UNIX环境高级编程第四章 -- 学习笔记

2021-08-03

APUE 第四章文件和目录

第四章文件和目录

4.2 stat fstat fstatat lstat 函数

 #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);
//成功返回 0； 出错返回 -1

stat 函数返回路径名代表文件的信息结构；

fstat 返回由文件描述符描述的文件的信息结构；

lstat 作用和 stat 差不多，只是如果文件是链接符号，lstat 会返回链接符号本身的信息结构而不是它所链接的文件的结构；

fstatat 用来处理相对路径，其中 flag 参数可以是 AT_SYMLINK_NOFOLLOW(当文件是链接符号时，返回符号的信息) 或者 AT_FDCWD （返回符号链接所指向的实际文件的信息）

buf 指向一个结构体

struct stat {
mode_t 			st_mode; 			/* file type & mode (permissions) */
ino_t			st_ino;				/* i-node number (serial number) */
dev_t 			st_dev;				/* device number (file system) */
dev_t			st_rdev;			/* device number for special 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_atim;			/* time of last access */
struct timespec st_mtim;			/* time of last modification */
struct timespec st_ctim;			/* time of last file status change */
blksize_t		st_blksize; 		/* best I/O block size */
blkcnt_t		st_blocks;			/* number of disk blocks allocated */
};

实际上在使用 ls -l 命令的时候就用到了 stat 函数

4.3 文件类型

普通文件 regular file
目录文件 directory file
块特殊文件 block special file
字符特殊文件 character special file
FIFO 用于进程间通信
套接字 socket ，用于进程间的网络通信
符号链接 symbolic link ，指向另一个文件

文件类型由 stat 结构体中的 st_mode 成员表示，可用以下宏确定文件类型

打印文件类型程序

4.4 设置用户 ID 和组 ID

每个进程有6个或者更多的关联ID，如下图

通常，有效用户ID effective user ID = 实际用户ID real user ID

有效组ID effective group ID= 实际组ID real group ID

4.5 文件访问权限

访问权限保存在 st_mode 中，每个文件有9个访问权限位：

chmod 命令可以用来改变这9个位

4.6 新文件和目录的所有权

新文件的用户ID设置为进程的有效用户ID

新问价的组ID有以下两种可能：

进程的有效组ID
所在目录的组ID

4.7 access 和 faccessat 函数

使用 open 函数打开一个文件时，内核以进程的有效用户ID和有效组ID执行访问权限测试。但有时内核也想使用实际用户ID和实际组ID执行访问权限测试

本节标题中的两个函数就是使用实际用户ID和实际组ID执行访问权限测试

#include<unistd.h>

int access(const char *pathname, int mode);

int faccessat(int fd, const char *pathname, int mode, int flag);
// 成功返回 0； 出错返回 -1

access函数的用法

4.8 umask 函数

umask 函数相当于为进程创建了一个模板，进程以后创建的文件的访问权限都根据这个模板来设置

1
2
3

 #include<sys/stat.h>

mode_t umask(mode_t cmask);

cmask 里置1的位所代表的访问权限会被关闭，比如

cmask = 000 111 111 （为了清晰，这里写的是比特位）

那么进程以后创建的所有文件的 group 和 other 的所有访问权限都会被关闭

使用umask函数

4.9 chmod 、 fchmod 和 fchmodat 函数

 #include<sys/stat.h>

int chmod(const char *pathname, mode_t mode);

int fchmod(int fd, mode_t mode);

int fchmodat(int fd, const char *pathname, mode_t mode, int flag);
// 成功返回 0； 出错返回 -1

mode 可选下表中列出的值，或者它们的按位或

使用chmod函数

chmod 函数在下列情况下自动清除两个权限位

Solaris 等系统对普通文件的粘着位赋予了特殊含义。如果我们在这些系统上以非 root 用户设置普通文件的粘着位，粘着位会自动关闭
新创建文件的组ID可能不是调用进程所属的组。这种情况下，新文件的设置组ID位会被自动关闭

4.11 chown 、 fchown 、fchownat 和 lchown 函数

以上四个函数用来修改文件的用户ID和组ID

#include<unistd.h>

int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);

int fchown(int fd, uid_t owner,git_t group);

int fchownat(int fd, const char *pathname, uid_t owner, gid_t group, int flag);
//成功返回 0； 出错返回 -1

这四个函数的异同点和 stat fstat fstatat lstat这四个函数的异同点相同

当 _POSIX_CHOWN_RESTRICTED 有效时，不能更改其他用户文件的用户ID。可以更改自己文件的组ID，但是只能改到自己所属的组

4.12 文件长度

stat 结构成员 st_size 表示以字节为单位的文件的长度。这个字段只对普通文件、目录文件和符号链接有意义

文件中的空洞

du 命令可以查看空洞文件实际占据的磁盘块数

4.13 文件截断

文件截断可以用来缩短文件。

如果想要截断文件，打开的时候要使用 O_TRUNC 标志

#include<unistd.h>

int truncate(const char *pathname, off_t length);

int ftruncate(int fd, off_t length);
//成功返回 0； 出错返回 -1

4.14 文件系统

磁盘、分区和文件系统的关系：

将上图中的 i-nodes 和 data blocks 放大来看：

图中，有两个目录项指向同一个 i-node 。每个 i-node 有一个链接计数，表示指向它的目录项的个数，只有当链接计数为 0 时才能够删除该文件（和智能指针管理动态内存的方法类似）。stat 结构中，链接计数保存在 st_nlink 成员中。这种链接类型称为硬链接
另外一种链接是符号链接（symbolic link）。符号链接内只保存了它链接的文件的名字
i-node 包含了文件有关的所有信息：文件类型、文件访问权限位、文件长度和指向文件数据块的指针等。

目录项中存放 i-node 编号和文件名

介绍完了文件的链接计数，那么目录是如何进行链接计数的呢？假设我们运行下面的命令创建了一个新的文件夹 testdir

1	$ mkdir testdir

关于它的链接计数形式请看下图

4.15 link 、 linkat 、unlink 、unlinkat 和 remove 函数

创建一个指向现有文件的链接的方法是使用 link 或 linkat 函数：

 #include<unistd.h>

int link(const char *existingpath, const char *newpath);

int linkat(int efd, const char *existingpath, int nfd, const char *newpath, int flag);
//成功返回 0； 出错返回 -1

为了删除一个现有的目录项，可以使用 unlink 函数：

#include<unistd.h>

int unlink(const char *pathname);
int unlink(int fd, const char *pathname, int flag);
//成功返回 0；出错返回 -1

使用 unlink 函数

remove函数可以解除对一个文件或目录的链接

 #include<stdio.h>

int remove(const char *pathname);
//成功返回 0； 出错返回 -1

4.16 rename 和 renameat 函数

从命名可以看出，这俩函数是用来重命名的

 #include<stdio.h>

int rename(const char *oldname, const char *newname);

int renameat(int oldfd, const char *oldname, int newfd, const char *newname);
//成功返回 0； 出错返回 -1

4.17 符号链接

主要要区分符号链接和硬链接的区别

符号链接是对一个文件的间接指针
硬链接直接指向文件的 i-node

使用符号链接的目的是为了避开硬链接的一些限制

硬链接通常要求链接和文件位于同一文件系统中
只有 root 用户才能创建指向目录的硬链接

符号链接则没有以上两种限制

在使用函数的时候要注意其是否处理符号链接。如果函数不处理符号链接，那么它将处理链接本身而不是链接指向的文件

下图展示了一些函数对符号链接的支持情况

ftw 函数可以遍历文件结构，打印遇到的每个路径名

4.18 创建和读取符号链接

使用以下俩函数创建符号链接：

#include<unistd.h>

int symlink(const char *actualpath, const char *sympath);
int symlinkat(const char *actualpath, int fd, const char *sympath);
//成功返回 0； 出错返回 -1

我们知道 open 函数会跟随符号链接打开链接指向的文件，那么怎么打开链接自身呢？

使用下面这俩函数：

#include<unistd.h>

ssize_t readlink(const char *restrict pathname, char *restrict buf, size_t bufsize);

ssize_t readlinkat(int fd, const char *restrict pathname, char *restrict buf, size_t bufsize);
//成功返回读取的字节数； 出错返回 -1

4.19 文件的时间

UNIX系统为每个文件维护三个时间字段，如下图：

为什么有了 st_mtim 文件数据最后修改的时间，还需要 st_ctim i-node最后被修改的时间呢？

因为文件数据和 i-node 里的信息是 完全分开存放的。

4.20 futimens 、utimensat 和 utimes 函数

这仨函数用来更改文件的访问和修改时间

#include<sys/stat.h>

int futimens(int fd, const struct timespec times[2]);
int utimensat(int fd, const char *path, const struct timespec times[2], int flag);
//以上两个函数可以指定精确到纳秒级的时间戳

#include<sys/time.h>

int utimes(const char *pathname, const struct timeval times[2]);
//成功返回 0； 出错返回 -1

timeval 是结构体，它的结构如下

struct timeval{
    time_t tv_sec; /* seconds */
    long tv_usec;  /* microseconds */
};

times 是个数组，第一个元素指定访问时间 st_atim ，第二个元素指定修改时间 st_mtim

4.21 mkdir 、mkdirat 和 rmdir 函数

mkdir 、mkdirat 创建目录，rmdir 删除目录

#include<sys/stat.h>

int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);

int mkdirat(int fd, const char *pathname, mode_t mode);
//成功返回 0； 出错返回 -1

创建目录的时候需要注意，对于目录通常至少要设置执行权限位，以允许访问该目录中的文件名

#include<unistd.h>

int rmdir(const char *pathname);
//成功返回 0； 出错返回 -1

rmdir 可以删除一个空目录

4.22 读目录

#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *pathname);
DIR *fdopendir(int fd);
//Both return: pointer if OK, NULL on error
    
struct dirent *readdir(DIR *dp);
//Returns: pointer if OK, NULL at end of directory or error
    
void rewinddir(DIR *dp);
int closedir(DIR *dp);
//Returns: 0 if OK, −1 on error

//以下两个函数不是基本 POSIX.1 标准的组成部分，而是 SUS 的 XSI 扩展
long telldir(DIR *dp);
//Returns: current location in directory associated with dp

void seekdir(DIR *dp, long loc);

dirent 结构体至少包含 ino_t d_ino char d_name[] 这两个成员，前者是 i-node 编号，后者是文件名

myftw 函数

4.23 chdir 、fchdir 和 getcwd 函数

进程调用chdir 和 fchdir 函数可以更改进程当前的工作目录

#include<unistd.h>

int chdir(const char *pathname);

int fchdir(int fd);
//成功返回 0； 出错返回 -1

pathname 和 fd 都用来指定新的工作目录

使用 chdir 函数

4.25 文件访问权限小结

课后习题

4.6 编写一个类似 cp(1) 的程序，它复制包含空洞的文件，但不将字节 0 写到输出文件中

我的解答

4.11 对 myftw 函数进行更改：每次遇到一个目录就用其调用 chdir，这样每次调用 lstat 时就可以使用文件名而非路径名，处理完所有的目录项后执行 chdir(“..”)。比较这两个版本的程序的运行时间