《UNIX 环境高级编程》笔记0x3：文件和目录

此为第四章笔记。讲了好多的API啊，根本记不住，烦死了啊。对于文件系统那一部分我觉得我还是需要再看几遍的，有一点难度。

函数 stat、fstat、fstatat和lstat

函数原型分别如下

#include <sys/stat.h>

int stat(const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf);
int fstae(int fd, struct stat *buf);
int lstat(const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf);
int fstatat(int fd, const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf, int flag);

这里使用 stat 做一个实验

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  struct stat sb;

  if (argc != 2) {
    fprintf(stderr, "Usage: %s <pathname>\n", argv[0]);
  }

  if (stat(argv[1], &sb) == -1) {
    perror("stat");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  printf("File type:\t");
  switch (sb.st_mode & S_IFMT) {
    case S_IFDIR: printf("directionary\n");   break;
    // mutiply file types ...
    case S_IFREG: printf("regular file\n");   break;
    default:      printf("unknown\n");        break;
  }

  printf("Preferred I/O block size: %ld bytes\n", (long)sb.st_blksize);
  printf("File size:                %lld bytes\n", (long long)sb.st_size);
  printf("Blocks allocated:         %lld\n", (long long) sb.st_blocks);

  printf("Last status change:       %s", ctime(&sb.st_ctime));
  printf("Last file access:         %s", ctime(&sb.st_atime));
  printf("Last file modification:   %s", ctime(&sb.st_mtime));

  exit(EXIT_SUCCESS);
}

> ./a.out ls_test.c
File type:      regular file
Preferred I/O block size: 4096 bytes
File size:                1008 bytes
Blocks allocated:         8
Last status change:       Wed Aug 21 08:53:08 2019
Last file access:         Wed Aug 21 08:53:14 2019
Last file modification:   Wed Aug 21 08:53:08 2019

这个函数可以获取文件的大部分状态信息，并存放至结构体 stat 中。全部的信息如下

当然，还有另外一个方式判断文件类型：使用其预定义的宏（PDFp96）

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <apue.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  int i;
  struct stat buf;
  char *ptr;

  for (i = 1; i < argc; i++) {
    printf("%s: ", argv[i]);
    if (lstat(argv[i], &buf) < 0) {
      err_ret("lstat error");
      continue;
    }

    if (S_ISREG(buf.st_mode))
      ptr = "regular";
    else if (S_ISDIR(buf.st_mode))
      ptr = "directory";
    // ...... many file types
    else if (S_ISLNK(buf.st_mode))
      ptr = "symbolic link";
    else
      ptr = "** unknown node **";

    printf("%s\n", ptr);
  }

  exit(EXIT_SUCCESS);
}

> ./a.out /dev/cdrom /etc/passwd /etc
/dev/cdrom: symbolic link
/etc/passwd: regular
/etc: directory

其实宏中定义就像第一种方法

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#define	__S_ISTYPE(mode, mask)	(((mode) & __S_IFMT) == (mask))

#define	S_ISDIR(mode)	 __S_ISTYPE((mode), __S_IFDIR)

和进程相关的ID

当前用户
- 实际用户 ID
- 实际组 ID
文件访问权限
- 有效用户 ID
- 有效组 ID
- 附属组 ID
保存时的设置
- 保存的设置用户 ID
- 保存的设置组 ID

文件访问权限

每个文件有9个访问权限位，常量定义在 <sys/stat.h>

用户 u
- S_IRUSER 读
- S_IWUSER 写
- S_IXUSER 执行
组 g
- S_IRGRP 读
- S_IWGRP 写
- S_IXGRP 执行
其他 o
- S_IROTH 读
- S_IWOTH 写
- S_IXOTH 执行

可以使用系统调用 access 或 faccessat 来验证当前用户能否访问

#include <unistd.h>

int access(const char *pathname, int mode);
int faccessat(int fd, const char *pathname, int mode, int flag);

mode 列表如下

mode	说明
R_OK	测试读权限
W_OK	测试写权限
X_OK	测试执行权限

第二的函数的 flag 若为 AT_EACCESS，则测试的是调用进程的有效用户ID和有效组ID，而不是实际用户ID和实际组ID

第二个函数在下列几种情况下和第一个函数作用相同

pathname 为绝对路径
fd 为 AT_FDCWD 当前工作路径、pathname 为相对路径

否则其计算的是相对于打开目录（ fd 参数指向）的 pathname

使用屏蔽词umask

通过设置屏蔽词来关闭文件 mode 中的相应位

系统调用

#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <apue.h>

#define RWRWRW (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH)

int main(int argc, char *argv[])
{
  // 设置屏蔽词
  umask(0);

  if (creat("foo", RWRWRW) < 0)
    err_sys("creat error for foo");

  // 修改屏蔽词
  umask(S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH);

  if (creat("bar", RWRWRW) < 0)
    err_sys("creat error for bar");

  exit(EXIT_SUCCESS);
}

执行此程序后，发现 bar 文件的全部和设置的并不一致，这是因为设置了 umask

1 2	-rw------- 1 parallels parallels 0 8月 21 13:45 bar -rw-rw-rw- 1 parallels parallels 0 8月 21 13:45 foo

命令行用法

umask的文件访问位

屏蔽位	含义
用户	-
0400	读
0200	写
0100	执行
组	-
0040	读
0020	写
0010	执行
其他	-
0004	读
0002	写
0001	执行

> umask
002

> umask 027
> umask -S
u=rwx,g=rx,o=

常用的umask组合

002 阻止其他用户写入你的文件
022 阻止其他用户以及同组用户写入你的文件
027 阻止同组用户写入你的文件，以及其他用户读、写或执行你的文件

粘着位

如果执行如下指令

1 2	ls -dl /tmp # drwxrwxrwt 14 root root 4096 8月 21 14:48 /tmp

输出的权限位列表中有一个 t，这个就是 粘着位 (sticky bit)。对于 /tmp：

任何用户都可以在其中创建文件。任一用户对此目录的权限都是读、写和执行。
任何用户（除了root）都不可以删除或重命名属于其他人的文件。

命令行创建

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chmod o+t   tmp
chmod +t    tmp
chmod 1757  tmp

代码创建 S_ISVTX

#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <apue.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  struct stat statbuf;
  char* dirname = "tmp";

  if (stat(dirname, &statbuf) < 0)
    err_sys("stat error for %s", dirname);

  if (chmod(dirname, (statbuf.st_mode | S_ISVTX)) < 0)
    err_sys("chmod error for %s", dirname);

  exit(EXIT_SUCCESS);
}

文件系统

PDFp111

使用 unlink

使用 unlink 来确保程序的临时文件在退出的时候可以彻底删除

#include <apue.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  char *filename = "output.file";
  if (open (filename, O_RDWR) < 0)
    err_sys("open error");

  if (unlink(filename) < 0)
    err_sys("unlink error");

  printf("file unlinked\n");

  sleep(15);
  printf("done\n");
  exit(EXIT_SUCCESS);
}

程序执行时文件立刻被删除，但是占用空间是在进程退出时删除的。

文件的时间

字段	说明	例子	ls 选项
st_atim	最后访问时间	read	-u
st_mtim	最后修改时间	write	默认
st_ctim	i节点状态的最后更改时间	chmod, chown	-c

处理文件时间的函数 futimens 、utimensat 以及 utimes 需要传入的 timespec 数组中，第一个数组元素为访问时间，第二个数组元素为修改时间，分别对应 stat 结构体中的 st_atim 和 st_mtim。

下列代码对文件信息进行截断，同时不改变其访问和修改日期

#include <apue.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  int i,fd;
  struct stat statbuf;
  struct timespec times[2];

  for (i = 1; i < argc; i++) {
    if (stat(argv[i], &statbuf) < 0) { /* 获取当前文件时间信息 */
      err_ret("%s: stat error", argv[i]);
      continue;
    }
    if ((fd = open(argv[i], O_RDWR | O_TRUNC)) < 0) { /* 对文件进行截断操作 */
      err_ret("%s: open error", argv[i]);
      continue;
    }
    times[0] = statbuf.st_atim;
    times[1] = statbuf.st_mtim;
    if (futimens(fd, times) < 0) { /* 修改文件的时间 */
      err_ret("%s: futimens error", argv[i]);
    }
    close(fd);
  }
  exit(EXIT_SUCCESS);
}

> ls -lu a.txt
-rw-rw-r-- 1 parallels parallels 23 8月  21 18:04 a.txt

> ls -l a.txt
-rw-rw-r-- 1 parallels parallels 23 8月  21 18:03 a.txt

> ./a.out a.txt

> ls -lu a.txt
-rw-rw-r-- 1 parallels parallels 0 8月  21 18:04 a.txt

> ls -l a.txt
-rw-rw-r-- 1 parallels parallels 23 8月  21 18:03 a.txt

> ls -lc a.txt # 这里节点状态信息修改时间改变了
-rw-rw-r-- 1 parallels parallels 0 8月  21 18:05 a.txt

当前的工作路径

使用函数 chdir 或 fchdir，定义在 <unistd.h> 中

文件名以及路径的最大长度设置在 <limits.h> 文件中

1 2	#define NAME_MAX 255 /* # chars in a file name / #define PATH_MAX 4096 / # chars in a path name including nul */

修改当前的路径，并打印其绝对路径

#include <apue.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  char *ptr;
  size_t size;

  if (chdir("/usr/libexec/docker") < 0) {
    err_sys("chdir failed");
  }

  ptr = path_alloc(&size);

  if (getcwd(ptr, size) == NULL) {
    err_sys("getcwd failed");
  }

  printf("cwd = %s\n", ptr);

  exit(EXIT_SUCCESS);
}

识别设备编号

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 或 与其通信的外设板 。 次设备号 标识 特定的子设备 。

通过宏 major 和 minor 来访问主、次设备号。对于Linux，这两个宏定义在头文件 <sys/sysmacros.h> 中。

st_dev 为文件系统的设备号，包含 文件名 及与其对应的 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。

下列函数能打印设备号

#include <apue.h>
#include <stdlib.h>
#include <stat.h>
#include <sys/sysmacros.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  int i;
  struct stat buf;

  for (i = 1; i < argc; i++) {
    printf("%s: ", argv[i]);
    if (stat(argv[i], &buf) < 0) {
      err_ret("stat error");
      continue;
    }
    printf("dev = %d/%d", major(buf.st_dev), minor(buf.st_dev));

    // 字符特殊文件 或 块特殊文件 的情况
    if (S_ISCHR(buf.st_mode) || S_ISBLK(buf.st_mode)) {
      printf(" (%s) rdev = %d/%d", (S_ISCHR(buf.st_mode)) ? "character" : "block", major(buf.st_rdev), minor(buf.st_rdev));
    }

    printf("\n");
  }

  exit(EXIT_SUCCESS);
}

编译执行后有如下输出

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> ./a.out /home/parallels /dev/tty
/home/parallels: dev = 8/1
/dev/tty: dev = 0/6 (character) rdev = 5/0

Schwarzeni