第 4 章 - 文件和目录

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stat, fstat, fstatat, lstat

  1. int stat(const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf) 返回 pathname 指定的文件的信息结构
  2. int fstat(int fd, struct stat *buf) 通过 fd 获取文件的结构信息
  3. lstat 与 stat 类似，但是返回的是符号链接的信息
  4. strcut stat 的基本结构
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    struct stat {
        mode_t st_mode; /* file type & mode (permissions) */
        inot_t st_ino; /* i-node number (serial number) */
        dev_t st_dev; /* device number (file system) */
        dev_t st_rdev; /* device nuber for sepecial 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_atime; /* time of last access */
        struct timesepc st_mtime; /* time of last modification */
        struct timespec st_ctime; /* time of last file status change */
        blksize_t st_blksize; /* best I/O block size*/
        blkcnt_t st_blocks; /* number of disk blocks allocated */
    }

文件类型

  1. 普通文件：包含某种形式的数据，内核必须理解可执行文件的格式
  2. 目录文件：包含了其他文件的名字，以及指向这些文件信息的指针，任何进程都可以读目录的内容，只有内核可以直接写目录文件
  3. 块特殊文件：提供对设备（如磁盘）带缓冲的访问，每次访问以固定长度为单位进行
  4. 字符特殊文件：提供对设备不带缓冲的访问，每次访问长度可变（如键盘）。
  5. FIFO：用于进程间通信，也称为命名管道（named pipe）
  6. socket：用于进程间的网络通信，也可以用作一台宿主机之间的非网络通信
  7. 符号链接(symbol link)：指向另一个文件，通过

文件和进程的 uid/gid

  1. 设置用户 ID & 实际用户 ID & 保存的设置用户 ID
    1. 实际用户 ID：标识我们是谁，登录时确定
    2. 有效用户 ID：决定了我们的访问权限
    3. 保存的设置用户 ID：有效用户 ID 和实际用户 ID 的副本
    4. 可以通过 st_mode 的标志位设置一个特殊标志，当执行改文件时，将进程的有效用户 ID 设置为文件所有者的用户 ID（例如访问 /etc/passwd，会获得 root 权限）

      文件访问权限：

      RWX（read/write/execute）, user/group/other
    5. 通过名字打开任一类型的文件时，必须对该名字中包含的目录或隐含的当前工作目录具有执行权限(X)
    6. 对于一个文件是否有读/写权限，决定了是否能打开一个文件进行读操作，与 O_RDONLY/O_WRONLY 和 O_RDWR 标志相关
    7. open 文件时如果要设置 O_TRUNC，必须要有写权限
    8. 删除文件时，必须有写和执行权限
    9. 被 exec 函数执行的文件，必须是普通文件，并有执行权限
    10. 进程每次打开、创建、删除文件时，内核进行权限测试，对文件的 uid & gid，进程的有效 uid & gid，进程的附属组 ID 进行测试
      1. uid=0 的超级用户可以直接访问
      2. 如果进程有效 uid = 文件所属的 uid 且有适当权限则允许访问
      3. 如果进程的有效 gid = 文件所属的 gid 或进程的附属组 id = 文件 gid，且拥有释放权限则允许访问
      4. 如果文件的其他用户有适当权限，则允许访问
      5. 其他情况拒绝访问
  2. 新目录/文件的所有权：使用 open/creat 创建新文件时，新文件的用户 id 为进程的有效用户 id，组 id 为进程的有效组 id 或所在目录的组 id

其他函数

  1. access & faccessat
    1. 功能：用于测试当前进程对某个文件是否有对应权限，成功返回 0，出错范围-1
    2. 区别
      1. access 参数为 pathname
      2. faccessat 参数为 fd 和 pathname
  2. umask 设置文件模式创建屏蔽字，并返回之前的值，即屏蔽字中为 1 的位，关闭对应的权限
  3. chmod & fchmod & fchmodat 修改现有文件的访问权限
  4. chown & fchown & fchownat & lchown 修改现有文件或符号链接的 owner
  5. int truncate(const char *pathname, off_t length) 截断文件
    1. 如果文件当前长度大于 length，则 length 之后的数据不能再访问
    2. 如果文件当前长度小于 length，则文件长度将增到到 length，增加部分为空洞（读 0）
  6. link 创建指向给定 inode 的目录项，增加该 inode 的链接计数，unlink 删除目录项，即减少 path 对于对应 inode 的链接计数
    1. 一个文件的链接计数为 0，并且打开它的进程数也为 0 时，才会被删除
    2. 文件 unlink 后，会删除对应名称的目录项，没法通过 ls -l 在文件系统中看到
    3. 一个进程可以用 unlink 它创建的临时文件，保证进程崩溃后临时文件也被删除
  7. remove 解除对文件或目录的链接，类似 unlink
  8. rename(const char *oldname, const chat *newname) 对文件或目录进行重命名
    1. 如果 oldname 是文件，为该文件或目录重命名，要求如果 newname 若已存在不能是目录，会删除 newname 的目录项，然后将 oldname 修改为 newname
    2. 如果 oldname 是目录，要求如果 newname 存在，则 newnmae 必须是空目录（只含 ., ..）
    3. 如果 oldname 或 newname 引用符号链接，则处理的是符号链接本身，而不是所引用的文件
    4. 不能对 . 和 .. 重命名，即 . 和 .. 不能出现在路径最后
    5. 如果 oldname 和 newname 相同，则不进行任何修改
  9. symlink 创建符号链接，readlink 读取符号链接
  10. futimens/utimensat 更新文件数据的访问和修改时间
  11. mkdir/mkdirat 创建新的空目录
  12. rmdir 删除空目录，如果该目录没有进程打开，则直接释放该目录占用的空间；如果该目录被进程打开，则删除 . 和 ..后返回，无法在该目录下不能创建新文件，进程关闭它之间不释放磁盘空间
  13. chdir 修改当前进程的工作目录（搜索相对路径的起点），不影响其他进程
  14. getcwd 获取当前进程的工作目录

文件长度

  1. stat 结构体中 st_size 表示文件长度，单位为字节，只对普通文件、目录文件和符号链接有意义
  2. 普通文件长度可以为 0，开始读时，直接返回 EOF
  3. 符号链接的文件长度为文件名中的实际字节数
  4. 带空洞的文件长度大于磁盘中的 byte 数

文件系统

  1. 磁盘、分区与文件系统：一个磁盘可能有多个分区，每个分区可能有各自的文件系统
  2. inode 和数据块
    1. inode 中存储了 links 数，即指向该 inode 的目录项数，links 数为 0 时，才会删除文件
      1. 可以通过 unlink 删除目录项到 inode 的链接
      2. 符号链接并不会增加 inode 中的链接计数，因为符号链接是被链接文件的路径
    2. inode 中包含了文件有关的所有信息，stat 中的大部分信息取自 inode
  3. 文件名和 inode 编号存放在目录项（dentry）中
  4. 同一个文件系统下，重命名文件只会构造一个执行现有 inode 的目录项(dentry)并删除老的 dentry，因此mv不会改变链接计数
  5. 一个 dentry 不能指向另一个文件系统的 inode，因为 dentry 中的 inode 编号必须是同一个文件系统，因此 hard link 不能跨文件系统
  6. 任何一个目录文件至少包含 2 个 inode 链接计数（1 个文件名称 + 1 个 .），如果含有子目录，每有一个子目录，增加一个 inode 链接计数（..）

链接文件

  1. 硬链接：指向文件 inode，符号链接指向另一个文件的路径
  2. 引入软连接的原因：避开硬链接的限制
    1. 硬链接通常要求链接和文件处于同一文件系统
    2. 只有超级用户才允许对目录进行硬链接

文件时间

  1. 时间戳 atime, mtime, ctime
    1. atime 文件数据最后访问时间，如 read 会更新 atime
    2. mtime 文件数据最后修改时间，如 write 会更新 mtime
    3. ctime 文件inode状态最后更改时间，如果 chmod, chown, ln
  2. 文件系统不维护对一个 inode 的最后一次访问时间，即 access 和 stat 并不改变任何一个时间戳
  3. ctime 不能通过函数修改

设备特殊文件

  1. 每个文件系统所在的存储设备都由其主、次设备号表示
    1. 主设备号：标识设备驱动程序
    2. 次设备号：标识特定子设备
  2. 使用 major、minor 宏来访问主、次设备号
  3. 文件系统中与每个文件名关联的 st_dev 值是文件系统的设备号
  4. 只有字符特殊设备和块特殊设备才有 st_rdev 值，包含实际设备的设备号

肖宗阳Inf Developer

基础架构工程师，专注可见性领域。