Linux系统编程---文件系统

一、文件存储

一个文件主要由两部分组成，dentry(目录项)和inode

inode本质是结构体，存储文件的属性信息，如：权限、类型、大小、时间、用户、盘块位置…

也叫做文件属性管理结构，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。

所谓的删除文件，就是删除inode，但是数据其实还是在硬盘上，以后会覆盖掉。

 

二、文件操作

1. stat函数：获取文件属性，（从inode结构体中获取）

int stat(const char *path, struct stat *buf);

参数：

        path： 文件路径

        buf：（传出参数） 存放文件属性，inode结构体指针。

返回值：

        成功： 0

        失败： -1 errno

获取文件大小： buf.st_size

获取文件类型： buf.st_mode

获取文件权限： buf.st_mode

符号穿透：stat会。lstat不会。

#include <stdio. h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread .h>
#include <sys/stat.h>int main(int argc,char *argv[])
{struct stat sbuf;int ret = stat(argv[1], &sbuf);if(ret == -1){perror( "stat error" );exit(1);}printf( "file size: %ld\n" , sbuf.st_size);return 0;
}

查看f.c文件大小执行：

./mystat f.c

2. lstat：查看文件类型，用法同stat

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#include<sys/stat.h>int main(int argc,char *argv[])
{struct stat sbuf;int ret = lstat(argv[1],&sbuf);if (ret == -1){perror("stat error");exit(1);}if (S_ISREG(sbuf.st_mode)){printf("It's a regular file\n");}else if(S_ISDIR(sbuf.st_mode)){printf("It's a dir\n");}else if (S_ISFIFO(sbuf.st_mode)){printf("It's a pipe\n");}else if(S_ISLNK(sbuf.st_mode)){printf("It's a sym link\n");}return 0;
}

stat会拿到符号链接指向那个文件或目录的属性---符号穿透

查看符号链接文件时不想让其穿透则使用lstat函数

首先对test.c创建一个软连接

ln -s test.c test.s/test.soft

查看改文件类型，执行以下代码：

./mystat test.s/test.soft

out:

It's a sym link

如果使用stat函数，则以上输出为：

It's a dir/It's a regular file

3.link和unlink隐式回收

int link(const char *oldpath, const char *newpath);

link函数，可以为已经存在的文件创建目录项(硬链接)

int unlink(const char *pathname);

  • unlink是删除一个文件的目录项dentry，使【硬链接数-1】
  • 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，要等到所有打开文件的进程关闭该文件，系统才会挑时间将该文件释放掉。

编程实现mv命令的改名操作：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>int main(int argc,char *argv[])
{link(argv[1],argv[2]);unlink(argv[1]);return 0;
}

对tets.c改为tets1.c执行以下命令：

./mymv test.c test1.c

三、目录操作

1. getcwd函数

char *getcwd(char *buf, size_t size);

功能:获取当前进程的工作目录
参数:
        buf :缓冲区，存储当前的工作目录size :缓冲区大小
返回值:
        成功:buf中保存当前进程工作目录位置

        失败:NULL

2. chdir函数

int chdir(cohst char *path);

功能:修改当前进程(应用程序)的路径

参数:
        path:切换的路径

返回值:
        成功:0

        失败: -1

示例：

int main (void)
{int ret = -l;char buf[SIZE] ;//1、获取当前进程的工作目录memset(buf, 0, SIZE);if (NULL =getcwd(buf, SIZE)){perror("getcwd error");return 1;}printf( " buf: %s \n", buf);//2．改变当前进程的工作目录ret = chdir( "/home/deng");if (-1 ==ret){perror ("chdir error");return 1;}//3．获取当前进程的工作目录memset(buf,0,SIZE);if (NULL == getcwd(buf,SIZE)){perror ("getcwd error");return 1;}printf("buf: %s\n" , buf);
}

3. opendir函数

DIR *opendir(const char *name) ;

功能:打开一个目录
参数:
        name:目录名

返回值:
        成功:返回指向该目录结构体指针

        失败:NULL

4. closedir函数

int closedir(DIR *dirp);

功能:关闭目录
参数:
        dirp: opendir返回的指针

返回值:
        成功:0

        失败: -1

示例：

//目录打开和关闭
int main(void)
{DIR *dir = NULL;//1．打开日录dir = opendir("test");if (NULL == dir){perror ("opendir error");return l;}closedir(dir);return 0;
}

5. readdir函数

struct dirent *readdir(DIR *dirp);

功能:读取目录
参数:
        dirp: opendir的返回值

返回值:
        成功:目录结构体指针

        失败:NULL

相关结构体说明：

struct dirent{
        ino_t d_ino;        //此目录进入点的inode
        off_t d_off;        //目录文件开头至此目录进入点的位移
        signed short int d_reclen;        // d_name 的长度,不包含NULL字符
        unsigned char d_type;        // d_type所指的文件类型
        char d_name [256];        //文件名

}；

实现 ls -a 代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<dirent.h>int main(int argc,char *argv[])
{DIR * dp;dp = opendir(argv[1]);if (dp == NULL){perror("opendir error");exit(1);}struct dirent *sdp;while((sdp = readdir(dp)) != NULL){printf("%s\t",sdp->d_name);}printf("\n");   closedir(dp);return 0;
}

在当前目录下使用命令，执行：./myls ./ 即展示当前目录下的文件及大小

 四、递归遍历目录

任务需求：使用opendir closedir readdir stat实现一个递归遍历目录的程序

输入一个指定目录，默认为当前目录。递归列出目录中的文件，同时显示文件大小。

思路分析

递归遍历目录：ls-R.c

1. 判断命令行参数，获取用户要查询的目录名。 int argc, char *argv[1]

                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： read_dir() {

                   opendir（dir）

                   while （readdir（））{

                        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。--> opendir（path） readdir closedir

                     }

                     closedir（）

                     }

        read_dir() --> isFile() ---> read_dir()

代码示例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<dirent.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>#define PATH_LEN 256
//dir=/homeitgan/linux  fcn=isfilevoid fetchdir(const char *dir,void (*fcn)(char *))
{char name[PATH_LEN];struct dirent *sdp;DIR *dp;if ((dp = opendir(dir)) == NULL){  //打开目录失败//perror("fetchdir can't open");fprintf(stderr,"fetchdir:can't open %s\n",dir);return;}while ((sdp = readdir(dp)) != NULL){if (strcmp(sdp->d_name,".") == 0  || strcmp(sdp->d_name,"..") == 0){       //防止出现无限递归continue;}if (strlen(dir)+strlen(sdp->d_name)+2>sizeof(name)){fprintf(stderr,"fetchdir:name %s %s too long\n",dir,sdp->d_name);}else{sprintf(name,"%s/%s",dir,sdp->d_name);(*fcn)(name);}}closedir(dp);
}void isfile(char *name)
{struct stat sbuf;if(stat(name,&sbuf) == -1){fprintf(stderr,"isfile:can't access %s\n",name);exit(1);}if ((sbuf.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR){fetchdir(name,isfile);}printf("%8ld %s\n",sbuf.st_size,name);
}int main(int argc,char *argv[])
{if(argc == 1)isfile(".");elsewhile (--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行传入的目录return 0;
}

执行 ./ls_R test.c 可查看test.c的文件大小

执行 ./ls_R 可查看当前目录下所有文件的大小

五、文件描述符复制

1. dup和dup2

用来做重定向，本质就是复制文件描述符

重定向：

cat myls.c > out        将myls.c的东西读出再写到out文件中

cat myls.c >> out      将myls.c的东西读出再追加到out文件中

dup()和dup2()用来做重定向，本质就是复制文件描述符，使新的文件描述符也标识旧的文件描述符所标识的文件；

这个过程类似于现实生活中的配钥匙，一把钥匙对应一把锁，然后我们又去配了一把新钥匙，此时两把钥匙都可以打开锁，而dup()和dup2()也一样，原来的文件描述符和新复制出来的文件描述符都指向同一个文件，我们操作这两个文件描述符的任何一个 都能操作它所对应的文件

dup函数

int dup(int oldfd);

功能:
        通过oldfd复制出一个新的文件描述符，新的文件描述符是调用进程文件描述符表中最小可用的文件描述符，最终oldfd和新的文件描述符都指向同一个文件。
参数:
        oldfd :需要复制的文件描述符oldfd

返回值:
        成功:新文件描述符

        失败:-1

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>int main(int argc,char *argv[])
{int fd = open("./out",O_RDONLY);//012 ---3int newfd = dup(fd);//4printf("newfd = %d\n",newfd);return 0;
}

make之后执行输出为：newfd = 4

dup2函数：

int dup2(int oldfd，int newfd);

功能:
        通过oldfd 复制出一个新的文件描述符newfd，如果成功，newfd和函数返回值是同一个返回值，最终oldfd和新的文件描述符newfd都指向同一个文件。
参数:
        oldfd :需要复制的文件描述符
        newfd :新的文件描述符，这个描述符可以人为指定一个合法数字(0 - 1023)，如果指定的数字已经被占用（和某个文件有关联)，此函数会自动关闭close()断开这个数字和某个文件的关联，再来使用这个合法数字。
返回值:
        成功:返回newfd

        失败:返回-1

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>int main(int argc,char *argv[])
{int fd1 = open(argv[1],O_RDWR);//0123---3int fd2 = open(argv[2],O_RDWR);//0123---4int fdret = dup2(fd1,fd2);//返回新文件描述符fd2printf("fdret = %d\n",fdret);//写入fd1指向的文件int ret = write(fd2,"1234567",7);//将屏幕输入重定向给fd1所指向的文件printf("ret = %d\n",ret);dup2(fd1,STDOUT_FILENO);printf("-------------------886\n");return 0;
}

首先新建2个空白文件out和out1

make之后执行以下命令：

./dup2 out out1

首先1234567会写入out文件中，其次再将-------------------886写入out文件

int fdret = dup2(fd1,fd2);        其中fd1 = 3，fd2 = 4

把3拷贝给4，即把4指向3(out文件)

dup2(fd1,STDOUT_FILENO);        STDOUT_FILENO = 1

把3拷贝给1，即把1指向3(out文件)

此时指向out的文件描述符有三个

2. fcntl函数

  • fcntl用来改变一个【已经打开】的文件的 访问控制属性
  • 重点掌握两个参数的使用， F_GETFL，F_SETFL

int (int fd, int cmd, ...)

参数：

        fd 文件描述符

        cmd 命令，决定了后续参数个数

        获取文件状态： F_GETFL

        设置文件状态： F_SETFL

返回值：

        int flgs = fcntl(fd, F_GETFL);

        flgs |= O_NONBLOCK

        fcntl(fd, F_SETFL, flgs);

终端文件默认是阻塞读的，这里用fcntl将其更改为非阻塞读：

#include <unistd.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <errno.h>  
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  #define MSG_TRY "try again\n"  int main(void)  
{  char buf[10];  int flags, n;  flags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL); //获取stdin属性信息  if(flags == -1){  perror("fcntl error");  exit(1);  }  flags |= O_NONBLOCK;  int ret = fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, flags);  if(ret == -1){  perror("fcntl error");  exit(1);  }  tryagain:  n = read(STDIN_FILENO, buf, 10);  if(n < 0){  if(errno != EAGAIN){          perror("read /dev/tty");  exit(1);  }  sleep(3);  write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));  goto tryagain;  }  write(STDOUT_FILENO, buf, n);  return 0;  
}

 fcntl实现dup描述符：

int fcntl(int fd, int cmd, ....);

cmd: F_DUPFD

参3:         

        被占用的，返回最小可用的。

        未被占用的， 返回=该值的文件描述符。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<pthread.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd1 = open(argv[1],O_RDWR);printf("fd1 = %d\n",fd1);int newfd = fcntl(fd1,F_DUPFD,0);//0被占用，fcntl使用文件描述符表中可用的最小文件描述符返回printf("newfd = %d\n",newfd);int newfd2 = fcntl(fd1,F_DUPFD,7);//7未被占用，返回>=7的文件描述符printf("newfd2 = %d\n",newfd2);int ret = write(newfd2,"YYYYYYYYYYYYY",7);//只能写入7个printf("ret = %d\n",ret);return 0;
}

 make之后执行：

./fcntl_dup out

out：

fd1 = 3
newfd = 4
newfd2 = 7
ret = 7

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