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

2.2 chown

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

2.6 chdir

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

2.8 pathconf

#include  long fpathconf(int fd, int name);  long pathconf(char *path, int name); 

3. 目录操作

3.1 mkdir

#include  #include  int mkdir(const char *pathname, mode_t mode); 

3.2 rmdir

#include  int rmdir(const char *pathname); 

3.3 opendir/fdopendir

#include   #include  DIR *opendir(const char *name); DIR *fdopendir(int fd); 

3.4 readdir

#include  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   #include  void rewinddir(DIR *dirp); 

把目录指针恢复到目录的起始位置。

3.6 telldir/seekdir

#include  long telldir(DIR *dirp);  #include  void seekdir(DIR *dirp, long offset); 

3.7 closedir

#include   #include   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   #include   #include   #include   #include   #include  #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。