实验五 文件管理.doc

实验五 文件管理【实验目的】1. 掌握LINUX下文件操作。2. 加深对文件，目录，文件系统等概念的理解。3. 掌握有关LUNIX文件系统操作的常用命令。4. 了解有关文件安全方面的知识。【实验内容】1.使用pwd，cd，ls等命令浏览文件系统。2.使用cat，cp，mv，head，tail，rm等命令查看你的文件。3.使用ln命令进行文件的硬连接和符号连接。4.使用chmod命令修改文件的权限。【实验相关资料】一、文件系统概念1 Linux文件系统布局Ext2是Linux文件系统类型，它很好地继承了Unix文件系统的主要特色，如普通文件的三级索引结构，目录文件的树型结构和把设备作为特别文件等。Linux文件系统是一个逻辑的自包含的实体，它含有节点，目录和数据块。Linux将整个磁盘划分成若干分区，每个分区被当做独立的设备对待；一般需要一个主分区Native和一个交换分区swap。主分区用于存放文件系统，交换分区用于虚拟内存。主分区内的空间又分成若干个组，每个组内都包含有一个超级块的拷贝，以及节点和数据块等信息，如下图所示。Ext2文件卷的逻辑块大小可到1 K，2 K和4 K三种，当块大小为1 K时，每组内包含1024*8=8192个逻辑块。文件卷逻辑块的磁盘存储空间安排如下： 引导块超级块节点位图组描述符节点表 数据区 当文件卷为可引导的系统时，引导块的内容为引导信息，否则内容为空。文件系统都以引导块（boot block）开始，引导块中包含有可执行代码。启动计算机时，硬件从引导设备将引导块读入内存，转而执行其代码。引导块代码开始操作系统本身的加载过程。一旦系统启动之后，引导块不再使用。 超级块（Super-block）中含有文件系统的布局信息，其主要功能是给出文件系统不同部分的大小。如给定块大小，节点总数，每组内节点数，空闲块和节点数等。在Linux启动时，根设备中的超级块被读入内存中，存放在Struct ext2_super_block结构中。Struct ext2_super_blockunsigned long s_inodes_count; /*文件卷节点数*/unsigned long s_blocks_count; /*文件卷逻辑块总数*/unsigned long s_r_blocks_count; /*为超级用户保留的块数*/unsigned long s_free_blocks_count; /*空闲块数*/unsigned long s_free_inodes_count; /*空闲节点数*/unsigned long s_first_data_block; /*第一个数据块数*/在软盘用作Linux文件系统之前，实用程序mkfs可用来创建文件系统。#mkfs /dev/fd0 1440 该命令在软驱中的软盘上创建1400个块的空文件系统，该命令还在超级块中写入魔数（s_magic），表明该文件系统是一个有效的Linux文件系统。魔数能表明文件系统的版本。Mount系统调用检查超级块中的魔数和其它信息，以决定是否安装其它文件系统，如windows9x文件系统。2、位图 Linux文件系统用位图来管理磁盘块和节点，位图分为块位图和节点位图。块位图占用一个磁盘块，当某位为“”时，表示磁盘块空闲，为“”时表示磁盘块被占用。节点位图也占用一个磁盘块，当它为“”时，表示组内某个对应的节点空闲，为“”时表示已被占用。位图使系统能够快速地分配节点和数据块，保证同一文件的数据块能在磁盘上连续存放，从而大大地提高了系统的实时性能。 在创建文件时，文件系统必须在块位图中查找第一个空闲节点，把它分配给这个新创建的文件。在该空闲节点分配使用后，就需要修改指针，使它指向下一个空闲节点。同样地，节点被释放后，则需要修改指向第一个空闲节点的指针。3节点表 节点表占用若干个磁盘块，它几乎与标准Unix的节点表相同。每个节点占128个字节，读入缓冲区后存放在Struct ext2_inode 中。Struct ext2_nodeu16 i_mode; /*文件模式*u16 i_uid; /*文件主用户标识符*/u_32 i_size; /*文件大小*/u_32 i_atime /*最佳访问文件时间*/u_32 i_stime; /*文件创建时间*/u_32 i_mtime; /*文件最近修改时间*/u_32 i_dtime; /*文件删除时间*/u16 i_links_count; /*文件连接计数*/u16 i_gid; /*文件主的用户组标识符*/u32 i_blocks; /*文件的总块数*/u32 i_flag; /*文件标志*/u32 i_blocdEXT2_N_BLOCKS; /*文件地址块索引表*/u32 i_file_acl; /*文件访问控制表*/u32 i_dir_acl; /*目录访问控制表*/ I节点表中的模式信息，给出了文件的类型，如：普通文件，目录文件，块设备文件，字符设备文件，管道文件等。节点的链接数域记录了有多少个目录指向这个节点。这样文件系统就知道什么时候该释放文件的存储区。4目录结构 ext2采用动态方式管理它的目录，用一个单项链表示它的目录项，每个目录项的数据结构为：Struct ext2_dir_entry_u32 inode; /*对应的节点*/_u16 inode; /*目录项长度*/_u16 inode /*名字长度*/charnameEXT2_NAME_LEN; /*文件名*/ 当要删除一个目录时，要将目录项中的节点置为“”,并把目录项从链表中删除,目录项所占用的空间被合并到前一个目录项空间中。5Ext2程序库 Ext2程序库提供了大量的例程，能通过直接控制物理设备来操作文件系统。Ext2程序库使用软件抽象技术以达到最大限度的代码重用。例如，程序库提供了许多不同的可重复调用例程（iterator）.程序可以简单将函数传递给ext2fs_block_iterate()，它能在每个inode中被调用。另一种iterator函数为同一个目录中的每个文件调用一个用户定义的函数。许多Ext2例程（mke2fs、s2fsck、tune2fs、dumpe2fs 、debugfs）使用该Ext2程序库。这大大简化了这些例程的维护，因为Ext2升级后的新特性只需改变ext2库就可以反映出来。因为Ext2库可编译成共享库映像文件，所以这种代码重用减小了二进文件的长度。因为ext2库的接口十分抽象和通用，无需考虑物理细节，所以编写需要直接存取ext2文件系统的程序很容易。例如，将BSD转储和备份恢复的特性转移到linux平台时，只需做少量的修改：一些依赖于文件系统的函数需要转移到Ext2库。 Ext2库提供许多种操作。第一类操作是与文件系统相关的操作。程序可以用这些操作打开关闭文件、读写位图、在磁盘上创建新的文件系统，也可管理坏盘块列表。第二类操作用来控制目录，它们能建立和展开目录，增加和移走目录项，能析构文件名，找到inode号，也能由inode号确定文件名。最后一类操作是与inode相关的，它能扫描inode表，读写inode，扫描一个inode中所有的盘块。分配和回收例程可以帮助用户程序分配和释放盘块和inode. 由于Ext2核心代码包括多项性能优化，而且Ext2也能实现分配优化。所以它们能大大改善I/O速度，提高I/O组织的灵活性及编程效率。因此，Ext2核心代码及Ext2程序库为开发嵌入式系统及实时应用系统提供了广泛的基础和手段。二、文件操作1.文件的创建和读写 当我们需要打开一个文件进行读写操作的时候，我们可以使用系统调用函数open。使用完 成以后我们调用另外一个close函数进行关闭操作。该函数使用的头文件如下：#include #include #include #include 定义函数：int open(const char *pathname,int flags); int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode); int close(int fd); 函数说明：open函数有两个形式。其中pathname是我们要打开的文件名(包含路径名称，缺省是认为在当前路径下面)。flags可以取下面的一个值或者是几个值的组合。 O_RDONLY：以只读的方式打开文件。 O_WRONLY：以只写的方式打开文件。O_RDWR：以读写的方式打开文件。 O_APPEND：以追加的方式打开文件。 O_CREAT：创建一个文件。O_EXEC：如果使用了O_CREAT而且文件已经存在,就会发生一个错误。O_NOBLOCK：以非阻塞的方式打开一个文件。O_TRUNC：如果文件已经存在，则删除文件的内容。 前面三个标志只能使用任意的一个。如果使用了O_CREATE标志，那么我们要使用open的第二种形式。还要指定mode标志，用来表示文件的访问权限。mode可以是以下情况的组合。 - S_IRUSR 用户可以读 S_IWUSR 用户可以写 S_IXUSR 用户可以执行 S_IRWXU 用户可以读写执行 - S_IRGRP 组可以读 S_IWGRP 组可以写 S_IXGRP 组可以执行 S_IRWXG 组可以读写执行 - S_IROTH 其他人可以读 S_IWOTH 其他人可以写 S_IXOTH 其他人可以执行 S_IRWXO 其他人可以读写执行 - S_ISUID 设置用户执行ID S_ISGID 设置组的执行ID - 我们也可以用数字来代表各个位的标志。Linux总共用5个数字来表示文件的各种权限。 00000第一位表示设置用户ID，第二位表示设置组ID，第三位表示用户自己的权限位，第四位表示组的权限，最后一位表示其他人的权限。 每个数字可以取1(执行权限)，2(写权限)，4(读权限)，0(什么也没有)或者是这几个值的和。比如我们要创建一个用户读写执行，组没有权限，其他人读执行的文件。设置用户ID位可以使用的模式是：1(设置用户ID)0(组没有设置)7(1+2+4)0(没有权限,使用缺省) 5(1+4) 即10705 open(temp,O_CREAT,10705); 如果我们打开文件成功，open会返回一个文件描述符。对文件的所有操作就可以对这个文件描述符进行操作。 当我们操作完成以后，我们要关闭文件了，只要调用close就可以了，其中fd是我们要关闭的文件描述符。 文件打开了以后，就可以对文件进行读写了。可以调用函数read和write进行文件的读写。该函数使用的头文件：#include 函数定义：ssize_t read(int fd, void *buffer,size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buffer,size_t count); 函数说明： fd是我们要进行读写操作的文件描述符，buffer是我们要写入文件内容或读出文件内容的内存地址，count是我们要读写的字节数。对于普通的文件read从指定的文件(fd)中读取count字节到buffer缓冲区中(记住我们必须提供一个足够大的缓冲区)，同时返回count，如果read读到了文件的结尾或者被一个信号所中断，返回值会小于count。如果是由信号中断引起返回，而且没有返回数据，read会返回-1，且设置errno为EINTR。当程序读到了文件结尾的时候，read会返回0。 write从buffer中写count字节到文件fd中，成功时返回实际所写的字节数。 2文件的各个属性 文件具有各种各样的属性，除了我们上面所知道的文件权限以外，文件还有创建时间、大小等等属性，有时侯我们要判断文件是否可以进行某种操作(读,写等等)。这个时候我们可以使用access函数。#include int access(const char *pathname,int mode); pathname：是文件名称，mode是我们要判断的属性。可以取以下值或者是他们的组合。 R_OK文件可以读W_OK文件可以写X_OK文件可以执行F_OK文件存在 当我们测试成功时，函数返回0，否则如果有一个条件不符时，返回-1。如果我们要获得文件的其他属性，我们可以使用函数stat或者fstat。#include #include int stat(const char *file_name,struct stat *buf); int fstat(int filedes,struct stat *buf); struct stat dev_t st_dev; /* 设备 */ ino_t st_ino; /* 节点 */ mode_t st_mode; /* 模式 */ nlink_t st_nlink; /* 硬连接 */ uid_t st_uid; /* 用户ID */ gid_t st_gid; /* 组ID */ dev_t st_rdev; /* 设备类型 */ off_t st_off; /* 文件字节数 */ unsigned long st_blksize;/* 块大小 */ unsigned long st_blocks; /* 块数 */ time_t st_atime; /* 最后一次访问时间 */ time_t st_mtime; /* 最后一次修改时间 */ time_t st_ctime; /* 最后一次改变时间(指属性) */ ; Stat用来判断没有打开的文件，而fstat用来判断打开的文件。我们使用最多的属性是st_ mode。通过着属性我们可以判断给定的文件是一个普通文件还是一个目录，连接等等。可以使用下面几个宏来判断：S_ISLNK(st_mode)是否是一个连接，S_ISREG是否是一个常规文件，S_ISDIR是否是一个目录，S_ISCHR是否是一个字符设备，S_ISBLK是否是一个块设备，S_ISFIFO是否是一个FIFO文件，S_ISSOCK是否是一个SOCKET文件。3.目录文件的操作： 在我们编写程序的时候，有时候会要得到我们当前的工作路径。C库函数提供了getcwd来解决这个问题。 #include char *getcwd(char *buffer,size_t size); 我们提供一个size大小的buffer，getcwd会把我们当前的路径考到buffer中。如果buffer 太小，函数会返回-1和一个错误号。 Linux提供了大量的目录操作函数，我们学习几个比较简单和常用的函数。 #include #include #include #include #include int mkdir(const char *path,mode_t mode); DIR *opendir(const char *path); struct dirent *readdir(DIR *dir); void rewinddir(DIR *dir); off_t telldir(DIR *dir); void seekdir(DIR *dir,off_t off); int closedir(DIR *dir); struct dirent long d_ino; off_t d_off; unsigned short d_reclen; char d_nameNAME_MAX+1; /* 文件名称 */ mkdir创建一个目录，opendir打开一个目录为以后读做准备，readdir读一个打开的目录，rewinddir是用来重读目录，closedir是关闭一个目录，telldir和seekdir类似与ftee和fseek函数。【实验步骤】1.浏览文件系统（1）运行pwd命令，确定你当前的工作目录（2）利用ls l命令显示当前工作目录的内容及文件属性、权限。（3）运行以下命令查看隐藏文件与文件节点号：（反馈信息中.代表本身目录，.代表其父目录；选项a可以显示隐藏文件；选项i可以显示文件的I节点号）ls ai（4）使用带-d选项的ls命令，你只能看到有关子目录的信息(.表示本身目录)。ls d（5）使用命令useradd username建立一个新用户，并使用su username在root和新用户间切换，同时使用ls命令列出根目录的内容，再分别列出各子目录的内容,体会各目录作用及访问权限。Ls l /列出根目录的内容Ls l /bin /列出/bin目录的内容Ls l /dev /列出/dev目录的内容（设备管理文件目录）Ls l /home /列出/home目录的内容（一般用户文件目录）Ls l /root /列出/root目录的内容（超级用户文件目录）2.查看你的文件（1）利用可以将信息放入指定文件中。mkdir hac /建立hac目录cd hac /进入hac目录date file1 /建立新文件file1并将当前日期和时间存放到新建文件file1中Ls l /反馈信息中有新文件 file1。请注意并记下文件长度为： （2）使用cat命令查看file1文件的内容。Cat file1 /显示一行当前日期和时间的信息4利用man命令显示date命令的用法（man命令为显示指定命令的说明文件）：man date /该文件内容显示多页，空格翻页，回车换行，末页标志为END键入Q返回$。5将date命令的用法（说明文件内容）附加到文件file1的后面：man date file1ls l 注意file1文件长度为 ，较前变长。6利用cat命令显示文件file1的内容。Cat file1 /文件内容很长，应滚屏显示。Cat file1 | more /分屏显示后，不难看出在原有的一行日期、时间信息后面，附加了很长的date用法说明。7利用ls -l file1命令列出文件file1的较详细的信息。ls -l file1 注意第二字段（链接记数）的值为“1”。8利用ln命令进行文件链接。然后运行ls -l file1，查看显示的第二段的值发生了什么变化。ln file1 ./fa /将当前目录下文件file1 硬链接到上一级目录中取名为fa ls -l file1 / 显示前目录下文件file1的文件信息链接数为“2”，较前多了1。ln s file1 ./fb /将file1软链接到上一级目录中的新文件fb文件中。ls -l file1 / 显示前目录下文件file1的文件信息链接数还为“2”cd . /回上层目录ls l /可以显示出fb文件为链接文件而fa文件为一般文件。cat fa /查看fa内容与file1一样cat fb /查看fb内容与file1一样mkdir 123mv file1 123/ /建立新目录123，将file1移动到123目录下cd haccat fa /回到hac目录下fa可以正常显示cat fb /回到hac目录下fb显示找不到文件链接文件:链接文件指向某个实际的目标文件，其用途类似于Windows中的“快捷方式”，也即当访问链接文件时，实际访问的将是链接文件所指向的目标文件。链接文件分为硬链接文件和符号链接文件，硬链接文件与被链接的目标文件共用同一个索引节点（inode），所以即使目标文件移动到别的目录上，硬链接文件仍然有效。符号链接文件则是记录了目标文件的存放路径，所以目标文件被移动后，符号链接就会失效。3.文件存取权限1存取权限UNIX系统对所有文件设置了存取权限。存取权限让你确定谁可以对你的个人文件和目录行访问，以及可以进行什么操作。把所有用户分为三类：文件主（user），即文件的属主。组用户（group），即文件组的成员。其他用户（other），即能对系统进行访问的所有其他用户。对一个文件的存取权限分为三种：读（r）写（w）执行（x）一组存取权限以及相应的文件类型统称为文件模式。如：rw-r-r-表示文件主有读和写的权限，组用户和其他用户只有读权限。2文件存取权限读权限（r