1. VFS 虚拟文件系统
Linux 支持各种各样的文件系统格式，如 ext2、ext3、reiserfs、FAT、NTFS、iso9660 等等，不同的磁盘分区、光盘或其它存储设备都有不同的文件系统格式，然而这些文件系统 都可以 mount 到某个目录下，使我们看到一个统一的目录树，各种文件系统上的目录和文件 我们用 ls 命令看起来是一样的，读写操作用起来也都是一样的，这是怎么做到的呢?Linux 内核在各种不同的文件系统格式之上做了一个抽象层，使得文件、目录、读写访问等概念成 为抽象层的概念，因此各种文件系统看起来用起来都一样，这个抽象层称为虚拟文件系统 (VFS，Virtual Filesystem)。这一节我们介绍运行时文件系统在内核中的表示。
1.1 dup/dup2
#include <unistd.h>int dup(int oldfd);int dup2(int oldfd, int newfd);
复制代码
dup 和 dup2 都可用来复制一个现存的文件描述符，使两个文件描述符指向同一个 file 结 构体。如果两个文件描述符指向同一个 file 结构体，File Status Flag 和读写位置只保存一份在 file 结构体中，并且 file 结构体的引用计数是 2。如果两次 open 同一文件得到两个文件 描述符，则每个描述符对应一个不同的 file 结构体，可以有不同的 File Status Flag 和读写 位置。请注意区分这两种情况。
#include <unistd.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>int main(void) { int fd, save_fd; char msg[] = "This is a test\n"; fd = open("somefile", O_RDWR|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR); if(fd<0) { perror("open"); exit(1); } save_fd = dup(STDOUT_FILENO); dup2(fd, STDOUT_FILENO); close(fd); write(STDOUT_FILENO, msg, strlen(msg)); dup2(save_fd, STDOUT_FILENO); write(STDOUT_FILENO, msg, strlen(msg)); close(save_fd); return 0; }
复制代码
示例：
2. 常用文件操作
2.1 stat
#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);struct stat { dev_t st_dev; /* ID of device containing file */ ino_t st_ino;/* inode number */ mode_t st_mode;/* protection */ nlink_t st_nlink;/* number of hard links */ uid_t st_uid;/* user ID of owner */ gid_t st_gid;/* group ID of owner */ dev_t st_rdev;/* device ID (if special file) */ off_t st_size;/* total size, in bytes */ blksize_t st_blksize;/* blocksize for file system I/O */ blkcnt_t st_blocks;/* number of 512B blocks allocated */ time_t st_atime;/* time of last access */ time_t st_mtime;/* time of last modification */ time_t st_ctime;/* time of last status change */
复制代码
stat 既有命令也有同名函数，用来获取文件 Inode 里主要信息，stat 跟踪符号链 接，lstat 不跟踪符号链接
stat 里面时间辨析
atime(最近访问时间): mtime(最近更改时间):指最近修改文件内容的时间 ctime(最 近改动时间):指最近改动 Inode 的时间 ## access
#include <unistd.h>int access(const char *pathname, int mode);
复制代码
按实际用户 ID 和实际组 ID 测试,跟踪符号链接 参数 mode
R_OK 是否有读权限W_OK 是否有写权限X_OK 是否有执行权限F_OK 测试一个文件是否存在
复制代码
实际用户 ID: 有效用户 ID:sudo 执行时，有效用户 ID 是 root，实际用户 ID 是 xingwen- peng
2.1 chmod
#include <sys/stat.h>int chmod(const char *path, mode_t mode); int fchmod(int fd, mode_t mode);
复制代码
2.2 chown
#include <unistd.h>int chown(const char *path, uid_t owner, gid_t group); int fchown(int fd, uid_t owner, gid_t group);int lchown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);
复制代码
chown 使用时必须拥有 root 权限。
2.3 utime
2.4 truncate
#include <unistd.h> #include <sys/types.h>int truncate(const char *path, off_t length); int ftruncate(int fd, off_t length);
复制代码
2.4 link
2.4.1 link
创建一个硬链接
当 rm 删除文件时，只是删除了目录下的记录项和把 inode 硬链接计数减 1，当硬链接计数 减为 0 时，才会真正的删除文件。
#include <unistd.h>int link(const char *oldpath, const char *newpath);
复制代码
2.4.2 symlink
int symlink(const char *oldpath, const char *newpath)
复制代码
2.4.3 readlink
读符号链接所指向的文件名字，不读文件内容
ssize_t readlink(const char *path, char *buf, size_t bufsiz)
复制代码
2.4.4 unlink
int unlink(const char *pathname)
复制代码
如果是符号链接，删除符号链接
如果是硬链接，硬链接数减 1，当减为 0 时，释放数据块和 inode
如果文件硬链接数为 0，但有进程已打开该文件，并持有文件描述符，则等该进程关闭该文件时，kernel 才真正 去删除该文件
利用该特性创建临时文件，先 open 或 creat 创建一个文件，马上 unlink 此文件
2.5 rename
文件重命名
#include <stdio.h>int rename(const char *oldpath, const char *newpath);
复制代码
2.6 chdir
#include <unistd.h>int chdir(const char *path); int fchdir(int fd);
复制代码
改变当前进程的工作目录。
2.7 getcwd
获取当前进程的工作目录
#include <unistd.h>char *getcwd(char *buf, size_t size);
复制代码
2.8 pathconf
#include <unistd.h>long fpathconf(int fd, int name); long pathconf(char *path, int name);
复制代码
3. 目录操作
3.1 mkdir
#include <sys/stat.h>#include <sys/types.h>int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
复制代码
3.2 rmdir
#include <unistd.h>int rmdir(const char *pathname);
复制代码
3.3 opendir/fdopendir
#include <sys/types.h> #include <dirent.h>DIR *opendir(const char *name);DIR *fdopendir(int fd);
复制代码
3.4 readdir
#include <dirent.h>struct dirent *readdir(DIR *dirp);
复制代码
readdir 每次返回一条记录项，DIR*指针指向下一条记录项
3.5 rewinddir
#include <sys/types.h> #include <dirent.h>void rewinddir(DIR *dirp);
复制代码
把目录指针恢复到目录的起始位置。
3.6 telldir/seekdir
#include <dirent.h>long telldir(DIR *dirp);
#include <dirent.h>void seekdir(DIR *dirp, long offset);
复制代码
3.7 closedir
#include <sys/types.h> #include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);
复制代码
3.8 递归遍历目录
递归列出目录中的文件列表
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> #include <dirent.h> #include <stdio.h> #include <string.h>#define MAX_PATH 1024/* dirwalk: apply fcn to all files in dir */ void dirwalk(char *dir, void (*fcn)(char *)) { char name[MAX_PATH]; struct dirent *dp; DIR *dfd; if ((dfd = opendir(dir)) == NULL) { fprintf(stderr, "dirwalk: can't open %s\n",dir); return; } while ((dp = readdir(dfd)) != NULL){ if (strcmp(dp->d_name, ".") == 0|| strcmp(dp->d_name, "..") == 0) continue; /* skip self and parent */ if (strlen(dir)+strlen(dp->d_name)+2 > sizeof(name)) fprintf(stderr, "dirwalk: name %s %s too long\n", dir, dp->d_name); else { sprintf(name, "%s/%s", dir, dp->d_name); (*fcn)(name); } } closedir(dfd); }/* fsize: print the size and name of file "name" */ void fsize(char *name){struct stat stbuf;if (stat(name, &stbuf) == -1) {fprintf(stderr, "fsize: can't access %s\n", name); return;}if ((stbuf.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)dirwalk(name, fsize);printf("%8ld %s\n", stbuf.st_size, name);}int main(int argc, char **argv) { if (argc == 1) /* default: current directory */ fsize("."); else while (--argc > 0) fsize(*++argv); return 0;}
复制代码
然而这个程序还是不如 ls -R 健壮，它有可能死循环，思考一下什么情况会导致死循环。
4. 小结
本文介绍了 Virtual Filesystem（VFS）虚拟文件系统及其原理，以及 stat、chmod、chown、utime 等常用文件操作函数以及 mkdir、rmdir、readdir 等目录操作函数。
评论