Android C++系列:Linux文件系统(二)

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Android C++系列:Linux文件系统(二)

「这是我参与11月更文挑战的第20天,活动详情查看:2021最后一次更文挑战」。

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。

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1.1 dup/dup2

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
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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; 
}
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示例:

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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 */
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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);
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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
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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);
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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);
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chown使用时必须拥有root权限。

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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);
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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);
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  • 硬链接通常要求位于同一文件系统中,POSIX允许夸文件系统
  • 符号链接没有文件系统限制
  • 通常不允许创建目录的硬链接,某些unix系统下超级用户可以创建目录的硬链
  • 创建目录项以及增加硬链接计数应当是一个原子操作

2.4.2 symlink

 int symlink(const char *oldpath, const char *newpath)
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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)
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2.4.4 unlink

int unlink(const char *pathname)
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  1. 如果是符号链接,删除符号链接
  2. 如果是硬链接,硬链接数减1,当减为0时,释放数据块和inode
  3. 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
  4. 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);
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2.6 chdir

#include <unistd.h>
int chdir(const char *path); 
int fchdir(int fd);
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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);
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2.8 pathconf

#include <unistd.h>
long fpathconf(int fd, int name); 
long pathconf(char *path, int name);
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3. 目录操作

3.1 mkdir

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
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3.2 rmdir

#include <unistd.h>
int rmdir(const char *pathname);
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3.3 opendir/fdopendir

#include <sys/types.h> 
#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);
DIR *fdopendir(int fd);
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3.4 readdir

#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
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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);
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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);
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3.7 closedir

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

int closedir(DIR *dirp);
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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;
}
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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。

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