Beginning Linux Programming----Low-level File Access (2)

Initial Permissions

当你使用O_CREAT标志和open来创建文件时，必须使用open调用的三种模式参数格式。第三个参数mode是几个标志按位OR后得到的，这些标志在头文件sys/stat.h.中定义，它们是：

S_IRUSR	读权限，文件属主
S_IWUSR	写权限，文件属主
S_IXUSR	执行权限，文件属主
S_IRGRP	读权限，文件所属组
S_IWGRP	写权限，文件所属组
S_IXGRP	执行权限，文件所属组
S_IROTH	读权限，其他用户
S_IWORH	写权限，其他用户
S_IXORH	执行权限，其他用户

示例：

open ("myfile", O_CREAT, S_IRUSR|S_IXOTH);

创建了一个名叫myfile的文件，同时对文件文件属主拥有读的权限，其他用户则是执行的权限，并且只有这些权限而已。

$ ls -ls myfile
0 -r-------x    1  neil     software         0 Sep 22 08:11 myfile*

有两个因素在影响着文件权限。首先，只有在文件在创建时才能指定文件访问权限。其次，用户掩码(由shell命令umask指定)会影响被创建文件的权限。open调用里给出的模式值会与当时的用户掩码的反值做AND操作。举例说明，假设用户掩码被设置为001，并且指定了S_IXOTH模式标志，那么其他用户对创建的文件不会拥有执行权限，因为用户掩码中指定了不允许向其他用户提供执行权限。因此，open和creat调用中的标志实际上是设置文件访问权限的请求，所请求的权限是否会被设置取决于当时umask的值。

umask

umask是一个系统变量，它的作用是：当文件被创建后为文件访问权限设置一个掩码。当我们登录系统之后创建一个文件会有一个默认权限，这个权限是如何来的呢？这就是umask造成的结果。我们可以通过执行umask命令可以对这个变量进行修改，为其提供一个新值。umask设置了用户创建文件的默认权限，它与chmod的效果刚好相反，umask设置的是权限“补码”，而chmod设置的是文件权限码。一般在/etc/profile、$ [HOME]/.bash_profile或$[HOME]/.profile中设置umask值。

umask命令允许你设定文件创建时的缺省模式，对应每一类用户(文件属主、同组用户、其他用户)存在一个相应的umask值中的数字。对于文件来说，这一数字的最大值分别是6。系统不允许你在创建一个文本文件时就赋予它执行权限，必须在创建后用chmod命令增加这一权限。目录则允许设置执行权限，这样针对目录来说，umask中各个数字最大可以到7。

该命令的一般形式为：

umask nnn

其中nnn为umask置000 - 777。

我们只要记住u m a s k是从权限中“拿走”相应的位即可。下表是umask值与权限的对照表：

umask	文件	目录
0	6	7
1	6	6
2	4	5
3	4	4
4	2	3
5	2	2
6	0	1
7	0	0

如：umask值为022，则默认目录权限为755，默认文件权限为644。

当我们通过open或creat调用创建文件时，mode参数将与umask进行比较。在mode参数中被设置的位如果在umask中也被设置了，就会从文件的访问权限中删除。因此，最终用户可以设置自己的环境，比如“不准创建允许其他用户有写权限的文件，即使创建该文件的程序要求该权限也不行。”这样做并不能阻止一个程序或用户在今后使用chmod命令（或者在程序中使用chmod系统调用）来添加其他用户的写权限，但它确实能够帮助用户，使他们不必对每个新文件都去检查和设置其访问权限。

close

我们使用close来终止文件描述符fildes同它所对应的文件之间的关联，这样文件描述符就被释放，从而可以被重新使用。close执行成功返回0，出错就返回-1。

close系统调用的语法结构：

#include <unistd.h>
int close(int fildes);

注意：查看close返回的结果十分重要。有些文件系统，尤其是网络文件系统，可能不会在关闭文件之前报告文件写操作中出现的错误，因为在执行写操作时，数据可能并未确认被写入。

ioctl

ioctl有点像个装东西的袋子。它提供了一个接口，用于控制设备及其文件描述符和配置底层服务。终端、文件描述符、sockets、甚至磁带设备都可以为它们定义ioctl调用，具体细节请参考特定设备的使用手册。POSIX只为流(stream)指定了ioctl，在此不做相关讨论。

ioctl系统调用的语法结构：

#include <unistd.h>
int ioctl(int fildes, int cmd, ...);

ioctl对描述符fildes指定的对象执行cmd参数中给出的操作。根据特定设备所支持函数的不同，还有可能会有一个可选的第三参数。

举例说明，下面所示的ioctl调用在Linux上的功能是打开键盘上LED灯：

ioctl(tty_fd, KDSETLED, LED_NUM|LED_CAP|LED_SCR);

实例：

(一个文件复制程序)

我们已经了解了open、read以及write等系统调用的相关内容，下面让我们来写一个简单的程序copy_system.c，逐个字符地复制一个文件到另外一个文件中。

为简单起见，我们假定输入文件已经存在，输出文件不存在，且用户所有的读写操作都成功。当然，在现实程序中，我们要对此进行确认其有效性。

1.首先，我们创建测试的输入文件file.in。

2.接下来，书写程序copy_system.c的代码：

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    char c;
    int in, out;

    in = open("file.in", O_RDONLY);
    out = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);
    while(read(in, &c, 1) == 1);
       write(out, &c, 1);

    exit(0);
}

注意：#include<unistd.h>必须出现在第一行，这是它根据POSIX规范所定义的标志可能会影响到其他的include文件。

3.像下面所给出的那样运行程序:

$ TIMEFORMAT="" time ./copy_system
4.67user  146.90system  2:32.57elapsed  99%CPU
...
$ ls -ls file.in file.out
1029 -rw-r---r-    1 neil   users   1048576 Sep 17 10:46 file.in
1029 -rw-------    1 neil   users   1048576 Sep 17 10:46 file.out

工作原理：

我们在此使用time工具对该程序运行的时间进行了测算。在Linux上使用TIMEFORMAT变量来重置默认的POSIX时间输出格式，POSIX时间格式不包括CPU使用率。我们可以看到在这台相当老的系统上，1MB的输入文件file.in被成功拷贝到file.out，file.out以只允许属主进行读写的权限被创建出来。但这次拷贝花费了大约两分半钟，并且几乎消耗了所有的CPU时间。之所以这么慢，是因为它必须完成超过两百万次的系统调用。

(另一个文件复制程序)

我们通过拷贝大一些的数据块来改善效率较低的问题，请看下面这个改进后的程序copy_block.c，它每次拷贝长度为IK的数据块，用的还是系统调用：

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    char block[1024];
    int in, out;
    int nread;

    in = open("file.in", O_RDONLY);
    out = open("file.out", O_WRDONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);
    while((nread = read(in, block, sizeof(block))) > 0)
       write(out, block, nread);

    exit(0);
}

现在运行程序：

$ TIMEFORMAT="" time ./copy_system
0.00user  0.02system  0:00.04elapsed  78%CPU
...

工作原理：

改进后的程序只花费了0.01秒的时间，因为它只需做大约2000次系统调用。当然，这些时间与系统本身的性能有很大的关系，但它们确实显示了系统调用需要巨大的开支，因此值得对其使用进行优化。