課程目標(biāo)

1. 編程目標(biāo)：
   (a)實(shí)現(xiàn)ls –l全部功能。
   (b)實(shí)現(xiàn)tree工具全部功能篮幢。
2. 理解文件系統(tǒng)對磁盤文件的管理策略丈积。
3. 掌握文件屬性獲取與修改的API應(yīng)用鬼悠。
4. 特殊文件的基本信息。

主要知識點(diǎn)

1. VFS文件系統(tǒng)以及ext2/3/4文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)捌木。
2. 文件信息存儲inode以及文件類型油坝，文件屬性的獲取。
3. 文件屬性的獲取與修改刨裆。
4. 編程應(yīng)用澈圈。

1—Linux一切都是文件及文件系統(tǒng)

• 一切皆文件的概念
  Linux一切皆為文件的思想是基于虛擬文件系統(tǒng)（Virtual File System，VFS）實(shí)現(xiàn)帆啃。把底層的硬件實(shí)現(xiàn)全部隱藏瞬女，用戶操作普通文件或者其它的硬件設(shè)備，都基于文件系統(tǒng)的方式努潘，即基本上都可以使用open/read/write/close這些文件操作的系統(tǒng)調(diào)用來訪問诽偷。便于應(yīng)用層的程序開發(fā)。
• Linux下根據(jù)設(shè)備的屬性將文件分為7類：

• 磁盤文件系統(tǒng)怎么來管理文件疯坤？
  
  
  struct inode結(jié)構(gòu)體存儲了文件的**基本屬性报慕，這個屬性在內(nèi)核中定義。
  在終端中輸入man 2 stat查看stat相關(guān)信息：

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

       int stat(const char *path, struct stat *buf);
       int fstat(int fd, struct stat *buf);
       int lstat(const char *path, struct stat *buf);
以上三個函數(shù)可以獲取某個文件的詳細(xì)的屬性压怠，
可以通過 strut stat結(jié)構(gòu)體查看

           struct stat {
               dev_t     st_dev;     /* ID of device containing file */
               ino_t     st_ino;     /* inode number */  文件在當(dāng)前文件系統(tǒng)下的唯一編號
               mode_t    st_mode;    /* protection */ 存放的是文件的類型以及權(quán)限
               nlink_t   st_nlink;   /* number of hard links */ 硬鏈接個數(shù)
               uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */ 擁有者ID
               gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */ 擁有組ID
               dev_t     st_rdev;    /* device ID (if special file) */
               off_t     st_size;    /* total size, in bytes */ 文件的大小
               blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */ 塊的大小
               blkcnt_t  st_blocks;  /* number of 512B blocks allocated */ 塊的個數(shù)
               time_t    st_atime;   /* time of last access */ 最近訪問時(shí)間
               time_t    st_mtime;   /* time of last modification */ 最近修改熟悉的時(shí)間
               time_t    st_ctime;   /* time of last status change */ 最近修改內(nèi)容的時(shí)間
           };

查看文件編號ls -li

2—文件類型及文件模式

mode_t st_mode; /* protection */ 存放的是文件的類型以及權(quán)限

3個bit的權(quán)限修飾位

• setuid位
• setgid位
  以上兩個bit被設(shè)置后眠冈，相應(yīng)的執(zhí)行這個文件時(shí)，會提升它的執(zhí)行權(quán)限
  以/usr/bin/passwd可執(zhí)行文件為例刑峡。用戶的密碼存儲在/etc/passwd/shadow文件中：

delphi@delphi-vm:~/code/test$ ll /etc/shadow
-rw-r----- 1 root shadow 1010 2014-08-26 21:53 /etc/shadow

從以上可以看出洋闽，普通用戶對這個文件沒有寫的權(quán)限，因此突梦，如果用vi編輯器修改肯定是不可以的诫舅。但是，普通用戶可以使用passwd這個命令來修改自己的密碼宫患，也就是修改了/etc/shadow這個文件刊懈。原因時(shí)/usr/bin/passwd這個可執(zhí)行文件被設(shè)置了setuid位。

delphi@delphi-vm:~/code/test$ ll /usr/bin/passwd
-rwsr-xr-x 1 root root 37100 2011-02-15 06:12 /usr/bin/passwd*

當(dāng)普通用戶執(zhí)行這個程序時(shí)娃闲，因?yàn)樵O(shè)置了setuid位虚汛，相應(yīng)的這個進(jìn)程對文件的訪問權(quán)限上升到該可執(zhí)行文件擁有者的權(quán)限，在這個地方就是普通用戶執(zhí)行時(shí)皇帮，對文件的讀寫的權(quán)限被提升為這個文件的擁有者root的權(quán)限卷哩，而root用戶對/etc/shadow文件有寫的權(quán)限，因此属拾，可以修改密碼成功将谊。

• 粘貼位：在早期計(jì)算機(jī)冷溶，如果一個可執(zhí)行文件被設(shè)置此位，期望這個可執(zhí)行文件常駐內(nèi)存尊浓，提高運(yùn)行的速率

3—磁盤文件屬性讀取與修改編程

1. 權(quán)限的修改

man 2 chmod

       #include <sys/stat.h>

       int chmod(const char *path, mode_t mode);
       int fchmod(int fd, mode_t mode);

man 2 umask

mode_t umask(mode_t mask);//修改和獲取當(dāng)前的umask值逞频。默認(rèn)0022

源碼中對于權(quán)限的宏定義

#define S_IRWXU 00700      //擁有者讀寫執(zhí)行的權(quán)限
#define S_IRUSR 00400       //擁有者讀的權(quán)限
#define S_IWUSR 00200      //擁有者寫的權(quán)限
#define S_IXUSR 00100       //擁有者執(zhí)行的權(quán)限

#define S_IRWXG 00070
#define S_IRGRP 00040
#define S_IWGRP 00020
#define S_IXGRP 00010

#define S_IRWXO 00007
#define S_IROTH 00004
#define S_IWOTH 00002
#define S_IXOTH 00001

新創(chuàng)建的文件的權(quán)限
如果使用以下權(quán)限新創(chuàng)建文件

S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH
(octal 0666) when creating a new file, the permissions on the resultingfile will be:
S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH
(because 0666 & ~022 = 0644; i.e., rw-r--r--).

最終這個文件的權(quán)限：0666& ~022 = 0644，而~022就是umask值

• 默認(rèn)新創(chuàng)建文件的權(quán)限：0666&~umask
• 默認(rèn)新創(chuàng)建的目錄的權(quán)限：0777&~umask

2.用戶的信息

uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */ 擁有者ID
gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */ 擁有組ID

/etc/passwd存儲的是用戶的ID以及相關(guān)信息栋齿。
/etc/group存儲的是組的ID以及相關(guān)信息苗胀。
通過 stat返回的是用戶的ID，要獲取它的用戶名瓦堵，實(shí)際是讀取對應(yīng)的文件基协。

       #include <sys/types.h>
       #include <pwd.h>

       struct passwd *getpwnam(const char *name);
       struct passwd *getpwuid(uid_t uid);

返回的是一個struct passwd指針：
           struct passwd {
               char   *pw_name;       /* username */
               char   *pw_passwd;     /* user password */
               uid_t   pw_uid;        /* user ID */
               gid_t   pw_gid;        /* group ID */
               char   *pw_gecos;      /* real name */
               char   *pw_dir;        /* home directory */
               char   *pw_shell;      /* shell program */
           };

       #include <sys/types.h>
       #include <grp.h>

       struct group *getgrnam(const char *name);
       struct group *getgrgid(gid_t gid);
返回一個 struct group指針：
           struct group {
               char   *gr_name;       /* group name */
               char   *gr_passwd;     /* group password */
               gid_t   gr_gid;        /* group ID */
               char  **gr_mem;        /* group members */
           };

3. 相關(guān)時(shí)間

在struct stat中時(shí)間分為以下三種：

time_t    st_atime;   /* time of last access */ 最近訪問時(shí)間
time_t    st_mtime;   /* time of last modification */ 最近修改熟悉的時(shí)間
time_t    st_ctime;   /* time of last status change */ 最近修改內(nèi)容的時(shí)間

查找man 2 utime

#include <sys/types.h>
#include <utime.h>

int utime(const char *filename, const struct utimbuf *times);

struct utimbuf {
     time_t actime;       /* access time */
     time_t modtime;      /* modification time */
};

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

4. 文件大小

文件的大小：可以把一個文件截短或擴(kuò)展

• 截?cái)啵?code>truncate

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

       int truncate(const char *path, off_t length);
       int ftruncate(int fd, off_t length);

如果length小于當(dāng)前文件大小菇用，截短堡掏；如果大于，依賴于系統(tǒng)刨疼，有些系統(tǒng)會擴(kuò)展泉唁。

5. 鏈接問題

• 硬鏈接：用ln -d來創(chuàng)建，實(shí)際上時(shí)增加某個為你教案的屬性中硬鏈接數(shù)值揩慕。
  編程中用link()函數(shù)實(shí)現(xiàn)

創(chuàng)建硬鏈接
NAME
       link - make a new name for a file (為文件創(chuàng)建一個新名字即為硬鏈接)

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>

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

========================
刪除硬鏈接
NAME
       unlink - delete a name and possibly the file it refers to

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>

       int unlink(const char *pathname);
僅僅是將某個文件的硬鏈接數(shù)自動減1亭畜，
有時(shí)候用來刪除文件是因?yàn)槲募]有
創(chuàng)建硬鏈接時(shí)，硬鏈接數(shù)為1迎卤，而減去1
變?yōu)?拴鸵，從而刪除文件。

• 符號鏈接：類似于windows的快解方式類似蜗搔，創(chuàng)建了一個新文件劲藐，只是不分配新數(shù)據(jù)空間，符號鏈接文件的大小為源文件路徑字符串長度樟凄。
  在控制臺中創(chuàng)建符號鏈接：

delphi@delphi-vm:~/code/test$ ln -s copy copy.lk
delphi@delphi-vm:~/code/test$ ll copy copy.lk
-rwxrw-r-- 1 delphi delphi 1000 2018-08-07 12:20 copy*
lrwxrwxrwx 1 delphi delphi    4 2018-08-07 15:36 copy.lk -> copy*

在編程中創(chuàng)建符號鏈接：

創(chuàng)建符號鏈接：
NAME
       symlink - make a new name for a file

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>

       int symlink(const char *oldpath, const char *newpath);

讀取符號鏈接：
NAME
       readlink - read value of a symbolic link

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>

       ssize_t readlink(const char *path, char *buf, size_t bufsiz);
默認(rèn)情況下聘芜，讀取符號鏈接的內(nèi)容和屬性時(shí)得到源文件的信息，
因此缝龄，針對符號鏈接有專門的函數(shù)：
stat ==> lstat
chmod ==> lchmod

6. 編程實(shí)現(xiàn)ls -l

1. 參數(shù)列表問題
   ls -l后面可以跟一個或者多個文件和目錄汰现。要解決這個問題可以使用命令行參數(shù)解析的工具getopt/getopt_long。
   另外叔壤，遍歷非-l其他參數(shù)瞎饲，有可能是目錄，有可能是文件炼绘，是目錄則讀取目錄下所有的子文件及子目錄信息嗅战；如果是普通文件，列出文件信息俺亮；如果沒有指定參數(shù)驮捍，則列出當(dāng)前目錄下的文件信息形庭。
   怎么來判斷文件是文件還是目錄呢？**lstat()函數(shù)能夠獲取給定的路徑類型厌漂。

2. 信息的問題