Android C++系列：Linux文件系统(二)

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)

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);

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。