Linux系统编程学习笔记（3）-Linux文件系统与相关函数调用

Linux文件系统的内部结构

硬盘实际上是由一些磁性盘片组成的计算机系统的一个设备。文件系统是对该设备的一种多层次的抽象。
第一层抽象：一个磁盘能够储存大量的数据，一个磁盘可以被划分成分区，每个分区可以看作是一个独立的磁盘。
第二层抽象：一个硬盘有一些磁性盘片组成。每个盘片的表面都被划分为很多同心圆，这些同心圆称作磁道，每个磁道又被进一步划分为扇区，每个扇区可以储存一定字节数的数据。扇区是磁盘上的基本储存单元。一个磁盘扇区编号的系统使得我们可以把磁盘视为一系列块的组合。
第三层抽象：文件系统可以用来储存文件内容，文件属性和目录Unix把磁盘块分成了3个部分来储存上述信息：
这里写图片描述

超级块：文件系统的第一个块称为超级块。这个块存放文件系统本身的结构信息。
i-节点表：每个文件都有一些属性，如大小、文件所有者和最近修改时间等。这些性质被记录在i-节点的文件中。所有的i-节点都有相同的大小，并且i-节点表示这些结构的一个列表。文件系统中每个文件在该表中都有一个i-节点。
数据区：数据区用于保存文件内容。

文件有内容和属性，内核将文件内容存放在数据区，文件属性存放在i-节点，文件名存放在目录。
这里写图片描述

可以根据上图来描绘根据文件名读取文件内容的过程。

系统根据目录名或文件名找到文件对应的i-节点的序号。
根据序号确定文件内容储存在磁盘的块序号。
根据块序号定位磁盘内容。

有两个比较特别的i-节点，分别是“.”和“..”，前者代表本目录的i-节点序号，后者代表父目录的i-节点。shell命令pwd就是通过遍历“.”与“..”的i-节点序号来得到文件目录的。另外，目录顶端的“.”与“..”的i-节点序号相同，实际应用中经常根据这一特性来判断是否目录遍历到了顶端。

与目录树相关的系统调用

mkdir

命令mkdir用来创建新的目录，它接受命令行上的一个或多个目录名，使用mkdir系统调用：

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
/*****************************
param pathname: 新目录名
param mode：权限位的掩码
return 0 if successed else return -1 
*****************************/
int result = mkdir(char *pathname, mode_t mode)

rmdir

命令rmdir用来删除一个目录。它接受命令行上一个或者多个目录名，使用rmdir系统调用

#include <unistd.h>
/*****************************
param path: 目录名
return 0 if successed else return -1 
*****************************/
int result = rmdir(const char *path)

rm

命令rm用来从一个目录文件中删除一个记录，它接受命令行上一个或者多个文件名，使用unlink系统调用

#include <unistd.h>
/*****************************
param path: 需要删除的链接名
return 0 if successed else return -1 
*****************************/
int result = unlink（const char *path）

unlink函数不能被用来删除目录，它会减少相应i-节点的连接数。

ln

命令ln用来创建一个文件的链接，使用系统调用link

#include <unistd.h>
/*****************************
param orig：原始链接的名字
parm new：新建链接的名字
return 0 if successed else return -1 
*****************************/
int result = link(const char *orig, const char *new)

link生成一个i-节点的链接。新链接包含原始链接的i-节点号并且具有特定的名字。注意：link不能用来生成目录的新链接

mv

命令mv用来改变文件和目录的名字或位置，mv命令使用系统调用rename：

#include <unistd.h>
/*****************************
param from: 原始链接的名字
param to：新建链接的名字
return 0 if successed else return -1 
*****************************/
int result = rename(const char *from, const char *to)

cd

cd用来改变进程的当前目录，cd会对进程产生影响，但是不会影响目录。cd命令使用系统调用chdir：

#include <unistd.h>
/*****************************
param path: 要到达的目录
return 0 if successed else return -1 
*****************************/
int result = chdir（const char *path）

编写pwd命令

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

ino_t get_inode(char*);
void printpathto(ino_t);
void inum_to_name(ino_t, char*, int);

int main(int argc, char *argv[])
{
  printpathto(get_inode("."));
  putchar('\n');
  return 0;
}

void printpathto(ino_t this_inode){
  ino_t my_inode;
  char its_name[100];
  if(get_inode("..") != this_inode){            //根据i-节点号获取父目录
      chdir("..");                              //进入父目录
      inum_to_name(this_inode, its_name,100);   //在父目录中搜寻子目录名
      my_inode = get_inode(".");
      printpathto(my_inode);                    //递归调用直到到达目录顶层
      printf("/%s", its_name);
    }
}

void inum_to_name(ino_t inode_to_find, char *namebuf, int buflen){
  DIR *dir_ptr;
  struct dirent *direntp;
  dir_ptr = opendir(".");
  if(dir_ptr == NULL){
      perror(".");
      exit(1);
    }
  while ((direntp = readdir(dir_ptr)) != NULL)     //一直搜索知道找到子目录
    if(direntp->d_ino == inode_to_find){
        strncpy(namebuf, direntp->d_name, buflen);
        namebuf[buflen-1]  = '\0';
        closedir(dir_ptr);
        return;
      }
  fprintf(stderr, "error looking for inum %d\n", inode_to_find);
  exit(1);
}

ino_t get_inode(char *fname){     //获取i-节点序号
  struct stat info;
  if(stat(fname,&info) == -1){
      fprintf(stderr, "Cannot stat");
      perror(fname);
      exit(1);
    }
  return info.st_ino;
}