《UNIX环境高级编程》笔记——4.文件和目录
一.引言
本章描述文件系统的其他特征和文件的性质。有些背景知识需要注意，例如用户ID与文件权限、文件系统等。
二.函数stat、fstat、fstatat和lstat
#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 );
int fstatat( int fd, const char * restrict pathname, struct stat *restrict buf,int flag );
返回值：成功，0
出错，-1
以上四个函数都是为了获取文件的stat结构体，稍有差别：
- stat和fstat：stat依据文件名，fstat依据fd
- stat和lstat：对于符号链接，stat返回该符号链接指向的文件，lstat返回符号链接本身；
- fstatat：相对当前打开的目录（fd）的目录经。pathname为相对路径且fd=AT_FDCWD，则会计算相对于当前目录的正真路径；如果pathname是绝对路径，fd参数被忽略。 flag控制是否跟随符号链接，默认跟随，AT_SYMLINK_NOFOLLOW时，不跟随。
stat是很重要的结构体，如下。ls -l 时会显示很多stat的内容。后面很多函数会用到这个结构体。
struct stat { __dev_t st_dev; /* Device. 文件系统的设备号*/ unsigned short int __pad1; #ifndef __USE_FILE_OFFSET64 __ino_t st_ino; /* File serial number. i-node number */ #else __ino_t __st_ino; /* 32bit file serial number. */ #endif __mode_t st_mode; /* File mode. */ __nlink_t st_nlink; /* Link count. */ __uid_t st_uid; /* User ID of the file's owner. */ __gid_t st_gid; /* Group ID of the file's group.*/ __dev_t st_rdev; /* Device number, if device. device设备的major和minor号 */ unsigned short int __pad2; #ifndef __USE_FILE_OFFSET64 __off_t st_size; /* Size of file, in bytes. */ #else __off64_t st_size; /* Size of file, in bytes. */ #endif __blksize_t st_blksize; /* Optimal block size for I/O. 操作IO时的最优block大小 */ #ifndef __USE_FILE_OFFSET64 __blkcnt_t st_blocks; /* Number 512-byte blocks allocated. */ #else __blkcnt64_t st_blocks; /* Number 512-byte blocks allocated. */ #endif #if defined __USE_MISC || defined __USE_XOPEN2K8 /* Nanosecond resolution timestamps are stored in a format equivalent to 'struct timespec'. This is the type used whenever possible but the Unix namespace rules do not allow the identifier 'timespec' to appear in the <sys/stat.h> header. Therefore we have to handle the use of this header in strictly standard-compliant sources special. */ 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 #else __time_t st_atime; /* Time of last access. */ unsigned long int st_atimensec; /* Nscecs of last access. */ __time_t st_mtime; /* Time of last modification. */ unsigned long int st_mtimensec; /* Nsecs of last modification. */ __time_t st_ctime; /* Time of last status change. */ unsigned long int st_ctimensec; /* Nsecs of last status change. */ #endif #ifndef __USE_FILE_OFFSET64 unsigned long int __unused4; unsigned long int __unused5; #else __ino64_t st_ino; /* File serial number. */ #endif };
三.文件类型 stat.st_mode
1.文件类型
(1) regular file,普通文件
(2) directory file,目录文件。目录文件中包含其他文件的名字和与这些文件有关的指针，也就是后面文件系统里说的“文件名”和“i-node”。对目录有度权限的进程可以读取目录内容，只要内核才能写，只能用系统调用才能更改目录。
(3) block special file, 块特殊文件，例如磁盘，待缓冲
(4) char special file,字符特殊文件，不带缓冲。 系统中的设备，要么是块设备，要么是字符设备。
(5) FIFO，进程间通讯用
(6) socket，套接字，网络通信
(7) symbolic link,符号链接，指向另一个文件
2.相关宏定义
以下宏判断文件类型, 传入的参数是
#include <sys/stat.h> #define __S_ISTYPE(mode, mask) (((mode) & __S_IFMT) == (mask)) #define S_ISDIR(mode) __S_ISTYPE((mode), __S_IFDIR) #define S_ISCHR(mode) __S_ISTYPE((mode), __S_IFCHR) #define S_ISBLK(mode) __S_ISTYPE((mode), __S_IFBLK) #define S_ISREG(mode) __S_ISTYPE((mode), __S_IFREG) #ifdef __S_IFIFO # define S_ISFIFO(mode) __S_ISTYPE((mode), __S_IFIFO) #endif #ifdef __S_IFLNK # define S_ISLNK(mode) __S_ISTYPE((mode), __S_IFLNK) #endif #if defined __USE_BSD && !defined __S_IFLNK # define S_ISLNK(mode) 0 #endif #if (defined __USE_BSD || defined __USE_UNIX98 || defined __USE_XOPEN2K) \ && defined __S_IFSOCK # define S_ISSOCK(mode) __S_ISTYPE((mode), __S_IFSOCK) #elif defined __USE_XOPEN2K # define S_ISSOCK(mode) 0 #endif
进程间通信（IPC）对象，如消息队列和信号灯，也可以说明为文件，如下宏可以判断这列文件的类型。注意，传入的参数是stat结构体指针
/* These are from POSIX.1b. If the objects are not implemented using separate distinct file types, the macros always will evaluate to zero. Unlike the other S_* macros the following three take a pointer to a `struct stat' object as the argument. */ #ifdef __USE_POSIX199309 # define S_TYPEISMQ(buf) __S_TYPEISMQ(buf) // 消息队列 # define S_TYPEISSEM(buf) __S_TYPEISSEM(buf) // 信号量 # define S_TYPEISSHM(buf) __S_TYPEISSHM(buf) // 共享存储对象 #endif
3.例程
判断文件类型，并打印
/* lseek test */ #include <stdio.h> // printf #include <stdlib.h> // exit #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> // errno #include <string.h> // strerror #include <sys/stat.h> // mode,stat函数 int main(int args, char *argv[]) { int i; struct stat fl_stat; if( args<2 ){ printf("args error.\r\n"); exit(1); } for( i=1;i<args;i++ ){ printf("%s:",argv[i]); if( lstat(argv[i],&fl_stat) != 0 ){ printf("lstat error.\r\n"); exit(1); } if( S_ISREG(fl_stat.st_mode) ) printf("reguler file.\r\n"); else if( S_ISDIR(fl_stat.st_mode) ) printf("directory file.\r\n"); else if( S_ISCHR(fl_stat.st_mode) ) printf("char special file.\r\n"); else if( S_ISBLK(fl_stat.st_mode) ) printf("BLOCK special file.\r\n"); else if( S_ISFIFO(fl_stat.st_mode) ) printf("FIFO file.\r\n"); else if( S_ISLNK(fl_stat.st_mode) ) printf("symble link file.\r\n"); else if( S_ISSOCK(fl_stat.st_mode) ) printf("socket file.\r\n"); else printf("unknow file.\r\n"); } exit(0); }
$./example * /dev/cdrom /dev
example:reguler file.
example.c:reguler file.
example.o:reguler file.
Makefile:reguler file.
result:reguler file.
/dev/cdrom:symble link file.
/dev:directory file.
四.SUID（设置用户ID）和SGID（设置组ID） stat.st_mode
1. 进程相关的ID
- 实际用户ID/实际组ID，系统登录者，登录期间一般不变；
- 有效用户ID/组ID/附属组ID， 用于文件访问权限检查。一般情况下 实际用户ID=有效用户ID，也有特例，后面说明。
- 保存的设置用户ID/组ID，执行一个程序时，包含有效用户ID/组ID的副本。
2. 文件所有者和组所有者
文件有所有者和组所有者，用stat结构的st_uid/st_gid表示。
3. 执行程序文件时的ID
程序文件——执行——>变成进程，进程就有有效用户ID。
情况1（通常情况）：有效用户ID/组ID = 实际用户ID/组ID；例如登录者是login_name, 则程序文件执行以后，该进程的有效用户ID就是login_name;
情况2（设置SUID/SGID）:SUID/SGID包含在文件的stat的st_mode字段中，如果程序文件的属性里，设置了SUID/SGID，则该程序文件执行以后，该进程的有效用户ID/组ID=该程序文件的用户ID/组ID。可用S_ISUID/S_ISGID宏测试是否设置了这两个bit。
举例说明，以用户ID为例，组ID也类似, 为便于说明，uid使用用户名代替数字：
登录者ID = login_name
可执行文件exe_file的用户ID，uid = file_owner_name
1.如果没有设置文件exe_file的SUID属性，则文件执行后，该进程的有效用户ID = 登录者ID（实际用户ID） = login_name，
文件权限校验时用login_name校验。如果exe_file的other权限里没有x，则不能执行。
2.如果设置文件exe_file的SUID属性，则文件执行后，该进程的有效用户ID = 该文件的UID = file_owner_name，
文件权限校验时用file_owner_name，如果exe_file的所有者权限里没有x，则不能执行
另一个典型的例子是 /etc/passed,该文件所有者是root，且设置了SUID，则其他用户执行时，有效进程ID=文件所有者ID=root，所以能够执行。
五.文件访问权限 stat.st_mode
1. 文件访问权限
【注意】chmod 777 file，其中777是八进制，在编写程序时，应使用八进制。
2. 权限与文件操作
(1)打开文件对目录的权限要求
open一个文件时，需要搜索目录，需要对目录具有执行权限。例如 /path/file,对/path必须有执行权限。
【扩展】目录读权限与执行权限不同， 读权限允许读目录，获取所有的文件列表；执行权限允许对目录进行搜索，寻找特定文件。
(2)读权限
决定是否可以打开文件进行读操作，open的O_RDONLY和O_RDWR
(3)写权限
决定是否可以打开文件进行写操作，open的O_WRONLY和O_RDWR
(4)O_TRUNC
需写权限
(5)创建新文件对目录的权限要求
创建文件时，需要写目录，在目录中增加文件名和对应的i-node，所以对目录要有写权限
(6)删除文件对目录的权限要求
只删除目录里的文件信息，对目录有写+执行权限即可。对文件权限没有要求。
(7)exec执行文件
需执行权限。
3. 文件访问权限测试
每次打开、创建、删除文件时，内核都进行文件权限测试，是否具有权限决定于文件ID/组ID和进程有效ID/组ID。
(1)root，有效用户ID=0，允许访问系统中所有文件
(2)有效用户ID=文件所有者ID，则允许操作，具体是否有RWX全下， 要看对应的权限位是否设置。
(3)有效组ID或附属组ID之一=文件组ID，允许
(4)若其他用户的适当权限位被设置，则允许访问，否则不允许。
以上4点按顺序检查，上一条不满足才检查下一条。
六.新文件和目录的所有权
open和creat新建函数时，没有指定各种ID，有默认的分配规则，linux的规则为：
（1）新文件用户ID = 进程有效用户ID
(2) 新文件组ID规则:
if( 目录的SGID ) 新文件的GID=所在目录的GID else 新文件的GID=进程的有效GID
七.函数access和faccessat
前面提到权限测试都是按照进程的有效用户ID和有效组ID进行的，这两个函数用实际用户ID进行权限测试。
#include <unistd.h>
int access( const char * pathname, int mode );
int faccessat( int fd, const char * pathname, int mode, int flag);
返回值：
成功，0
失败，-1
mode参数（可以按位或）：
F_OK:测试文件是否存在
W_OK:测试写权限
R_OK:测试读权限
X_OK:测试执行权限
faccessat的fd和pathname：
pathname绝对路径，fd忽略
fd为AT_FDCWD,pathname是相对路径
其他：计算相对于打开目录fd的pathname
faccessat的flag：
可改变faccessat的行为，如果AT_EACCESS,则检查进程的有效用户ID和有效组ID，而不是实际用户ID和实际组ID。
八.函数umask
九.函数chmod、fchmod和fchmodat
十.粘着位
十一.函数chown、fchown、fchownat和lchown
十二.文件长度
十三.文件截断
十四.文件系统
十五.函数link、linkat、unlink、unlinkat和remove
十六.函数rename和renameat
十七.符号链接
十八.创建和读取符号链接
十九.文件的时间
二十.函数futimens、utimensat、utimes
二十一.函数mkdir、mkdirat和rmdir
二十二.读目录
二十三.函数chdir、fchdir和getcwd
二十四.特殊设备文件
二十五.文件访问权限位小结
二十六.总结
