnam(const char *name);
struct passwd *getpwuid(uid_t uid);

struct passwd {
  char   *pw_name;       /* username */
  char   *pw_passwd;     /* user password */
  uid_t   pw_uid;        /* user ID */
  gid_t   pw_gid;        /* group ID */
  char   *pw_gecos;      /* user information */
  char   *pw_dir;        /* home directory */
  char   *pw_shell;      /* shell program */
};

3，getgrgid函数：返回/etc/group文件里指定gid的行，把这一行的信息放入结构体group中。虽然返回值是指针，但不需要调用free函数。

#include <sys/types.h>
#include <grp.h>
struct group *getgrnam(const char *name);
struct group *getgrgid(gid_t gid);

struct group {
  char   *gr_name;        /* group name */
  char   *gr_passwd;      /* group password */
  gid_t   gr_gid;         /* group ID */
  char  **gr_mem;         /* NULL-terminated array of pointers
                             to names of group members */
};

4，localtime函数：传入从stat函数里得到的st_mtim.tv_sec(当前时间到1970.1.1 00:00:00的秒数)，得到结构体tm。虽然返回值是指针，但不需要调用free函数。

#include <time.h>
struct tm *localtime(const time_t *timep);
struct tm {
  int tm_sec;    /* Seconds (0-60) */
  int tm_min;    /* Minutes (0-59) */
  int tm_hour;   /* Hours (0-23) */
  int tm_mday;   /* Day of the month (1-31) */
  int tm_mon;    /* Month (0-11) */
  int tm_year;   /* Year - 1900 */
  int tm_wday;   /* Day of the week (0-6, Sunday = 0) */
  int tm_yday;   /* Day in the year (0-365, 1 Jan = 0) */
  int tm_isdst;  /* Daylight saving time */
};

5，lstat函数：stat碰到软链接，会追述到源文件，穿透；lstat并不会穿透。

例子：模仿ls -l 文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pwd.h>//getpwuid
#include <stdlib.h>
#include <time.h>//localtime
#include <grp.h>//getgrgid

int main(int argc, char* argv[]){

  struct stat sbuf;
  //stat(argv[1], &sbuf);
  lstat(argv[1], &sbuf);

  char str[11] = {0};
  memset(str, '-', (sizeof str - 1));
    
  //文件类型
  if(S_ISREG(sbuf.st_mode))  str[0] = '-';
  if(S_ISDIR(sbuf.st_mode))  str[0] = 'd';
  if(S_ISCHR(sbuf.st_mode))  str[0] = 'c';
  if(S_ISBLK(sbuf.st_mode))  str[0] = 'b';
  if(S_ISFIFO(sbuf.st_mode)) str[0] = 'p';
  if(S_ISLNK(sbuf.st_mode))  str[0] = 'l';
  if(S_ISSOCK(sbuf.st_mode)) str[0] = 's';

  //本用户的文件权限
  if(sbuf.st_mode & S_IRUSR) str[1] = 'r';
  if(sbuf.st_mode & S_IWUSR) str[2] = 'w';
  if(sbuf.st_mode & S_IXUSR) str[3] = 'x';
  
  //本用户的组的文件权限
  if(sbuf.st_mode & S_IRGRP) str[4] = 'r';
  if(sbuf.st_mode & S_IWGRP) str[5] = 'w';
  if(sbuf.st_mode & S_IXGRP) str[6] = 'x';
  
  //其他用户的文件权限
  if(sbuf.st_mode & S_IROTH) str[7] = 'r';
  if(sbuf.st_mode & S_IWOTH) str[8] = 'w';
  if(sbuf.st_mode & S_IXOTH) str[9] = 'x';

  char ymd[20] = {0};
  //取得日期和时间
  struct tm* tm = localtime(&sbuf.st_atim.tv_sec);
  sprintf(ymd, "%2d月  %2d %02d:%02d", tm->tm_mon + 1, tm->tm_mday,
	  tm->tm_hour + 1,tm->tm_sec);
    
  //-rw-r--r-- 1 ys ys 134 4月  25 09:21 st2.c
  printf("%s %ld %s %s %ld %s %s
", str, sbuf.st_nlink,
	 getpwuid(sbuf.st_uid)->pw_name, getgrgid(sbuf.st_gid)->gr_name,
	 sbuf.st_size, ymd, argv[1]);
  return 0;
}

6，access函数：判断调用程序的用户对于指定文件的权限（可读？可写？可执行？）

#include <unistd.h>
int access(const char *pathname, int mode);

• pathname：文件
• mode
  • R_OK：可读？
  • W_OK：可写？
  • X_OK：可执行？
  • F_OK：文件存在？
• 返回值
  • 查询的权限存在或者文件存在：返回0。
  • 查询的权限不存在或者文件不存在：返回-1。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>//access

int main(int argc, char* argv[]){
  if(access(argv[1], R_OK) == 0)
    printf("read ok
");
  if(access(argv[1], W_OK) == 0)
    printf("write ok
");
  if(access(argv[1], X_OK) == 0)
    printf("exe ok
");
  if(access(argv[1], F_OK) == 0)
    printf("exists
");
}

• 先用ls -l 查看/usr/include/time.h文件的权限，结果如下

  ys@ys-VirtualBox:~/lianxi$ ls -l /usr/include/time.h
  -rw-r--r-- 1 root root 10360 4月  17  2018 /usr/include/time.h
  

• 用ys用户执行例子程序，查看/usr/include/time.h文件,结果如下。因为time.h是属于root用户的，对于其他用户来说是[r--]，所以得出下面的结果。

  ys@ys-VirtualBox:~/lianxi$ ./ac /usr/include/time.h
  read ok
  exists
  

• 还是用ys用户执行，但是加上sudo，结果如下。发现结果和root用户相同。因为加了sudo，就编程了root用户。

  ys@ys-VirtualBox:~/lianxi$ sudo ./ac /usr/include/time.h
  [sudo] password for ys: 
  read ok
  write ok
  exists
  

7，truncate函数：截断文件和扩展文件的大小

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int truncate(const char *path, off_t length);

• path：文件
• length：
  • length大于原来文件的大小，则扩展文件的大小至length
  • length小于原来文件的大小，则截断文件的大小至length

8，link函数：创建硬链接

#include <unistd.h>
int link(const char *oldpath, const char *newpath);

返回值：成功返回0，失败返回-1，并设置errno。

9，symlink函数：创建软链接

#include <unistd.h>
int symlink(const char *target, const char *linkpath);

返回值：成功返回0，失败返回-1，并设置errno。

10，readlink函数：找到软链接对应的实际文件，把文件的名字放入buf里。注意：硬链接不行。

#include <unistd.h>
ssize_t readlink(const char *pathname, char *buf, size_t bufsiz);

返回值：成功返回写入buf的字节数，失败返回-1，并设置errno。

11，unlink函数：删除软硬链接，也可以删除文件。

#include <unistd.h>
int unlink(const char *pathname);

返回值：成功返回0，失败返回-1，并设置errno。

有个特殊用法：下面的open代码想要创建hello文件，然后直接用unlink删除，但是能写入成功，ret是大于0的，程序执行完，发现没有做成hello文件。

结论：当执行unlink后，计数为0后，但，发现别的进程还引用这个文件，这个时间点，unlink不会删除这个文件，等这个进程结束后，再删除，所以下面的write代码能够写入成功。
利用这个特点可以实现：在线观看视频时，实际是把视频文件下载到了本地（然后代码里，使用unlink），看完后视频文件的计数为0，就自动删除了，不怕视频被泄露出去。

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(){
  int fd = open("hello", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
  unlink("hello");
  int ret = write(fd, "aaa", 4);
  if(ret > 0){
    printf("write OK
");
  }
  
}

12，chown函数：改变文件的所属用户和组

#include <unistd.h>
int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);

• pathname：文件
• owner：用户ID（数字的）/etc/passwd
• group：组ID（数字的）/etc/group
• 返回值：0成功，-1失败。

13，rename函数：重命名

#include <stdio.h>
int rename(const char *oldpath, const char *newpath);

• oldpath ：原来的文件名后者目录
• newpath：新的文件名后者目录
• 返回值：0成功，-1失败。

14，getcwd函数：获得当前工作的目录

#include <unistd.h>
char *getcwd(char *buf, size_t size);

• buf：当前工作的目录
• size：缓冲区大小
• 返回值：
  • 成功返回当前工作的目录
  • 失败返回NULL

15，chdir函数：改变进程的工作目录

#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);

• path：目标工作目录
• 返回值：0成功，-1失败

16，mkdir函数：创建目录

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);

• pathname：目标工作目录
• mode：mode & ~umask & 0777 。注意,如果没有x权限，则无法cd进入这个目录。
• 返回值：0成功，-1失败

17，rmdir函数：删除目录，目录必须是空目录，也就是里面没有任何文件。

#include <unistd.h>
int rmdir(const char *pathname);

18，opendir函数：打开目录

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);

• name：目录名
• 返回值：a pointer to the directory stream

19，readdir函数：读目录

#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);

struct dirent {
  ino_t          d_ino;       /* Inode number */
  off_t          d_off;       /* Not an offset; see below */
  unsigned short d_reclen;    /* Length of this record */
  unsigned char  d_type;      /* Type of file; not supported
                                 by all filesystem types */
  char           d_name[256]; /* Null-terminated filename */
};

• dirp：opendir函数的返回值
• 返回值：结构体dirent，可以理解成最上面说的【目录项】
  • NULL代表读到末尾或者有错误
  • NULL以外代表目录项的内容

20，closedir函数：关闭目录

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);

• dirp：opendir函数的返回值

21，strerron函数：打印出errno对应的文字信息。

#include <string.h>
char *strerror(int errnum);

• errnum的宏放在文件：/usr/include/asm-generic/errno.h

例子：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <asm-generic/errno.h>//EDEADLK
int main(){
  char* buf = strerror(EDEADLK);
  printf("%s
", buf);//Resource deadlock avoided
}

22，dup和dup2函数：文件描述符的重定向

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);

• dup：和open类似，先打开一个新的文件描述符，让新的文件描述符也指向：oldfd指向的地方。
  • 成功返回新打开的文件描述符；失败返回-1.
• dup2：
  • 先消除newfd的指向
  • 再让newfd指向oldfd指向的地方
  • 成功返回newfd；失败返回-1.

例子：调用printf2次，第一次printf把内容写到文件；第二次printf把内容打印到屏幕。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(){

  int oldfd = dup(STDOUT_FILENO);
  int fd = open("www", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
  dup2(fd, STDOUT_FILENO);
  printf("aaaa
");
  fflush(stdout);
  int ret = dup2(oldfd, STDOUT_FILENO);
  //int ret = dup2(oldfd, 6);
  //perror("dup2:");
  printf("reg:%d
", ret);
  printf("aaaa
");
  close(fd);
}

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