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);
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;
}
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 */
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);
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
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);
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);
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);
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);
- 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)
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)
2.4.4 unlink
int unlink(const char *pathname)
- 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);
2.6 chdir
#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);
int fchdir(int fd);
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);
2.8 pathconf
#include <unistd.h>
long fpathconf(int fd, int name);
long pathconf(char *path, int name);
3. 目录操作
3.1 mkdir
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
3.2 rmdir
#include <unistd.h>
int rmdir(const char *pathname);
3.3 opendir/fdopendir
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);
DIR *fdopendir(int fd);
3.4 readdir
#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
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);
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);
3.7 closedir
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);
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;
}
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。