【linux系统】文件系统

---

文件

在谈文件系统前，首先谈谈什么是文件？

文件结构体

文件 = 属性 + 内容
同进程PCB，linux也有管理文件属性的结构体

• struct file：描述文件的打开状态，每次打开文件都会创建一个 file 结构，主要记录与进程操作文件相关的信息（如文件指针位置、打开模式等）。

• struct inode：描述文件在磁盘或文件系统中的元数据，无论文件是否被打开，inode 都存在。

• struct stat：用于在用户空间访问文件的属性信息，系统调用通过从 inode 获取属性并填充到 struct stat 中

本文重点在前2个

文件的权限

文件权限
每个文件和目录在 Linux 中都有三类权限，分别是：

• 所有者（Owner）
• 所属组（Group）
• 其他用户（Others）

每类权限又分为三种操作权限：

• 读（r，read）：允许查看文件内容或列出目录内容。
• 写（w，write）：允许修改文件内容或在目录中创建、删除文件。
• 执行（x，execute）：允许执行文件（如果是可执行程序）或访问目录中的文件。

这些权限被表示为一个 9 位的二进制组合，如下：

rwxrwxrwx

• 前三个字符表示文件的所有者权限。
• 中间三个字符表示文件的所属组权限。
• 最后三个字符表示其他用户的权限。

有权限则对应的二进制位为1
例如，文件权限 755 表示：rwxr-xr-x

文件掩码（umask）用于决定在创建文件或目录时默认权限会被如何设置。它是一个权限的反向屏蔽值，掩码中的位会关闭（去除）文件或目录的默认权限。

• 对于文件，默认权限为 666（即只有读和写权限，没有执行权限）。
• 对于目录，默认权限为 777（即读、写、执行权限全部开放）。
  码会从这些默认权限中减去相应的权限。例如：

一个常见的掩码值为 022。这意味着从默认权限中去掉组和其他用户的写权限：

• 文件权限：666 - 022 = 644（所有者有读写权限，组和其他用户只有读权限）
• 目录权限：777 - 022 = 755（所有者有全部权限，组和其他用户有读和执行权限）

查看当前掩码：
umask

临时设置 umask（只对当前会话有效）：
umask 002

永久更改 umask
将 umask 命令添加到你的 shell 启动文件中（例如 ~/.bashrc 或 ~/.profile）

文件的状态

文件有2种状态：打开和未打开
对于一个打开的文件，我们重点关注谁打开？谁进行维护？进程！因此要研究进程和文件的关系
对于一个未打开的文件，我们重点关注放在哪里？如何分门别类的放置好？因此我们需要研究linux的文件系统。

打开的文件

对于打开的文件，我们要研究进程和文件的关系。下面按照如下顺序来讲解：

1. 进程如何操作文件？研究linux下的文件系统调用
2. 底层是如何将进程和打开的文件联系在一起？研究struct task_struct和struct file

Linux下文件的系统调用

linux系统提供的常见文件接口：
open
write
read
close

open && close

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

       int open(const char *pathname, int flags);
       int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
       
       #include <unistd.h>

       int close(int fd);
参数介绍
	pathname -- 文件路径
	flags    --  文件打开方式
	mode     --  文件掩码

flags参数是标志位，告诉open函数是要以读还是以写的方式打开文件。传参内容如下：
O_WRONLY：以写的方式打开文件
O_RDONLY：以读的方式打开文件
O_RDWR：以读写的方式打开文件
O_CREAT：当文件不存在时，创建文件
O_APPEND：在文件末尾追加

疑问：如何传递多个标志位？
原理如下图，通过位图的方式,每个标志（如 O_RDWR、O_CREAT、O_TRUNC 等）都是一个特定的整数值，其中每个标志都使用一个或多个二进制位来表示。因为这些标志的二进制表示互不重叠（即它们的值在二进制上不冲突），可以通过按位或运算符（|）将它们组合在一起。
如：int fd = open("example.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);

mode参数： 新建文件的权限
使用: int fd = open(“sfw.txt”, O_WRONLY|O_CREAT, 0666);
最后文件的权限是664，这是由于权限掩码的影响

返回值：文件描述符
后文会详细介绍，这里就简单认为是为open的文件分配一个id，将这个id作为read和write的参数可以对open的文件进行读写。

read && write

 #include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

使用：

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

int main()
{
   
        int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
        char buf[] = "6666\n";
        write