UNIX高级环境编程（3）Files And Directories - stat函数，文件类型，和各种ID

在前面的两篇，我们了解了IO操作的一些基本操作函数，包括open、read和write。

在本篇我们来学习一下文件系统的其他特性和一个文件的属性，涉及的函数功能包括：

• 查看文件的所有属性；
• 改变文件所有者；
• 改变文件权限；
• 操作文件夹。

我们还会了解一些文件系统相关的数据结构和符号链接（symbolic link）。

1 函数stat、fstat、fstatat、lsat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);
//All four return: 0 if OK, −1 on error

函数功能：

stat返回pathname指定文件的信息；

fstat获取在文件描述符fd上打开的文件信息；

lstat的功能和stat函数类似，只是有一种情况有区别，当pathname指定的文件是一个符号链接的时候，lstat函数获取的文件信息是该符号链接的信息，而不是符号链接所指向文件的信息，在后面我们会了解更多关于符号链接的相关内容；

fstatat：文件描述符fd表示一个父目录，pathame指定父目录下得一个子目录，fstatat函数返回该子目录下的文件统计数。flag用来设置是否查询符号链接所指向的文件，如果flag设置为AT_SYMLINK_NOFOLLOW，则fstatat函数只返回该符号链接的相关信息，如果不设置该标志位，则返回该符号链接指向的文件的相关信息。

是一个关键的输出参数，上面的参数将文件属性填充值该结构体内。结构体如下图所示：

结构体中得每个成员都代表文件的某一个属性，我们会逐个了解属性的具体含义。

2 文件类型（File Type）

目前我们了解了两种文件：常规文件（regular files）和文件夹（directory）。

常见的几种文件类型包括：

1. 常规文件（Regular File）：包含某种组织形式的数据的文件，Linux并不关心数据是文本或是二进制（有一个例外，就是二进制可执行文件，内核必须知道该类型的格式才能执行），对数据的解析由应用程序负责。
2. 目录文件（Directory）：包含其他文件的名字，和指向这些文件信息的指针。进程可以读取目录文件的内容，但是只有内核才又写该类型文件的权限，进程通过调用本篇介绍的一些函数才操作修改目录文件，本质上仍然是内核修改。
3. 块文件（Block Special File）：如硬盘驱动，提供了固定大小缓存用于IO的文件类型。
4. 字符文件（Charactor Special File）：无缓存的对可变大小单元进行操作的文件类型。操作系统所有的设备都是块设备文件或字符设备文件。
5. 先入先出队列（FIFO）：进程间通信使用的文件类型。
6. 套接字（Socket）：网络或单机中的两个进程之间的通信使用的文件类型。
7. 符号链接（Symbolic File）：指向另一个文件的文件类型。

stat结构体中得st_mode制定了文件的类型。

Example：

#include "apue.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
    int         i;
    struct stat buf;
    char        *ptr; 

    for (i = ; i < argc; i++) {

        printf("%s: ", argv[i]);

        if (lstat(argv[i], &buf) < ) {
            err_ret("lstat error");
            continue;
        }

        if (S_ISREG(buf.st_mode))
            ptr = "regular";
        else if (S_ISDIR(buf.st_mode))
            ptr = "directory";
        else if (S_ISCHR(buf.st_mode))
            ptr = "character special";
        else if (S_ISBLK(buf.st_mode))
            ptr = "block special";
        else if (S_ISFIFO(buf.st_mode))
            ptr = "fifo";
        else if (S_ISLNK(buf.st_mode))
            ptr = "symbolic link";
        else if (S_ISSOCK(buf.st_mode))
            ptr = "socket";
        else
            ptr = "** unknown mode **";

        printf("%s\n", ptr);
    }
    exit();
}

运行截图：

3 设置用户Id（User ID）和组Id（Group ID）

每个进程6个甚至更多的ID和它关联。如下表所示:

简要介绍ID的区别：

• real user ID和real group ID：当前登陆用户的ID和该用户所属的组ID；
• effective user ID、effective group ID和supplementary group IDs：文件的访问权限。
• saved set-user-ID和saved set-group-ID：当一个程序运行时，会拷贝effective user ID和effective group ID到这两个变量中，这两个ID和函数setuid相关。

一般情况下，effective user ID = real user ID，effective group ID = real group ID.

每个文件都由一个所有者，和一个组所有者，分别对应stat数据结构中得字段：st_uid和st_gid。

如果执行程序时，希望effective user(group) ID != real user(group) ID，即希望改变进程的访问资源的权限为文件所有者的访问权限，而不是真实用户的访问权限，可以通过设置mode中两个bit来实现将effective user(group) ID设置为文件所有者（组），这两个bit叫做：set-user-ID位和set-group-ID位。这两个位包含在stat数据结构中得st_mode字段中，可以通过函数S_ISUID和S_ISGID来测试。

4 文件访问权限（File Access Permissions）

stat数据结构中的st_mode字段中同样包含文件访问权限位。

每个文件有9中权限位：

这些标志位的使用需要注意的事项总结如下：

• 如果要打开某个文件，则该文件全路径上的所有文件夹都需要有执行权限（execute permission），该文件则需要对应的操作权限。需要可执行权限的原因是可以通过（pass through）它找到下一级目录或者文件；
• 读权限，允许打开某个已存在文件，标志位：O_RDONLY和O_RDWR；
• 写权限，允许向某个已存在文件写入数据，标志位：O_WRONLY和O_RDWR；
• 调用open函数时，如果要指定标志位O_TRUNC，需要写权限；
• 我们无法在某个文件夹下创建文件，除非我们对该文件夹有写权限（write permission）和执行权限（execute permission）；
• 删除某个文件，需要该文件所在文件夹的写权限和执行权限，而不需要对该文件本身有写权限或读权限；
• 如果我们希望使用exec类函数执行某个文件，则必须有可执行权限，并且该文件必须为regular file。

文件访问权限检测流程：

1. 如果进程的effective user ID是0，即超级用户，则允许访问；
2. 如果进程的effective user ID是文件所有者的ID，即该进程是该文件的所有者（owner），并且相应的访问权限标志位被设置，则允许访问；
3. 如果进程的effective group ID或者supplementary group IDs之一是文件所有组的ID，并且相应的访问权限标志位被设置，则允许访问；
4. 如果相应的other访问权限标志位被设置，则允许访问。

简单来说，如果进程是该文件的拥有者，则访问是否允许取决于用户访问权限标志位，忽略组权限标志位；如果进程不是该文件的拥有者，但是该进程属于某个有访问权限的组，访问是否允许取决于组权限标志位的设置，忽略other访问权限标志位。

5 新文件和目录的所有权（ownership）

新文件的real user ID为创建该文件的进程的effective user ID。

新文件的real group ID的取值取决于：

• 新文件的real group ID可以是常见该文件的进程的effective group ID；
• 新文件的real group ID可以是该文件所在目录的real group ID。（必须保证该目录下面的所有文件的real group ID都是该目录的real group ID）。

6 函数access和faccessat

access和faccessat函数用于测试当前用户（real user，当前登录用户）对某一文件是否有某种操作权限。

函数声明：

#include <unistd.h>
int access(const char* pathname, int mode);
int faccessat(int fd, const char* pathname, int mode, int flag);

mode的可取值，当为F_OK，测试文件是否存在。

faccessat函数的相关细节：

• 当pathname为绝对路径，或者fd取值为AT_FDCWD并且pathname为相对路径时，功能和access相同。
• 否则，faccessat函数指定的工作目录为pathname指定的相对目录加上fd描述符指定的父目录。
• 当flag的值为AT_EACCESS时，测试时使用进程的effective user和group而不是当前real user ID和group。

Example：

#include "apue.h"
#include <fcntl.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != )
        err_quit("usage: a.out <pathname>");

    if (access(argv[], R_OK) < )
        err_ret("access error for %s", argv[]);
    else
        printf("read access OK\n");

    if (open(argv[], O_RDONLY) < )
        err_ret("open error for %s", argv[]);
    else
        printf("open for reading OK\n");

    exit();
}

测试：

由于本地mac环境搞不定，所以直接截书上的例子吧。

该例中，当切换到root用户，修改了该文件的所有者为root用户，并且设置了set-user-ID，这样当切换到别的用户时，仍可以以RDONLY方式打开文件，但是由于access是测试当前real user的读权限，当切换到其他用户时，access测试不通过，显示Permission denied。

好吧，直接忽略上面这个例子吧，我没能在自己的机器上重现，只是直接随便翻译书上某一段话。如果有某位高手看懂了，请指点。

小结

由于这一章内容比较多，所以打算用三篇来写，这是第一篇，主要介绍了stat函数，access函数，文件类型和各种令人糊涂的ID。

参考资料：

《Advanced Programming in the UNIX Envinronment 3rd》