Linux C与C++一线开发实践之二 Linux文件系统

Posted 2022-11-28 夜色魅影

文件系统是操作系统中负责管理和存储文件的软件系统。

当我们在Linux下查看根目录下的内容时，见到很多的目录文件，那么这些都是一些什么文件呢？下面我们来先了解下：

目录名	存放的内容
/	根目录
/bin	必备的用户命令程序，例如ls、cp等
/boot	Linux启动时用到的一些文件，如/boot/vmlinuz为Linux内核文件
/sbin	必备的系统管理员命令，如：ifconfig、reboot等
/dev	设备文件，如mtdblock0、tty1等
/etc	系统配置文件
/lib	必要的链接库，如C链接库、内核模块
/home	普通用户主目录
/root	root用户主目录
/usr/bin	非必备的用户程序，如find、du等
/usr/sbin	非必备的管理员命令，如chroot、inetd等
/var	系统运行过程中经常变化的文件，如日志文件，登入文件等
/proc	此目录不占磁盘空间，数据都在内存中，如系统核心、外部设备、网络状态等，比较重要的目录有/proc/cpuinfo、/proc/interrupts、/proc/dma、/proc/ioports、/proc/net/*等
/tmp	程序执行过程产生的临时文件
/srv	服务程序启动后需要访问的数据目录，如www服务需要访问的网页数据就存放在/srv/www内
/usr	应用程序存放目录，如：程序安装文件，共享数据，库文件，程序说明文件等

文件系统

Linux文件在底层结构上其实类似我们的书本，包括目录和内容。Linux上查找文件也类似，所有文件都有个索引节点，然后根据索引信息来定位内容地址。这是个树形结构保存。索引节点在这个树形结构中是用一个整型数据表示的，所以文件名字需要有个对应的映射表，这个映射表我们称为目录项。
通俗讲一个Linux上文件在磁盘中存储包括：索引节点、目录项、数据这三块组成的。
我们平时点击打开一个文件，实际上系统内部是分三个步骤：
（1）系统通过目录项找到这个文件名对应的索引节点号。
（2）通过索引节点号获取节点信息。
（3）根据索引节点信息找到文件数据所在的“块”，读出数据。

接下来我们来看看文件的属性信息(ls -l查看):

d	rwx	r-x	r-x	19	root	root	4096	1月 21 2019	var
文件类型	文件所有者权限(读r、写w、可执行x)	文件所属用户组权限(-没有对应权限)	其它用户权限	链接数	所属用户	所属用户组	文件大小	文件最后修改日期	文件名

文件类型：

• -：普通文件
• d：目录
• b：块设备文件(硬盘、光驱等)
• c：字符设备文件(“猫”等串口设备)
• l：链接文件(硬链接、软链接)
• p：管道文件
• s：套接口文件/数据接口文件(如：启动一个mysql服务器产生的mysql.sock文件)

注释：
1.硬链接其实就是给现有文件起的别名，类似于书本两个目录都指向相同的内容。而软链接本身它是一个特殊的文件，这个文件中包含的是另一个源文件的位置信息内容，因此，通过访问这个“快捷方式"就可以迅速定位到软链接所指向的源文件。链接文件其实就是扩展了我们现有文件查找的索引方式。

2.硬链接就是创建目录项，通过link/unlink两个函数创建和删除。

I/O操作

常规讲就是对文件的读写操作，相信我们对c库的文件I/O函数比较熟悉，比如fopen、fread/fwrite、fclose、fseek等。其实I/O操作基本就是这些东西。今天我们来总结下，Linux下对文件操作总共有3种方式，至于以后你们要用哪一种读写文件看自己喜好:
（1）C库文件操作
（2）C++文件流(open、close、>>、<<、seekp/seekg、write、read等)
（3）Linux系统调用(open、creat、close、read、write、lseek等)

关于文件的一些其它操作
1.stat()函数，获取文件的状态信息。
2.fcntl()函数，文件锁定。包括建议锁和强制锁，它们代码一致，只需要修改系统配置就可以切换两种锁。
3.mmap()函数，建立文件和内存映射。在要求高性能的应用中比较常用。
等
对文件操作的接口就不详细介绍了，都差不多，就是些接口的调用，我们主要看看它运用的场景，如在保存本地配置，导出配置文件的自动化工具，项目加密解密等。

文件操作实战

实战的示例：我们有一个加了密的游戏资源文件，目标是要把这个资源文件破解出来，一张张原图还原。

下面这个是网络上找的一个加了密的游戏资源文件：

首先我们看看这个文件大小有47M多，可以猜测到它是将很多的散图文件集中写到这一个文件里了。那我们怎么还原它的散图呢？
我们先自己思考下，把多个文件写入一个文件中，要能够还原，那肯定得记录每个文件在这个总文件中的位置信息。类似我们网络传输数据处理沾包丢包问题一样，每个消息包加包头和数据组成。这个包头就记录了消息长度等信息，以此来做检验。
根据分析这个资源包肯定要记录每个文件位置，名字，大小等信息，即索引。那我们沿着这个思路，就是先要想办法找到这个所谓“索引”信息，然后根据这个索引信息还原数据。
下面推荐一个文件二进制查看工具：FlexHEX，我们把images.pak源文件用这个工具打开，如下：

我尝试搜索了下游戏资源常用格式.PNG和.jpg，发现png=186，jpg=22，加起来=208。所以我大胆猜测这个208应该就近视是散图文件数量了。而我又观察查看器，发现在文件开始的第二个4字节刚好等于208。

由此我几乎可以断定这个文件的索引信息就是写在文件开始位置。以此，我把这个文件前面一段数据以4字节为单元，全部读出来。很容易分析出这个包结构如下：

索引文件大小	图片真实数量	每张图片的偏移、大小、名字(208个)

注：在读取图片名字时遇到一个坑，后面断点看数据发现它的名字是用的Unicode编码，一个字符占2字节，所以我们用char[]读取时要注意转化下。

结构明确了，下面就是按照这个结构码代码了：

#include "stdafx.h"

struct FileUnit

	int offset;    //文件偏移
	int fileSize;  //文件大小
	int fileNameLength; //文件名长度
	char fileName[999]; //文件名
;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

	//散图信息
	FileUnit m_FT[300];
	memset(m_FT, 0, sizeof(m_FT));
	
	FILE *pf = fopen("images.pak","rb");
	int indexSize;  //索引大小
	fread(&indexSize, sizeof(int), 1, pf);
	int imageNum; //图片总数
	fread(&imageNum, sizeof(int), 1, pf);
	//读取每张图片信息
	for(int i = 0; i < imageNum; i++)
	
		fread(&m_FT[i].offset, sizeof(int), 1, pf);   //偏移
		fread(&m_FT[i].fileSize, sizeof(int), 1, pf); //图片大小
		fread(&m_FT[i].fileNameLength, sizeof(int), 1, pf); //图片名字长度
		
		//图片名字是Unicode码储存，转char[]
		char tempName[999] = ;
		fread(tempName, sizeof(char), m_FT[i].fileNameLength, pf);
		bool isIn = false;
		int tempIndex = 0;
		for(int m = 0; m < m_FT[i].fileNameLength; m += 2)
		
			if (isIn)
			
				m_FT[i].fileName[tempIndex++] = tempName[m];
			
			// 92(\\\\去掉目录名字)
			if(tempName[m] == 92)
			
				isIn = true;
			
		
	
	//还原散图资源
	for(int i = 0; i < imageNum; i++)
	
		FILE *pDestFile = fopen(m_FT[i].fileName, "wb");
		fseek(pf, indexSize + m_FT[i].offset + 4, SEEK_SET);
		for(int m = 0; m < m_FT[i].fileSize; m++)
		
			fputc(fgetc(pf), pDestFile);
		
		fclose(pDestFile);
	
	fclose(pf);
	
	return 0;

运行后，如愿解出资源：

👇示例源文件下载地址👇