Linux系统编程学习笔记（四）文件和目录管理

文件和目录管理：
1、获得文件metadata的Stat家族：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int lstat(const char * restrict path, struct stat * restrict buf);
int stat(const char *restrict path, struct stat * restrict buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);

lstat和stat区别：
对于软链来说：
lstat返回软链本身的状态
stat返回软链所指文件的状态
struct stat:

struct stat{
	dev_t st_dev; /*包含文件的设备号*/
	ino_t st_ino; /*文件inode序列号 */
	mode_t st_mode;/*文件的mode*/
	nlink_t st_nlink; /*硬链接的数量*/
	uid_t st_uid; /*文件的用户id*/
	gid_t st_gid; /*文件的goup id*/
	off_t st_size;/*文件大小*/
	
	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;/*最后一次状态改变时间*/
}

例子：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/stat.h>

int isdirectory(char *path) {
   struct stat statbuf;

   if (stat(path, &statbuf) == -1)
      return 0;
   else
      return S_ISDIR(statbuf.st_mode);
}

2、文件权限：
设置文件权限的系统调用：

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

int chmod(const char *path, mode_t mode);
int fchmod(int fd,mode_t mode);

成功返回0，失败返回-1，并设置errno：
EACCESS：没有搜索path的权限
EBADF：fd不合法的文件描述符（仅fchmod)
EFAULT:path不合法的指针（仅chmod)
EIO：文件系统内部I/O错误
ELOOP：由于symbolic link导致解析path死循环
ENAMETOOLONG：path太长（仅chmod)
ENOENT：path不存在
ENOME：内存不足
ENOTDIR：不是一个目录（仅chmod)
EPERM:进程不是文件的owner或者缺少CAP_FOWNER能力。
EROFS：文件在只读文件系统中。
chomd:

ret = chmod("./map.png",S_IRUSR | S_IWUSR);
if(ret)
	perror("chmod");

int ret;

ret = fchmod(fd, S_IRUSR | S_IWUSR);
if(ret)
	perror("fchmod");

3、文件的所有者：
stat结构中st_uid和st_gid提供了文件的所有者和group，一下系统调用可以改变所有者：

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

int chown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);
int lchown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);
int fchown(int fd, uid_t owner, gid_t group);

chown和lchown区别：chown会follow simbolic link，改变link的目标文件，lchmod改变符号链接本身。
成功过返回0，失败返回-1，并设置errno。

struct group *gr;
int ret;

gr = getgrnam("officers");
if(! gr){
	perror("getgrnam");
	return 1;
}

ret = chmod("manifest.txt",-1,gr->gr_gid);
if(ret){
	perror("chmod");
	return 1;
}

设置为root拥有者：

int make_root_owner(int fd){
	int ret;
	
	ret = fchown(fd,0,0);
	if(ret)
		perror("fchown");
	return ret;
}

进程需要有CAP_CHOWN能力，也就是必须是root为所有。
4、文件系统Navigation：
1）改变当前的工作目录：

#include <unistd.h>

int chdir(const char *path);
int fchdir(int fd);

将当前的工作目录指定为path。
例子：

char *dir = "/tmp";
if(chdir(dir) == -1)
	perror("Failed to change current working directory to /tmp");

2)获得当前工作目录：
getcwd:

#include <unistd.h>

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

例子：

#include <limits.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#ifndef PATH_MAX
#define PATH_MAX 255
#endif

int main(void){
	char mycwd[PATH_MAX];
	if(getcwd(mycwd,PATH_MAX) == NULL){
		perror("Failed to get current working directory");
		return 1;
	}
	printf("Current working directory: %s\n",mycwd);
	return 0;
}

3)path conf:

   
   #include <unistd.h>

   long fpathconf(int fd, int name);
   long pathconf(const char *path,int name);
   sysconf(int name);

5、创建目录：

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

int mkdir(const char *path, mode_t mode);

成功返回0，失败返回-1，并设置好errno。没有可以递归删除与rm -r等价的系统调用。
如果目录非空，失败设置errno为ENOTEMPTY。

int ret;

ret = rmdir("/home/fuliang/test");
if(ret)
	perror("rmdir");

6、删除目录：

#include <unistd.h>

int rmdir(const char *path);

成功返回0，失败返回-1
7、文件夹访问：
1)opendir closedir, readdir

#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *dirname);
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
int closedir(DIR *dirp);
void rewinddir(DIR *dirp);

例子：显示pathname下的文件：

#include <dirent.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]){
	struct dirent *direntp;
	DIR *dirp;
	
	if(argc != 2){
		fprintf(stderr,"Usage %s directory_name\n", argv[0]);
	}
	
	if((dirp = opendir(argv[1])) == NULL){
		perror("Failed to open directory");
		return 1;
	}

	while((direntp = readdir(dirp)) != NULL)
		printf("%s\n", direntp->d_name);
	while((closedir(dirp) == -1) && (errno == EINTR)) ;
	return 0; 
}

dirent结构：

struct dirent{
	ino_t d_ino; /* inode number */
	off_t d_off; /* offset to the next dirent */
	unsigned short d_reclen; /* length of this record */
	unsigned char d_type; /* type of file */
	char d_name[256]; /*filename*/	
};

POSIX仅需要d_name字段，其他的都是可选的或者是linux特有的。可移植性的程序应该只访问
d_name字段。

从Dir可以获得文件描述符：

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

int dirfd(DIR *dir);

这个是BSD的一个扩展，并不是POSIX标准。
2)访问文件的状态信息：
lstat、stat

8、硬链接和软链接：
硬链接：两个path指向同一个inode.
软链接：单独的一个文件，里面存储了链接文件的路径。
1)创建和删除一个硬链接：

#include <unistd.h>

int link(const char *path1, const char *path2);
int unlink(const char *path);

为有path1指定的文件创建一个新的目录项。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

if (link("/dirA/name1","dirB/name2") == -1)
	perror("Failed to make a new link in /dirB");

2)创建和删除一个硬链接：

#include <unistd.h>

int symlink(const char *path1, const char *path2);

9、拷贝或者移动文件：
拷贝和移动文件时两个最基本的文件操作任务，可以使用shell命令cp和mv来完成。
1、拷贝文件：
Unix没有提供此操作的系统调用或者库来完成拷贝文件和目录，但可以使用cp命令来手工执行这个任务。
拷贝一个文件src到目标dst，要执行的操作步骤：
1、打开src
2、打开dst，创建如果不存在，清空如果存在。
3、将src读取到内存
4、将从src读取到的内容写入dst
5、继续指导所有内容从src写到dst
6、关闭dst
7、关闭src
如果拷贝一个目录，递归拷贝目录本身及其子目录通过mkdir及其采用上面步骤拷贝文件。
2、移动：
Unix提供了移动文件的系统调用。ANSI C使用这个调用来移动文件，POSIX标准将其用于文件和目录。

#include <stdio.h>

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

将路径名称从oldpath改成newpath，内容和inode没有变化。newpath需要在同一文件系统中。
成功返回0，失败返回-1，并设置errno。
10、创建临时文件：
1)ISO C标准定义了两个标准I/O函数来创建临时文件。

#include <stdio.h>

char *tmpnam(char *ptr); /*返回执行路径的指针*/
FILE *tmpfile(void); /*返回文件指针，错误则为NULL*/

tmpnam每次产生一个不同的合法的路径名字。如果ptr是NULL，生成一个存储在静态区域的名字，
并返回指向它的指针，所以如果连续调用两次会覆盖前一次的tmpname。
如果指定了ptr，则它被假设指向一个数组，并且长度不小于L_tmpnam（<stdio.h>中定义）。
例子：

#include <stdio.h>

int main(void){
	char name[L_tmpnam],line[MAXLINE];
	FILE *fp;

	printf("%s\n",tmpnam(NULL));
	tmpname(name);
	printf("%s\n",name);

	if((fp = tmpfile()) == NULL){
		perror("tmpfile");
		return 1;
	}

	fputs("one line of output\n",fp);
	rewind(fp);

	if(fgets(line,sizeof(line),fp) == NULL){
		perror("fgets");
		return 1;
	}
	fputs(line,stdout);

	return 0;
}

2)XSI扩展定义了两个另外的方法来操作临时文件：

#include <stdio.h>

char *tempnam(const char *directory, const char *prefix);
int mkstemp(char *template);

tempnam和tmpnam一样，但是可以指定目录和前缀来生成临时文件名。
1、如果环境变量定义了TMPDIR，则使用它作为目录。
2、如果directory不为NULL，则使用它。
3、在<stdio.h>中的P_tmpdir作为目录。
4、本地的目录，通常/tmp被作为临时目录。
前缀prefix如果不为NULL，至少5个字节。
生成的名字是通过malloc动态申请的内存，所以要使用free释放。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]){
	if(argc != 3){
		pintf("usage: %s <directory> <prefix>",argv[0]);
		return 1;
	}
	
	printf("%s\n",tempnam(argv[1][0] != ' ' ? argv[1] : NULL, argv[2][0] != ' ' ? argv[2] : NULL));
	
	return 0;
}

mkstemp和tmpfile类似，只是返回了文件描述符，并且mkstemp生成的临时文件不会自动清除。
path的后六个字符要设置为XXXXXX，通过替换它来生成不同的名字。

参考：
1、《Linux system programming》
2、《Unix system programming》
3、《Advanced Programming in the Unix Environment》