С каждым файлом в файловой системе связана метаинформация (status), которая определяется структурой struct stat:
struct stat {
dev_t st_dev; /* ID of device containing file */
ino_t st_ino; /* Inode number */
mode_t st_mode; /* File type and mode */
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; /* Block size for filesystem I/O */
blkcnt_t st_blocks; /* Number of 512B blocks allocated */
struct timespec st_atim; /* Time of last access */
struct timespec st_mtim; /* Time of last modification */
struct timespec st_ctim; /* Time of last status change */
/* Backward compatibility */
#define st_atime st_atim.tv_sec
#define st_mtime st_mtim.tv_sec
#define st_ctime st_ctim.tv_sec
};
Метаинформацию о файле получается с помощью команды stat ИМЯ_ФАЙЛА или одного из системных вызовов:
int stat(const char *file_name, struct stat *stat_buffer)- получение информации о файле по его имени;int fstat(int fd, struct stat *stat_buffer)- то же самое, но для открытого файлового дескриптора;int lstat(const char *path_name, struct stat *stat_buffer)- аналогичноstat, но в случае, если имя файла указывает на символическую ссылку, то возвращается информация о самой ссылке, а не о файле, на который она ссылается.
В POSIX есть несколько основных типов файлов:
- Регулярный файл (
S_IFREG = 0100000). Занимает место на диске, содержит самые обычные данные. - Каталог (
S_IFDIR = 0040000). Файл специального типа, который хранит список имен файлов. - Символическая ссылка (
S_IFLNK = 0120000). Файл, который ссылается на другой файл (в том числе в другом каталоге или даже на другой файловой системе), и с точки зрения фукнций ввода-вывода ничем не отличается от того файла, на который он ссылается. - Блочные (
S_IFBLK = 0060000) и символьные (S_IFCHR = 0020000) устройства. Используются как удобный способ взаимодействия с оборудованием. - Именованные каналы (
S_IFIFO = 0010000) и сокеты (S_IFSOCK = 0140000), предназначенные для межпроцессного взаимодействия.
Тип файла закодирован в одном поле структуры с режимом доступа (rwxrwxrwx) - целочисленном .st_mode.
Для выделения отдельных типов файлов применяются поразрядные операции с помощью одного из макросов: S_ISREG(m), S_ISDIR(m), S_ISCHR(m), S_ISBLK(m), S_ISFIFO(m), S_ISLNK(m) и S_ISSOCK(m), которые возвращают 0 в качестве false, и произвольное ненулевое значение в качестве true.
Для выделения режима доступа, который закодирован в младших битах .st_mode, которые можно извлекать, применяя поразрядные операции с помощью констант S_IWUSR, S_IRGRP, S_IXOTH и др. Полный список констант можно посмотреть в man 7 inode.
У каждого файла, помимо режима доступа (rwx для владельца, группы и остальных) есть два идентификатора, - целых положительных числа:
.st_uid- идентификатор пользователя-владельца файла;.st_gid- идентификатор группы-владельца файла.
Права доступа "для владельца" применяются при совпадении идентификатора текущего пользователя (можно получить с помощью getuid()) с полем .st_uid. Аналогично - для группы при совпадении getgid() с .st_gid. В остальных случаях действуют права доступа "для остальных".
Удобным способом определения прав у текущего пользователя является использование системного вызова access:
int access(const char *path_name, int mode)
Этот системный вызов принимает в качестве параметра mode поразрядную комбинацию из флагов R_OK, W_OK, X_OK и F_OK, - соответственно способность чтения, записи, выполнения файла, и его существование. Возвращает 0 в случае, если перечисленные аттрибуты допустимы для текущего пользователя, и -1 в противном случае.
При создании новых файлов с помощью системного вызова open (и всех высокоуровневых функций, которые используют open), нужно обязательно указывать режим доступа для вновь созданных файлов.
В реальности режим доступа может отличаться от запрошенного: для вновь созданного файла (или каталога) применяется маска создания файлов с помощью поразрядной операции "и-не":
/* Пусть umask = 0222 */
open("new_file", O_WRONLY|O_CREAT, 0666); // OK
/* Создан файл с аттрибутами 0666 & ~0222 = 0444 */
По умолчанию маска создания файлов равна 0000, то есть не накладывает никаких ограничений. Системный вызов umask позволяет задать явным образом новую маску, которая может быть использована для предотвращения случайного создания файлов со слишком слабозащищенными правами доступа.
Пара значений, хранящихся в полях .st_dev и .st_ino, позволяют однозначно идентифицировать любой файл в виртуальной файловой системе до её перезагрузки или отмонтирования каких-то частей файловой системы.
Поле .st_nlink хранит количество имен, связанных с данным именем файла, причем они могут находиться в разных каталогах одной физической файловой системы. Для файла, который существует в файловой системе, .st_nlink всегда не меньше 1, при удалении файла это число становится равным 0. Но если файл открыт хотя бы одним процессом в системе, то физически он не удаляется (хотя по имени его уже не найти), и доступен по файловому дескриптору до момента закрытия файла.
Удалить программным спосособом файл можно с помощью системного вызова unlink. Как следует из названия, этот системный вызов уменьшает количество ссылок .st_nlink.
Для предотвращения состояния гонки (race condition), у многих системных вызовов для работы с файлами существуют аналоги, подразумевающие работу с файловыми дескрипторами, а не с именами файлов.
Пример состояния гонки:
struct stat st;
assert(0==stat("my_file.txt", &st)); // OK
/* теперь кто-нибудь извне успевает удалить или
переименовать файл между моментами этих двух вызовов */
int fd = open("my_file.txt", O_RDONLY); // ERR: файл не найден
/* ??? как же так? Только что был здесь, а теперь недоступен */
Если немного переделать этот пример с использованием fstat, то проблема решена:
int fd = open("my_file.txt", O_RDONLY);
if (-1!=fd) {
/* Теперь кто-нибудь удаляет файл, или переименовывает
его. Но нас это уже не должно волновать: файл существует
до того момента, пока мы его не закроем */
struct stat st;
fstat(fd, &st);
off_t file_size = st.st_size; // размер доступных данных
}
- Добавление нового имени (увеличение ссылок) -
man 2 link - Удаление (уменьшение ссылок) -
man 2 unlink - Создание символической ссылки -
man 2 symlink - Чтение значения символической ссылки -
man 2 readlink - Создание каталога -
man 2 mkdir - Удаление пустого каталога -
man 2 rmdir - Изменение режима доступа -
man 2 chmod - Перемещение (переименование) файла -
man 2 rename
Системный вызов fcntl предназначен для управления открытыми файлыми дескрипторами.
int fcntl(int fd, int get_command);
int fcntl(int fd, int set_command, void *set_value);
Для открытых файлов можно командами F_GETFL и F_SETFL получать и менять аттрибуты открытия: O_APPEND, O_ASYNC, O_NONBLOCK. В Linux не возможно изменить режим открытия файлов (например поменять O_RDONLY на O_RDRW), хотя в некоторых UNIX системах это допускается.
Проблема состояния гонки относится не только к возможным изменениям аттрибутов файлов, но и к проблеме гонки данных (data race) между различными процессами, которые хотят одновременно обращаться к одним и тем же файлам.
В UNIX-подобных системах существует два основных механизма для блокировки файлов.
Поддерживается *BSD и Linux. Системный вызов flock имеет
сигнатуру:
int flock(int fd, int operation);
fd - открытый файловый дескриптор, возможные операции:
LOCK_SH- получить разделяемую блокировку. Разделяемую блокировку на файл могут накладывать разные процессы, не мешая друг другу, когда им требуется только читать данные из файла.LOCK_EX- получить эксклюзивную блокировку. Только один процесс может это сделать.LOCK_UN- разблокировать файла.
Блокировка накладывается не на файловые дескрипторы, а на сами файлы, с с которыми они связаны. При попытке получить блокировку (любого типа) к файлу, который кем-то эксклюзивно заблокирован, приведет к приостановке текущего процесса до тех пора, пока блокировка не будет снята.
Использует команды F_GETLK (получить блокировки), F_SETLK (установить блокиовку) и F_SETLKW (установить блокировку, но сначала дождаться, когда это возможно) системного вызова fcntl для управления блокировками.
В качестве третьего аргумента fcntl передается структура:
struct flock {
off_t l_start; /* starting offset */
off_t l_len; /* len = 0 means until end of file */
pid_t l_pid; /* lock owner */
short l_type; /* lock type: read/write, etc. */
short l_whence; /* type of l_start */
int l_sysid; /* remote system id or zero for local */
};
В отличии от BSD flock, этот способ является более гибким, и позволяет управлять блокировками отдельных частей файла.
Пример:
struct flock fl;
memset(&fl, 0, sizeof(fl));
// Установить блокировку только для чтения (не эксклюзивно)
fl.l_type = F_RDLCK;
// Блокировка на весь файл
fl.l_whence = SEEK_SET; // по аналогии с lseek
fl.l_start = 0; // по аналогии с lseek
fl.l_len = 0; // 0 - до конца, либо размер области
// Установить блокировку для чтения. Если какой-то процесс
// уже захватил файл для записи, то ожидание, пока освободится
fcntl(fd, F_SETLKW, &fl);
// Блокировка на запись с 10 по 15 байты файла
fl.l_type = F_WRLCK;
fl.l_start = 10;
fl.l_len = 5;
fcntl(fd, F_SETLK, &fl);
// Снять блокировку с этого же диапазона
fl.l_type = F_UNLCK;
fcntl(fd, F_SETLK, &fl);
// При закрытии файла процессом все блокировки недействительны
close(fd);
Упрощенным аналогом для блокировки отдельных частей файла является системный вызов lockf; для указания начала области блокировки нужно переместить указатель lseek.
int lockf(int fd, int cmd, off_t len);
В отличии от fcntl, этот системный вызов подразумевает только эксклюзивную блокировку (для записи).
Команда flock позоляет установить блокировку на произвольный файл для запуска какой-либо программы, и снимает блокировку при завершении работы дочернего процесса.
Команда lslocks отображает таблицу файлов с блокировками.