Linux下文件/目录操作的相关函数

news2024/11/17 0:54:41

1.文件系统

把一个磁盘分成一个或多个分区。每个分区可用包含一个文件系统

文件系统是，一组规则，规定对文件的存储及读取的一般方法。文件系统在磁盘格式化过程中指定。

常见的文件系统有：fat32 ntfs exfat ext2 、ext3 、ext4

inode是固定长度的记录项，包含有关文件的大部分信息

inode

其本质为结构体，存储文件的属性信息。如：权限、类型、大小、时间、用户、盘块位置……也叫作文件属性管理结构，大多数的inode都存储在磁盘上。

少量常用、近期使用的inode会被缓存到内存中。

  • 每个inode中有一个链接数，其值为指向该inode的目录项数（上图中有两个目录项指向同一个inode）。只有当链接数减为0时，才删除该文件。链接数包含在stat结构的st_nlink成员中（POSIX.1常量LINK_MAX指定了一个文件链接数的最大值）。这种链接类型称为硬链接
  • 另外一种链接类型称为符号链接。符号链接文件的实际内容（在数据块中）包含了该符号链接所指向的文件的名字
  • inode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。stat结构中的大多数信息都取自inode。只有2项重要数据存放在目录项中：文件名和inode号
  • 因为目录项中的inode编号指向同一文件系统中的相应inode，一个目录项不能指向另一个文件系统的inode
  • 在不更换文件系统的情况下为一个文件重命名时，该文件的实际内容并未移动，只需构造一个指向现有inode的新目录项，并删除老的目录项。链接数不会改变

下图为在一个目录下创建一个目录testdir，注意testdir所在目录，以及新建目录testdir的inode链接数：

dentry

目录项，其本质依然是结构体，重要成员变量有两个 {文件名，inode，...}，而文件内容(data)保存在磁盘盘块中。

也就是上一点inode图中包含inode结点编号和文件名的那一块

不同的文件有相同的inode号实现存储在同一块分区内，也就是硬链接

硬链接其中就要求到要处在同一块分区内，并且针对的是文件

2.文件操作

stat函数

使用stat函数最多的地方可能就是ls -l命令获得有关一个文件的所有信息

获取文件属性，存在buf中(从inode结构体中获取)
int stat(const char *path, struct stat *buf); 
        成返回0；失败返回-1 设置errno为恰当值。
        参数1：文件路径
        参数2：inode结构体指针，存放文件属性 (传出参数)

文件属性将通过传出参数返回给调用者。
练习：使用stat函数查看文件属性
【stat.c】
#include<syss/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
文件信息结构用一个结构体stat表示，实际定义可能随具体实现有所不同，但基本形式是：
struct stat{
    mode_t              st_mode;    /*文件模式字，包含有文件类型、ID和读写权限位信息*/
    ino_t               st_ino;     /* inode号 */
    dev_t               st_dev;     /* 设备号（文件系统） */
    dev_t               st_rdev;    /* 特殊文件的设备号 */
    nlink_t             st_nlink;   /* 链接数 */
    uid_t               st_uid;     /* 所有者的用户ID */
    gid_t               st_gid;     /* 组所有者的ID */
    off_t               st_size;    /* 字节大小，用于一般文件 */
    struct timespec     st_atime;   /* 最后一次访问时间 */
    struct timespec     st_mtime;   /* 最后一次修改时间 */
    struct timespec     st_ctime;   /* 最后一个文件状态改变的时间 */
    blksize_t           st_blksize; /* 磁盘块(block)大小 */
    blkcnt_t            st_blocks;  /* 分配的磁盘块(block)数量 */
};

stat结构体中的st_size属性：

stat结构体中的st_mode属性：

st_mode属性：

  • 普通(一般)文件
  • 目录文件
  • 字符特殊文件：这种类型的文件提供对设备不带缓冲的访问，每次访问长度可变(系统中的所有设备要么是字符特殊文件，要么是块特殊文件)
  • 块特殊文件：这种类型的文件提供对设备(如磁盘)带缓冲的访问，每次访问以固定长度为单位进行
  • FIFO：这种类型的文件用于进程间通信，有时也称为命名管道
  • 符号链接：这种类型的文件指向另一个文件
  • 套接字：这种类型的文件用于进程间的网络通信

提供了一些宏定义供于查看文件是否为目录等

stat函数在查看链接的时候会穿透，比如给一个文件起软链接后，去查看这个软链接对应的链接名，会把它当作一个文件，而不是显示它是一个链接

lstat函数

类似于stat。但是当pathname为一个符号链接时，返回符号链接（而不是由该符号链接引用的文件）的有关信息，存在buf中

【get_file_type.c】
int lstat(const char *path, struct stat *buf); 
成返回0；失败返回-1 设置errno为恰当值。

文件类型判断方法：st_mode 取高4位。 但应使用宏函数：           
       S_ISREG(m)  is it a regular file?
       S_ISDIR(m)  directory?
       S_ISCHR(m)  character device?
       S_ISBLK(m)  block device?
       S_ISFIFO(m) FIFO (named pipe)?
       S_ISLNK(m)  symbolic link?  (Not in POSIX.1-1996.)
       S_ISSOCK(m) socket?  (Not in POSIX.1-1996.)
穿透符号链接：stat：会；lstat：不会

不穿透符号链接其实在其他方面也见到过：

给一个文件 f.c 起符号链接 f.link 后，用cat f.link 或 vim f.link 都能对 f.c 进行操作（穿透符号链接），但是如果用 ls -l f.link 会发现不穿透符号链接，会把 f.c 的文件信息优先显示出来而不是显示 f.link 文件的信息

系统和命令其实就是实现与被实现的关系

另外一种方式去获取文件的类型：（了解）

用按位与的方式，而不是直接采用宏定义去判断

IFMT实际上就是16位的位图掩码，来表示文件的权限类型

特殊权限位置

黏住位

即S_ISVTX

  • 在UNIX尚未使用请求分页式技术的早期版本中，S_ISVTX位被称为粘着位
  • 后来的UNIX版本称它为保存正文位

用途

  • 以前，如果一个可执行文件设置了该位，当程序第一次被执行，在其终止时，程序正文部分的一个副本仍被保存在交换区。这使得下次执行该程序时能较快地将其装载入内存（原因是：通常的UNIX文件系统中，文件的各数据块很可能是随机存放的，相比较而言，交换区是被作为一个连续文件来处理的）
  • 现在，系统扩展了粘着位的使用范围，Single UNIX Specification允许针对目录设置粘着位。如果对一个目录设置了该位，只有满足下列2个情况，才能删除或重命名该目录下的文件：

对该目录具有写权限

  1. 满足下列条件之一：
  2. 拥有此文件
  • 拥有此目录
  • 是超级用户

目录/tmp和/var/tmp就是设置粘着位的典型候选者

setUID位

进程有两个ID：

  • EID(有效用户ID)，表示进程履行哪个用户的权限。
  • UID(实际用户ID)，表示进程实际属于哪个用户。

多数情况下，EID和UID相同。但是，当文件的setID被设置后两个ID则有可能不一样。

例如：当进程执行一个root用户的文件，若该文件的setID位被设置为1， 那么执行该文件时，进程的UID不变。EID变为root，表示进程开始履行root用户权限。

access函数

测试指定文件是否存在/拥有某种权限。
int access(const char *pathname,  int mode); 
    返回值：成功/具备该权限：0；失败/不具备 -1 设置errno为相应值。
    参数2：R_OK、W_OK、X_OK
通常使用access函数来测试某个文件是否存在。F_OK

chmod函数

 修改文件的访问权限
 int chmod(const char *path, mode_t mode);
     成功：0；失败：-1设置errno为相应值
 int fchmod(int fd, mode_t mode);

truncate函数

截断文件长度成指定长度。常用来拓展文件大小，代替lseek。
       int truncate(const char *path, off_t length);
           成功：0；失败：-1设置errno为相应值
       int ftruncate(int fd, off_t length);

link函数

思考，为什么目录项要游离于inode之外，画蛇添足般的将文件名单独存储呢？？这样的存储方式有什么样的好处呢？

其目的是为了实现文件共享。Linux允许多个目录项共享一个inode，即共享盘块(data)。不同文件名，在人类眼中将它理解成两个文件，但是在内核眼里是同一个文件。

link函数，可以为已经存在的文件创建目录项dentry(硬链接)。
int link(const char *oldpath,  const char *newpath);
    成功：0；失败：-1设置errno为相应值
    注意：由于两个参数可以使用“相对/绝对路径+文件名”的方式来指定，所以易出错。
如：link("../abc/a.c", "../ioc/b.c")
    若a.c，b.c都对， 但abc，ioc目录不存在也会失败。

mv命令既是修改了目录项，而并不修改文件本身，可以通过link和unlink来实现mv

硬链接实际上就是创建了一个目录项，与原文件具有相同的inode节点号，指向了同一盘块位置

unlink函数

 删除一个文件的目录项；
int unlink(const char *pathname);
     成功：0；失败：-1设置errno为相应值
练习：编程实现mv命令的改名操作
【imp_mv.c】
注意Linux下删除文件的机制：不断将st_nlink -1，直至减到0为止。无目录项对应的文件，将会被操作系统择机释放。(具体时间由系统内部调度算法决定)

因此，我们删除文件，从某种意义上说，只是让文件具备了被释放的条件。
unlink函数的特征：清除文件时，如果文件的硬链接数到0了，没有dentry对应，但该文件仍不会马上被释放。要等到所有打开该文件的进程关闭该文件，系统才会挑时间将该文件释放掉。
【unlink_exe.c】

实现mv:

比如想实现像mv将a.c改名为b.c：mv ./a.c ./b.c

link("./a.c", "./b.c")；

unlink("./a.c");

unlink后目录项被释放掉，此时打开另一个终端去cat查看下该文件是查找不到的，但是unlink后的write是仍可以写的，只不过写入到stat相关的缓冲区当中，因此不会将if语句中的内容打印出来，此时进程还在继续当中，temp.txt文件还没被释放掉

隐形回收

当进程结束运行时，所有该进程打开的文件会被关闭，申请的内存空间会被释放。系统的这一特性称之为隐式回收系统资源。

symlink函数

创建一个符号链接
int symlink(const char *oldpath, const char *newpath);
成功：0；失败：-1设置errno为相应值

readlink函数

读取符号链接文件本身内容，得到链接所指向的文件名。
ssize_t readlink(const char *path, char *buf, size_t bufsiz);
成功：返回实际读到的字节数；失败：-1设置errno为相应值。
在终端窗口中也适用：
ln -s test.c test.soft
cat test.soft
>>>这是一个目录
readlink test.soft
>>>（显示软链接所指向的目录位置）

rename函数

重命名一个文件。
 int rename(const char *oldpath, const char *newpath); 
 成功：0；失败：-1设置errno为相应值

3.目录操作

工作目录：“./”代表当前目录，指的是进程当前的工作目录，默认是进程所执行的程序所在的目录位置。

目录操作的函数是在man的第三卷，是库函数

getcwd函数

获取进程当前工作目录(卷3，标库函数)
char *getcwd(char *buf, size_t size);
    成功：buf中保存当前进程工作目录位置。失败返回NULL。

chdir函数

每个进程都有一个当前工作目录，此目录是搜索所有相对路径名的起点（不以斜线开始的路径名为相对路径名）

用户登录到UNIX系统时，其当前工作目录通常是口令文件（/etc/passwd）中该用户登录项的第6个字段——用户的起始目录

  • 当前工作目录是进程的一个属性（所以如果调用chdir修改当前目录，只影响调用函数的进程本身）
  • 起始目录则是登录名的一个属性
改变当前进程的工作目录
int chdir(const char *path); 
    成功：0；失败：-1设置errno为相应值

文件、目录权限

目录文件也是“文件”，其文件内容是该目录下所有子文件的目录项dentry，可以尝试vim打开一个目录。

R

W

X

文件

文件的内容可以被查看

cat、more、less...

内容可以被修改

vi、>...

可以运行产生一个进程

./文件名

目录

目录可以被浏览

ls、tree...

创建、删除、修改文件

mv、touch、mkdir...

可以被打开、进入

cd

目录设置黏住位：若有w权限，创建不变，删除、修改只能由root、目录所有者、文件所有者操作。

查看目录的详情：

ls -ld test.dir/

opendir函数

根据传入的目录名打开一个目录 (库函数)
DIR * 类似于 FILE *
DIR *opendir(const char *name);  
# 成功返回指向该目录结构体指针，失败返回NULL
# 参数支持相对路径、绝对路径两种方式：例如：打开当前目录：① getcwd() , opendir() ② opendir(".");

closedir函数

关闭打开的目录
int closedir(DIR *dirp);
# 成功：0；失败：-1设置errno为相应值

readdir函数

读取目录(库函数)
struct dirent *readdir(DIR *dirp);  
# 成功返回目录项结构体指针；失败返回NULL设置errno为相应值
# 需注意返回值，读取数据结束时也返回NULL值，所以应借助errno进一步加以区分。
struct 结构体：
           struct dirent {
               ino_t          d_ino;      inode编号
               off_t          d_off;       
               unsigned short  d_reclen;    文件名有效长度
               unsigned char   d_type;     类型(vim打开看到的类似@*/等)
               char          d_name[256];文件名
           };

实现ls不打印隐藏文件。每5个文件换一个行显示。【imp_ls2.c】

. 和 .. 是隐藏文件

rewinddir函数

回卷目录读写位置至起始。
void rewinddir(DIR *dirp);
返回值：无

telldir/seekdir函数

获取目录读写位置
long telldir(DIR *dirp); 
成功：与dirp相关的目录当前读写位置。失败-1，设置errno

修改目录读写位置
void seekdir(DIR *dirp, long loc); 
返回值：无
参数loc一般由telldir函数的返回值来决定。

4.递归遍历目录

查询指定目录，递归列出目录中文件，同时显示文件大小

ls -R
ls-R.c  --> 通过命令行在运行的时候直接传入要递归的目录名
1.判断命令行参数，获取用户要查询的目录。
    如果用户没有输入目录名（ls -R ==> ls -R .）,进行转化, argc == 1 --> ./
2.判断用户指定的是否是目录。stat S_ISDIR()   --> 封装函数 isFile
3.读目录
    opendir(dir)
    while(reddir(dir)){
        普通文件：直接打印
        目录:
            拼接目录访问绝对路径。sprintf(path,"%s/%s",dir,d_name)
                # 递归调用自己传入的路径应当是绝对路径比较稳妥
            递归调用自己。 -->  opendir(path)
         readdir closedir                                     
    }
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<dirent.h>
#include<stdio.h>
#include<stdblib.h>
#include<string.h>
#define PATH_LEN 256

void fetchdir(const char *dir, void (*fcn)(char *)) //该函数被调用则表示输入的是目录
{
    char name[PATH_LEN];
    struct dirent *sdp;
    DIR *dp;
    if((dp = opendir(dir)) == NULL){
        fprintf(stderr, "fetchdir:can't open %s\n",dir);
        return;    
    }
    while((sdp = readdir(dp)) != NULL){
        if(strcmp(sdp->name,".") == 0 || strcmp(sdp->name,"..") == 0){  // 防止出现死循环
            continue;
        }
        if(strlen(dir) + strlen(sdp->d_name) + 2 > sizeof(name)){
            //要求文件名+路径长度不大于256 
            fprintf(stderr, "fetchdir: name %s %s too long\n",dir, sdp_d_name);                   
        }else{
            sprintf(name, "%s/%s",dir,sdp->d_name);  //进行拼接成绝对路径
            (*fcn)(name)； //回调函数调用进入下一论判断        
        }    
    }
}

void ifFile(char *name)
{
    struct stat sbuf;
    if(stat(name, &sbuf) == -1)  //文件名无效
    {
        fprintf(stderr, "isfile:can't access %s\n", name);
        exit(-1);
    }
    if((sbuf.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR) // 判定是否为目录
    {
         fetchdir(name,isfile); //回调函数       
    }
    printf("%10ld  %s\n", sbuf.st_size,name);  //普通文件，直接打印文件名
}

int main(int argc, int *agrv[])
{
    if(argc == 1)
        isFile(".");
    else
        while(--argc > 0)   //可一次查询多个目录
            isFile(*++argv);  //循环调用该函数处理各个命令传入的目录
    return 0;
}

5.重定向

dup 和 dup2函数
int dup(int oldfd); 
成功：返回一个新文件描述符；失败：-1设置errno为相应值

int dup2(int fd1, int fd2); 
# 将旧的描述符拷贝到新的,指向同一块空间，成功则返回一个新的描述符fd2
o  如果 fd2已经是被打开的文件描述符且不等于fd，则先将其关闭，然后再打开（注意关闭再打开是一个原子操作）
o  如果 fd2等于fd，则直接返回fd2（也等于fd），而不作任何操作

cat test.c > new.c
# 将test.c内容重定向输入到new.c文件中
--->  dup2(fd,STDOUT_FILENO)

dup:

dup2:

fcntl实现dup:

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理解C语言之深入理解指针（三）

理解C语言之深入理解指针（三）

目录 1. 字符指针变量 2. 数组指针变量 2.1 数组指针变量是什么&#xff1f; 2.2 数组指针变量怎么初始化 3. ⼆维数组传参的本质 4. 函数指针变量 4.1 函数指针变量的创建 4.2 函数指针变量的使⽤ 4.3 两段有趣的代码 4.3.1 typedef 关键字 5. 函数指针数组 6. 转移…
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