Linux应用开发：文件属性与目录（上）

Posted 2022-01-07 JeckXu666

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• Linux应用开发：文件属性与目录（上）
• • 一、文件类型
  • • 1.1 普通文件
    • 1.2 目录文件
    • 1.3 字符设备文件和块设备文件
    • 1.4 符号链接文件
    • 1.5 管道文件
    • 1.6 套接字文件
  • 二、stat 函数
  • • 2.1 stat() 函数
    • 2.2 struct stat 结构体
  • 三、fstat 和 lstat
  • • 3.1 fstat 函数
    • 3.2 lstat 函数
  • 四、文件归属

Linux应用开发：文件属性与目录（上）

一、文件类型

Linux 系统下一共分为 7 种文件类型：普通文件、目录、字符设备文件、块设备文件、符号链接文件、管道文件以及套接字文件，这7个文件主要有以下区别：

• 普通文件：最常见的文件类型
• 目录文件：目录也是一种文件类型
• 设备文件：对应于硬件设备
• 符号链接文件：类似于 Windows 的快捷方式
• 管道文件：用于进程间通信的文件
• 套接字文件：用于网络通信的文件

下面详细介绍一下各个文件：

1.1 普通文件

Linux 系统下是最常见的，如文本文件、二进制文件、源代码文件都是普通文件，也就是 一般意义上的文件；普通文件中的 数据存在系统磁盘中，文件中的内容可以以 字节为单位 进行存储于访问

普通文件可以分为两大类：文本文件和二进制文件：

• 文本文件：文件中的内容是由文本构成的，文本指的是 ASCII 码字符

• 二进制文件：二进制文件中存储的本质上也是数字，只不过对于二进制文件来说，这些数字并不是文本字符编码，而是真正的 二进制数字

通过 stat 命令可以查询文件类型，如下：

ls 指令也可以查看文件类型：

用 ls 展开后，每个文件的第一个是一个 ‘-’，其含义如下：

• ’ - '：普通文件
• ’ d '：目录文件（dir）
• ’ c '：字符设备文件（char）
• ’ b '：块设备文件（block）
• ’ l '：符号链接文件（link）
• ’ s '：套接字文件（socket）
• ’ p '：管道文件（pipeline）

1.2 目录文件

目录文件就是文件夹，是一种特殊文件，可以使用 vim 打开：

文件夹中记录了该文件夹本省的路径以及该文件夹下所存放的文件

1.3 字符设备文件和块设备文件

Linux 系统下，一切皆文件，也包括各种硬件设备，设备文件（字符设备文件、块设备文件）对应的是硬件设备，在 Linux 系统中，硬件设备会对应到一个设备文件，应用程序通过对设备文件的读写来操控、使用硬件设备

虽然有设备文件，但是设备文件并不对应磁盘上的一个文件，而是由文件系统虚拟出来的，一般是由内存来维护，当系统关机时，设备文件都会消失

字符设备文件一般存放在 Linux 系统/dev/目录下，所以/dev 也称为虚拟文件系统 devfs

列出 Ubuntu 下的文件， agpgart、autofs、btrfs-control、console 等这些都是字符设备文件，而 loop0、loop1 这些便是块设备文件，我们可以根据第一个字符来判断

1.4 符号链接文件

符号链接文件（link）类似于 Windows 系统中的快捷方式文件，是一种特殊文件，它的内容指向的是另一个文件路径，当对符号链接文件进行操作时，系统根据情况会对这个操作转移到它指向的文件上去

理解为 Windows 下的快捷方式

1.5 管道文件

管道文件是建立在内存之上可以同时被两个进程访问的文件，主要用于进程间通信

1.6 套接字文件

套接字文件（socket）也是一种进程间通信的方式，与管道文件不同的是，它们可以在不同主机上的进程间通信，实际上就是网络通信

二、stat 函数

2.1 stat() 函数

使用 stat 命令查看文件的属性，本质上是通过调用 stat() 函数来获取文件属性，stat 函数是 Linux 中的系统调用，用于获取文件相关的信息，函数原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int stat(const char *pathname, struct stat *buf);

pathname：用于指定一个需要查看的文件路径

buf：struct stat 类型指针，用于指向一个 struct stat 结构体变量。调用 stat 函数的时候需要传入一个 struct
stat 变量的指针，获取到的文件属性信息就记录在 struct stat 结构体中

返回值：成功返回 0；失败返回-1，并设置 error

2.2 struct stat 结构体

结构体原型：

struct stat

    dev_t st_dev;
    /* 文件所在设备的 ID */
    ino_t st_ino;
    /* 文件对应 inode 节点编号 */
    mode_t st_mode; /* 文件对应的模式 */
    nlink_t st_nlink;
    /* 文件的链接数 */
    uid_t st_uid;
    /* 文件所有者的用户 ID */
    gid_t st_gid;
    /* 文件所有者的组 ID */
    dev_t st_rdev;
    /* 设备号（指针对设备文件） */
    off_t st_size;
    /* 文件大小（以字节为单位） */
    blksize_t st_blksize;
    /* 文件内容存储的块大小 */
    blkcnt_t st_blocks;
    /* 文件内容所占块数 */
    struct timespec st_atim;
    /* 文件最后被访问的时间 */
    struct timespec st_mtim;
    /* 文件内容最后被修改的时间 */
    struct timespec st_ctim;
    /* 文件状态最后被改变的时间 */
;

st_mode 是 struct stat 结构体中的一个成员变量，是一个 32 位无符号整形数据，该变量记录了文件的类型、文件的权限这些信息，该整形各位如下：

• O 对应的 3 个 bit 位用于描述其它用户的权限
• G 对应的 3 个 bit 位用于描述同组用户的权限
• U 对应的 3 个 bit 位用于描述文件所有者的权限
• S 对应的 3 个 bit 位用于描述文件的特殊权限

文件类型这 4 个 bit 位用于描述该文件的类型：

S_IFSOCK 0140000 socket（套接字文件）
S_IFLNK 0120000 symbolic link（链接文件）
S_IFREG 0100000 regular file（普通文件）
S_IFBLK 0060000 block device（块设备文件）
S_IFDIR 0040000 directory（目录）
S_IFCHR 0020000 character device（字符设备文件）
S_IFIFO 0010000 FIFO（管道文件）

成员变量中的 struct timespec 结构体是 Linux 系统中时间相关的结构体，用于存储时间信息，原型如下：

struct timespec

    time_t tv_sec;
    /* 秒 */
    syscall_slong_t tv_nsec;
    /* 纳秒 */
;

三、fstat 和 lstat

除了 stat 函数之外，还可以使用 fstat 和 lstat 两个系统调用来获取文件属性信息，fstat、lstat 与 stat 的作用一样，但是参数、细节方面有些不同

3.1 fstat 函数

stat 是从文件名出发得到文件属性信息，不需要先打开文件；而 fstat 函数则是从文件描述符出发得到文件属性信息，函数原型

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int fstat(int fd, struct stat *buf);

如果不想通过打开文件来得到文件属性信息，那么就使用 stat，如果文件已经打开了，那么就使用 fstat

3.2 lstat 函数

对于符号链接文件，stat、fstat 查阅的是符号链接文件所指向的文件对应的文件属性信息，而 lstat 查阅的是符号链接文件本身的属性信息，函数原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int lstat(const char *pathname, struct stat *buf);

四、文件归属

Linux 是一个多用户操作系统，系统中一般存在着好几个不同的用户，而 Linux 系统中的每一个文件都有一个与之相关联的用户和用户组，通过这个信息可以 判断文件的所有者和所属组

Linux 系统会为每一个用户或用户组分配一个 ID，将用户名或用户组名与对应的 ID 关联起来，所以 系统通过用户 ID（UID）或组 ID（GID）就可以识别出不同的用户和用户组

如下，我们查看一个文件的信息，可以看到他的 UID 和 GID：

文件的用户 ID 和组 ID 分别由 struct stat 结构体中的 st_uid 和 st_gid 所指定

而对于一个进程来说也有所属组，与一个进程相关联的 ID 一般有 5 个或更多，具体可以分为以下部分：

• 实际用户 ID 和实际组 ID 就是 执行该进程的用户是谁、以及该用户对应的所属组；实际用户 ID 和实际组 ID 确定了进程所属的用户和组
• 有效用户 ID、有效组 ID 以及附属组 ID 用于文件访问权限检查

"进程对文件是否拥有 xx 权限" 其实质是当前执行该进程的用户是否拥有对文件的 xx 权限

chown 是一个系统调用，该系统调用可用于改变文件的所有者（用户 ID）和所属组（组 ID），函数原型如下：

#include <unistd.h>
int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);

• pathname：用于指定一个需要修改所有者和所属组的文件路径
• owner：将 文件的所有者 修改为该参数指定的用户（以用户 ID 的形式描述）
• group：将 文件的所属组 修改为该参数指定的用户组（以用户组 ID 的形式描述）
• 返回值：成功返回 0；失败将返回-1，兵并且会设置 errno

函数使用注意：

• 只有超级用户进程能更改文件的用户 ID
• 普通用户进程只能将文件的组 ID 修改为其所从属的任意附属组 ID，前提条件是该进程的有效用户 ID 等于文件的用户 ID；而 超级用户进程可以将文件的组 ID 修改为任意值