UNIX环境高级编程——系统数据文件和信息

news2025/1/23 13:16:40

6.1 引言

UNIX系统的正常运行需要使用大量与系统有关的数据文件，这些文件都是ASCII文本文件，并且使用标准I/O库读这些文件。

6.2 口令文件

UNIX口令文件是/etc/passwd，每一行包含下图中的各字段，字段之间用冒号分隔，这些字段包含在<pwd.h>中定义的passwd结构中。
在这里插入图片描述
两个获取口令文件项的函数：

#include <pwd.h>

struct passwd *getpwuid(uid_t uid);
struct passwd *getpwnam(const char *name);
										// 两个函数返回值：若成功，返回指针；若出错，返回NULL
  • 这两个函数都返回一个指向passwd结构的指针，该结构已由这两个函数在执行时填入信息；
  • passwd结构通常是函数内部的静态变量，只要调用任一相关函数，其内容就会被重写。
/* The passwd structure.  */
struct passwd
{
  char *pw_name;		/* Username.  */
  char *pw_passwd;		/* 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.  */
};

下列3个函数用于查看整个口令文件：

#include <pwd.h>

struct passwd *getpwent(void);
										// 返回值：若成功，返回指针；若出错或到达文件尾端，返回NULL
void setpwent(void);
void endpwent(void);
  • getpwent函数返回口令文件中的下一个记录项；
  • setpwent函数用来将getpwent函数的读写地址指向密码文件开头；
  • endpwent函数关闭这些文件，在使用getpwent函数查看完口令文件后，一定要调用endpwent关闭这些文件。

6.3 阴影口令

  • 加密口令是经单向加密算法处理过的用户口令副本，不能从加密口令猜测到原来的口令；
  • 系统将加密口令存放在阴影口令文件（/etc/shadow）中，该文件的主要内容包括如下内容，其中用户登录名和加密口令是必需的：
    在这里插入图片描述

下面一组函数用于访问阴影口令文件：

#include <shadow.h>

struct spwd *getspnam(const char* name);
struct spwd *getspent(void);
										// 两个函数返回值：若成功，返回指针；若出错，返回NULL
void setspent(void);
void endspent(void);

6.4 组文件

UNIX组文件（/etc/group）包含下图所示字段，这些字段包含在<grp.h>中所定义的group结构中：
在这里插入图片描述

  • 字段gr_mem是一个指针数组，其中每个指针指向一个属于该组的用户名，该数组以null指针结尾。

可以用下列两个函数来查看组名或数值组ID：

#include <grp.h>

struct group *getgrgid(gid_t gid);
struct group *getgrnam(const char *name);
										// 两个函数返回值：若成功，返回指针；若出错，返回NULL
  • 这两个函数返回一个指向静态变量的指针，在每次调用时都重写该静态变量。

下列3个函数用于搜索整个组文件：

#include <grp.h>

struct group *getgrent(void);
										// 返回值：若成功，返回指针；若出错或到达文件尾端，返回NULL
void setgrent(void);
void endgrent(void);
  • setgrent函数打开组文件（如若它尚未打开）并反绕它；
  • getgrent函数从组文件中读下一个记录，如若该文件尚未打开，则先打开它；
  • endgrent函数关闭组文件。

6.5 附属组ID

下面3个函数用于获取和设置附属组ID：

#include <unistd.h>
int getgroups(int gidsetsize, gid_t grouplist[]);
										// 返回值：若成功，返回附属组ID数量；若出错，返回-1

#include <grp.h>	/* on Linux */
#include <unistd.h>	/* on FreeBSD, Mac OS X, and Solaris */
int setgroups(int ngroups, const gid_t grouplist[]);

#include <grp.h>	/* on Linux and Solaris */
#include <unistd.h>	/* on FreeBSD and Mac OS X */
int initgroups(const char *username, gid_t basegid);
										// 两个函数的返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1
  • getgroups将进程所属用户的各附属组ID填写到数值grouplist中，填写入该数组的附属组ID数最多为gidsetsize个；实际填写到数组中的附属组ID数由函数返回，若gidsetsize为0，则函数只返回附属组ID数，而对数组grouplist则不做修改；
  • setgroups由超级用户调用来为调用进程设置附属组ID表，grouplist是组ID数组，而ngroups说明数组中的元素数，ngroups的值不能大于NGROUPS_MAX；
  • initgroups函数调用setgroups，它先读整个组文件，对username确定其组的成员关系；然后，它调用setgroups，为该用户初始化附属组ID表；除了在组文件中找到username的所有组，initgroups也在附属组ID表中包含了basegid，basegid是username在口令文件中的组ID。

6.6 实现区别

6.7 其他数据文件

在这里插入图片描述
一般情况下，对于每个数据文件至少有3个函数：

  • get函数：读下一个记录，如果需要，还会打开该文件。此种函数通常返回指向一个结构的指针。当已达到文件尾端时返回空指针。大多数get函数返回指向一个静态存储类结构的指针，如果要保存其内容，则需复制它；
  • set函数：打开相应数据文件（如果尚未打开），然后反绕该文件。如果希望在相应文件起始处开始处理，则调用此函数；
  • end函数：关闭相应数据文件。在结束了对相应数据文件的读、写操作后，总应调用此函数以关闭所有相应文件。

6.8 登录账户记录

6.9 系统标识

uname函数返回与主机和操作系统有关的信息：

#include <sys/utsname.h>

int uname(struct utsname *name);
										// 返回值：若成功，返回非负值；若出错，返回-1
  • 该函数的参数是一个utsname结构的地址，其内容由函数填写。

gethostname函数只返回主机名，该名字通常就是TCP/IP网络上主机的名字：

#include <unistd.h>

int gethostname(char *name, int namelen);
										// 返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1
  • namelen参数指定name缓冲区长度，如若提供足够的空间，则通过name返回的字符串以null字节结尾；如若没有提供足够的空间，则没有说明通过name返回的字符串是否以null结尾；
  • 最大主机名长度是HOST_NAME_MAX。

6.10 时间和日期例程

UNIX内核提供的基本时间服务是计算自协调世界时（Coordinated Universal Time，UTC）公元1970年1月1日00:00:00这一特定时间以来经过的秒数，这种秒数是以数据类型time_t表示的，称为日历时间，日历时间包括时间和日期。

time函数返回当前时间和日期：

#include <time.h>

time_t time(time_t *calptr);
										// 返回值：若成功，返回时间值；若出错，返回-1
  • 时间值作为函数返回；
  • 如果参数非空，则时间值也存放在由calptr指向的单元内。

POSIX.1的实时扩展增加了对多个系统时钟的支持，时钟通过clockid_t类型进行标识，下图给出了标准值：
在这里插入图片描述

clock_gettime函数用于获取指定时钟的时间，返回的时间在timespec结构中，它把时间表示为秒和纳秒：

struct timespec {
	__kernel_time_t	tv_sec;			/* seconds */
	long		tv_nsec;		/* nanoseconds */
};

#include <sys/time.h>

int clock_gettime(clockid_t clock_id, struct timespec *tsp);
										// 返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1

clock_getres函数把参数tsp指向的timespec结构初始化为与clock_id参数对应的时钟精度：

#include <sys/time.h>

int clock_getres(clockid_t clock_id, struct timespec *tsp);
										// 返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1

clock_settime函数用于对特定的时钟设置时间：

#include <sys/time.h>

int clock_settime(clockid_t clock_id, const struct timespec *tsp);
										// 返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1

gettimeofday函数获取当前时间：

#include <sys/time.h>

int gettimeofday(struct timeval *restrict tp, void *restrict tzp);
										// 返回值：总是返回0
  • gettimeofday函数以距特定时间（1970年1月1日00:00:00）的秒数的方式将当前时间存放在tp指向的timeval结构中，而该结构将当前时间表示为秒和微秒。
/* A time value that is accurate to the nearest
   microsecond but also has a range of years.  */
struct timeval
{
  __time_t tv_sec;		/* Seconds.  */
  __suseconds_t tv_usec;	/* Microseconds.  */
};

一旦取得这种从上述特定时间经过的秒数的整型时间值后，通常需要调用函数将其转换成分解的时间结构，然后调用另一个函数生成人们可读的时间和日期，各种时间函数之间的关系如下：
在这里插入图片描述
localtime和gmtime将日历时间转换成分解的时间，并将这些存放在一个tm结构中：

/* ISO C `broken-down time' structure.  */
struct tm
{
  int tm_sec;			/* Seconds.	[0-60] (1 leap second) */
  int tm_min;			/* Minutes.	[0-59] */
  int tm_hour;			/* Hours.	[0-23] */
  int tm_mday;			/* Day.		[1-31] */
  int tm_mon;			/* Month.	[0-11] */
  int tm_year;			/* Year	- 1900.  */
  int tm_wday;			/* Day of week.	[0-6] */
  int tm_yday;			/* Days in year.[0-365]	*/
  int tm_isdst;			/* DST.		[-1/0/1]*/

# ifdef	__USE_MISC
  long int tm_gmtoff;		/* Seconds east of UTC.  */
  const char *tm_zone;		/* Timezone abbreviation.  */
# else
  long int __tm_gmtoff;		/* Seconds east of UTC.  */
  const char *__tm_zone;	/* Timezone abbreviation.  */
# endif
};

#include <time.h>

struct tm *gmtime(const time_t *calptr);
struct tm *localtime(const time_t *calptr);
										// 两个函数的返回值：指向分解的tm结构的指针；若出错，返回NULL
  • localtime将日历时间转换成本地时间（考虑到本地时区和夏时令标志）；
  • gmtime将日历时间转换成协调统一时间的年、月、日、时、分、秒、周日分解结构。

mktime以本地时间的年、月、日等作为参数，将其变换成time_t值：

#include <time.h>

time_t mktime(struct tm *tmptr);
										// 返回值：若成功，返回日历时间；若出错，返回-1

strftime函数通过可用的多个参数来定制产生的字符串：

#include <time.h>

size_t strftime(char *restrict buf, size_t maxsize,
				const char *restrict format,
				const struct tm *restrict tmptr);
size_t strftime_l(char *restrict buf, size_t maxsize,
				  const char *restrict format,
				  const struct tm *restrict tmptr, locale_t locale);
										// 两个函数的返回值：若有空间，返回存入数组的字符数；否则返回0
  • strftime_l允许调用者将区域指定为参数，除此之外，strftime和strftime_l函数是相同的，strftime使用通过TZ环境变量指定的区域；
  • tmptr参数是要格式化的时间值，由一个指向分解时间值tm结构的指针说明；
  • 格式化结果存放在一个长度为maxsize个字符的buf数组中，如果buf长度足以存放格式化结果及一个null终止符，则该函数返回在buf中存放的字符数（不包括null终止符），否则该函数返回0；
  • format参数控制时间值的格式，其转换说明如下：
    在这里插入图片描述
    strptime函数是strftime的反过来版本，把字符串时间转换成分解时间：
#include <time.h>

char *strptime(const char *restrict buf, const char *restrict format, struct tm *restrict tmptr);
										// 返回值：指向上次解析的字符的下一个字符的指针；否则，返回NULL
  • format参数给出了buf参数指向的缓冲区内字符串的格式，其转换说明如下：
    在这里插入图片描述

6.11 实例代码

chapter6

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