Shell 文件操作

這周來(lái)探討文件操作。

在日常學(xué)習(xí)和工作中，總是在不斷地和各種文件打交道，這些文件包括普通文本文件，可以執(zhí)行的程序，帶有控制字符的文檔、存放各種文件的目錄、網(wǎng)絡(luò)套接字文件、設(shè)備文件等。這些文件又具有諸如屬主、大小、創(chuàng)建和修改日期等各種屬性。文件對(duì)應(yīng)文件系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)塊，對(duì)應(yīng)磁盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備的一片連續(xù)空間，對(duì)應(yīng)于顯示設(shè)備卻是一些具有不同形狀的字符集。

在這一節(jié)，為了把關(guān)注點(diǎn)定位在文件本身，不會(huì)深入探討文件系統(tǒng)以及存儲(chǔ)設(shè)備是如何組織文件的（在后續(xù)章節(jié)再深入探討），而是探討對(duì)它最熟悉的一面，即把文件當(dāng)成是一系列的字符（一個(gè) byte）集合看待。因此之前介紹的《 Shell 編程范例之字符串操作》在這里將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，關(guān)于普通文件的讀寫(xiě)操作已經(jīng)非常熟練，那就是“重定向”，這里會(huì)把這部分獨(dú)立出來(lái)介紹。關(guān)于文件在 Linux 下的“數(shù)字化”（文件描述符）高度抽象，“一切皆為文件”的哲學(xué)在 Shell 編程里也得到了深刻的體現(xiàn)。

下面先來(lái)介紹文件的各種屬性，然后介紹普通文件的一般操作。

文件的各種屬性

首先通過(guò)文件的結(jié)構(gòu)體來(lái)看看文件到底有哪些屬性：

struct stat {
    dev_t st_dev; /* 設(shè)備   */
    ino_t st_ino; /* 節(jié)點(diǎn)   */
    mode_t st_mode; /* 模式   */
    nlink_t st_nlink; /* 硬連接 */
    uid_t st_uid; /* 用戶ID */
    gid_t st_gid; /* 組ID   */
    dev_t st_rdev; /* 設(shè)備類型 */
    off_t st_off; /* 文件字節(jié)數(shù) */
    unsigned long  st_blksize; /* 塊大小 */
    unsigned long st_blocks; /* 塊數(shù)   */
    time_t st_atime; /* 最后一次訪問(wèn)時(shí)間 */
    time_t st_mtime; /* 最后一次修改時(shí)間 */
    time_t st_ctime; /* 最后一次改變時(shí)間(指屬性) */
};

下面逐次來(lái)了解這些屬性，如果需要查看某個(gè)文件屬性，用 stat 命令就可，它會(huì)按照上面的結(jié)構(gòu)體把信息列出來(lái)。另外，ls 命令在跟上一定參數(shù)后也可以顯示文件的相關(guān)屬性，比如 -l 參數(shù)。

文件類型

文件類型對(duì)應(yīng)于上面的 st_mode, 文件類型有很多，比如常規(guī)文件、符號(hào)鏈接（硬鏈接、軟鏈接）、管道文件、設(shè)備文件(符號(hào)設(shè)備、塊設(shè)備)、socket文件等，不同的文件類型對(duì)應(yīng)不同的功能和作用。

范例：在命令行簡(jiǎn)單地區(qū)分各類文件

$ ls -l
total 12
drwxr-xr-x 2 root root 4096 2007-12-07 20:08 directory_file
prw-r--r-- 1 root root    0 2007-12-07 20:18 fifo_pipe
brw-r--r-- 1 root root 3, 1 2007-12-07 21:44 hda1_block_dev_file
crw-r--r-- 1 root root 1, 3 2007-12-07 21:43 null_char_dev_file
-rw-r--r-- 2 root root  506 2007-12-07 21:55 regular_file
-rw-r--r-- 2 root root  506 2007-12-07 21:55 regular_file_hard_link
lrwxrwxrwx 1 root root   12 2007-12-07 20:15 regular_file_soft_link -> regular_file
$ stat directory_file/
  File: `directory_file/'
  Size: 4096            Blocks: 8          IO Block: 4096   directory
Device: 301h/769d       Inode: 521521      Links: 2
Access: (0755/drwxr-xr-x)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2007-12-07 20:08:18.000000000 +0800
Modify: 2007-12-07 20:08:18.000000000 +0800
Change: 2007-12-07 20:08:18.000000000 +0800
$ stat null_char_dev_file
  File: `null_char_dev_file'
  Size: 0               Blocks: 0          IO Block: 4096   character special file
Device: 301h/769d       Inode: 521240      Links: 1     Device type: 1,3
Access: (0644/crw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2007-12-07 21:43:38.000000000 +0800
Modify: 2007-12-07 21:43:38.000000000 +0800
Change: 2007-12-07 21:43:38.000000000 +0800

說(shuō)明：通過(guò) ls 命令結(jié)果每行的第一個(gè)字符可以看到，它們之間都不相同，這正好反應(yīng)了不同文件的類型。 d 表示目錄，- 表示普通文件（或者硬鏈接），l 表示符號(hào)鏈接，p 表示管道文件，b 和 c 分別表示塊設(shè)備和字符設(shè)備（另外 s 表示 socket 文件）。在 stat 命令的結(jié)果中，可以在第二行的最后找到說(shuō)明，從上面的操作可以看出，directory_file 是目錄，stat 命令的結(jié)果中用 directory 表示，而 null_char_dev_file 它則用 character special file 說(shuō)明。

范例：簡(jiǎn)單比較它們的異同

通常只會(huì)用到目錄、普通文件、以及符號(hào)鏈接，很少碰到其他類型的文件，不過(guò)這些文件還是各有用處的，如果要做嵌入式開(kāi)發(fā)或者進(jìn)程通信等，可能會(huì)涉及到設(shè)備文件、有名管道（FIFO）。下面通過(guò)簡(jiǎn)單的操作來(lái)反應(yīng)它們之間的區(qū)別（具體原理會(huì)在下一節(jié)《Shell 編程范例之文件系統(tǒng)》介紹，如果感興趣，也可以提前到網(wǎng)上找找設(shè)備文件的作用、塊設(shè)備和字符設(shè)備的區(qū)別、以及驅(qū)動(dòng)程序中如何編寫(xiě)相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)等）。

對(duì)于普通文件：就是一系列字符的集合，所以可以讀、寫(xiě)等

$ echo "hello, world" > regular_file
$ cat regular_file
hello, world

在目錄中可以創(chuàng)建新文件，所以目錄還有叫法：文件夾，到后面會(huì)分析目錄文件的結(jié)構(gòu)體，它實(shí)際上存放了它下面的各個(gè)文件的文件名。

$ cd directory_file
$ touch file1 file2 file3

對(duì)于有名管道，操作起來(lái)比較有意思：如果要讀它，除非有內(nèi)容，否則阻塞；如果要寫(xiě)它，除非有人來(lái)讀，否則阻塞。它常用于進(jìn)程通信中?？梢源蜷_(kāi)兩個(gè)終端 terminal1 和 terminal2，試試看：

terminal1$ cat fifo_pipe #剛開(kāi)始阻塞在這里，直到下面的寫(xiě)動(dòng)作發(fā)生，才打印test字符串
terminal2$ echo "test" > fifo_pipe

關(guān)于塊設(shè)備，字符設(shè)備，設(shè)備文件對(duì)應(yīng)于 /dev/hda1 和 /dev/null，如果用過(guò) U 盤(pán)，或者是寫(xiě)過(guò)簡(jiǎn)單的腳本的話，這樣的用法應(yīng)該用過(guò)：:-)

$ mount hda1_block_dev_file /mnt #掛載硬盤(pán)的第一個(gè)分區(qū)到/mnt下（關(guān)于掛載的原理，在下一節(jié)討論）
$ echo "fewfewfef" > /dev/null   #/dev/null像個(gè)黑洞，什么東西丟進(jìn)去都消失殆盡

最后兩個(gè)文件分別是 regular_file 文件的硬鏈接和軟鏈接，去讀寫(xiě)它們，他們的內(nèi)容是相同的，不過(guò)去刪除它們，他們卻互不相干，硬鏈接和軟鏈接又有何不同呢？前者可以說(shuō)就是原文件，后者呢只是有那么一個(gè) inode，但沒(méi)有實(shí)際的存儲(chǔ)空間，建議用 stat 命令查看它們之間的區(qū)別，包括它們的 Blocks，inode 等值，也可以考慮用 diff 比較它們的大小。

$ ls regular_file*
ls regular_file* -l
-rw-r--r-- 2 root root 204800 2007-12-07 22:30 regular_file
-rw-r--r-- 2 root root 204800 2007-12-07 22:30 regular_file_hard_link
lrwxrwxrwx 1 root root     12 2007-12-07 20:15 regular_file_soft_link -> regular_file
$ rm regular_file      # 刪除原文件
$ cat regular_file_hard_link   # 硬鏈接還在，而且里頭的內(nèi)容還有呢
fefe
$ cat regular_file_soft_link
cat: regular_file_soft_link: No such file or directory

雖然軟鏈接文件本身還在，不過(guò)因?yàn)樗旧聿淮鎯?chǔ)內(nèi)容，所以讀不到東西，這就是軟鏈接和硬鏈接的區(qū)別。

需要注意的是，硬鏈接不可以跨文件系統(tǒng)，而軟鏈接則可以。另外，也不允許給目錄創(chuàng)建硬鏈接。

范例：普通文件再分類

文件類型從 Linux 文件系統(tǒng)那么一個(gè)級(jí)別分了以上那么多類型，不過(guò)普通文件還是可以再分的（根據(jù)文件內(nèi)容的”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)“分），比如常見(jiàn)的文本文件，可執(zhí)行的 ELF 文件，odt 文檔，jpg 圖片格式，swap 分區(qū)文件，pdf 文件。除了文本文件外，它們大多是二進(jìn)制文件，有特定的結(jié)構(gòu)，因此需要有專門(mén)的工具來(lái)創(chuàng)建和編輯它們。關(guān)于各類文件的格式，可以參考相關(guān)文檔標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)非常值得深入了解 Linux 下可執(zhí)行的 ELF 文件的工作原理，如果有興趣，建議閱讀一下參考資料中和 ELF 文件相關(guān)部分，這一部分對(duì)于嵌入式 Linux 工程師至關(guān)重要。

雖然各類普通文件都有專屬的操作工具，但是還是可以直接讀、寫(xiě)它們，這里先提到這么幾個(gè)工具，回頭討論細(xì)節(jié)。

• od ：以八進(jìn)制或者其他格式“導(dǎo)出”文件內(nèi)容。
• strings ：讀出文件中的字符（可打印的字符）
• gcc，gdb，readelf，objdump等：ELF文件分析、處理工具（gcc編譯器、gdb調(diào)試器、readelf分析 ELF 文件，objdump` 反編譯工具）

再補(bǔ)充一個(gè)非常重要的命令，file，這個(gè)命令用來(lái)查看各類文件的屬性。和 stat 命令相比，它可以進(jìn)一步識(shí)別普通文件，即 stat 命令顯示的 regular file 。因?yàn)?regular file 可以有各種不同的結(jié)構(gòu)，因此在操作系統(tǒng)的支持下得到不同的解釋，執(zhí)行不同的動(dòng)作。雖然，Linux 下，文件也會(huì)加上特定的后綴以便用戶能夠方便地識(shí)別文件的類型，但是 Linux 操作系統(tǒng)根據(jù)文件頭識(shí)別各類文件，而不是文件后綴，這樣在解釋相應(yīng)的文件時(shí)就更不容易出錯(cuò)。下面簡(jiǎn)單介紹 file 命令的用法。

$ file ./
./: directory
$ file /etc/profile
/etc/profile: ASCII English text
$ file /lib/libc-2.5.so
/lib/libc-2.5.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
$ file /bin/test
/bin/test: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), stripped
$ file /dev/hda
/dev/hda: block special (3/0)
$ file /dev/console
/dev/console: character special (5/1)
$ cp /etc/profile .
$ tar zcf profile.tar.gz profile
$ file profile.tar.gz
profile.tar.gz: gzip compressed data, from Unix, last modified: Tue Jan  4 18:53:53 2000
$ mkfifo fifo_test
$ file fifo_test
fifo_test: fifo (named pipe)

更多用法見(jiàn) file 命令的手冊(cè)，關(guān)于 file 命令的實(shí)現(xiàn)原理，請(qǐng)參考 magic 的手冊(cè)（看看 /etc/file/magic 文件，了解什么是文件的 magic number 等）。

文件屬主

Linux 作為一個(gè)多用戶系統(tǒng)，為多用戶使用同一個(gè)系統(tǒng)提供了極大的方便，比如對(duì)于系統(tǒng)上的文件，它通過(guò)屬主來(lái)區(qū)分不同的用戶，以便分配它們對(duì)不同文件的操作權(quán)限。為了更方便地管理，文件屬主包括該文件所屬用戶，以及該文件所屬的用戶組，因?yàn)橛脩艨梢詫儆诙鄠€(gè)組。先來(lái)簡(jiǎn)單介紹 Linux 下用戶和組的管理。

Linux 下提供了一組命令用于管理用戶和組，比如用于創(chuàng)建用戶的 useradd 和 groupadd，用于刪除用戶的 userdel 和 groupdel，另外，passwd 命令用于修改用戶密碼。當(dāng)然，Linux 還提供了兩個(gè)相應(yīng)的配置，即 /etc/passwd 和 /etc/group，另外，有些系統(tǒng)還把密碼單獨(dú)放到了配置文件 /etc/shadow 中。關(guān)于它們的詳細(xì)用法請(qǐng)參考后面的資料，這里不再介紹，僅介紹文件和用戶之間的一些關(guān)系。

范例：修改文件的屬主

$ chown 用戶名:組名 文件名

如果要遞歸地修改某個(gè)目錄下所有文件的屬主，可以添加 -R 選項(xiàng)。

從本節(jié)開(kāi)頭列出的文件結(jié)構(gòu)體中，可以看到僅僅有用戶 ID 和組 ID 的信息，但 ls -l 的結(jié)果卻顯示了用戶名和組名信息，這個(gè)是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？下面先看看 -n 的結(jié)果：

范例：查看文件的屬主

$ ls -n regular_file
-rw-r--r-- 1 0 0 115 2007-12-07 23:45 regular_file
$ ls -l regular_file
-rw-r--r-- 1 root root 115 2007-12-07 23:45 regular_file

范例：分析文件屬主實(shí)現(xiàn)的背后原理

可以看到，ls -n 顯示了用戶 ID 和組 ID，而 ls -l 顯示了它們的名字。還記得上面提到的兩個(gè)配置文件 /etc/passwd 和 /etc/group 文件么？它們分別存放了用戶 ID 和用戶名，組 ID 和組名的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此很容易想到 ls -l 命令在實(shí)現(xiàn)時(shí)是如何通過(guò)文件結(jié)構(gòu)體的 ID 信息找到它們對(duì)應(yīng)的名字信息的。如果想對(duì) ls -l 命令的實(shí)現(xiàn)有更進(jìn)一步的了解，可以用 strace 跟蹤看看它是否讀取了這兩個(gè)配置文件。

$ strace -f -o strace.log ls -l regular_file
$ cat strace.log | egrep "passwd|group|shadow"
2989  open("/etc/passwd", O_RDONLY)     = 3
2989  open("/etc/group", O_RDONLY)      = 3

說(shuō)明： strace 可以用來(lái)跟蹤系統(tǒng)調(diào)用和信號(hào)。如同 gdb 等其他強(qiáng)大的工具一樣，它基于系統(tǒng)的 ptrace 系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際上，把屬主和權(quán)限分開(kāi)介紹不太好，因?yàn)橹挥兴鼈儍烧呓Y(jié)合才使得多用戶系統(tǒng)成為可能，否則無(wú)法隔離不同用戶對(duì)某個(gè)文件的操作，所以下面來(lái)介紹文件操作權(quán)限。

文件權(quán)限

從 ls -l 命令的結(jié)果的第一列的后 9 個(gè)字符中，可以看到類似這樣的信息 rwxr-xr-x，它們對(duì)應(yīng)于文件結(jié)構(gòu)體的 st_mode 部分（st_mode 包含文件類型信息和文件權(quán)限信息兩部分）。這類信息可以分成三部分，即 rwx，r-x，r-x，分別對(duì)應(yīng)該文件所屬用戶、所屬組、其他組對(duì)該文件的操作權(quán)限，如果有 rwx 中任何一個(gè)表示可讀、可寫(xiě)、可執(zhí)行，如果為 - 表示沒(méi)有這個(gè)權(quán)限。對(duì)應(yīng)地，可以用八進(jìn)制來(lái)表示它，比如 rwxr-xr-x 就可表示成二進(jìn)制 111101101，對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制則為 755 。正因?yàn)槿绱?，要修改文件的操作?quán)限，也可以有多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們都可通過(guò) chmod 命令來(lái)修改。

范例：給文件添加讀、寫(xiě)、可執(zhí)行權(quán)限

比如，把 regular_file 的文件權(quán)限修改為所有用戶都可讀、可寫(xiě)、可執(zhí)行，即 rwxrwxrwx，也可表示為 111111111，翻譯成八進(jìn)制，則為 777 。這樣就可以通過(guò)兩種方式修改這個(gè)權(quán)限。

$ chmod a+rwx regular_file

或

$ chmod 777 regular_file

說(shuō)明： a 指所用用戶，如果只想給用戶本身可讀可寫(xiě)可執(zhí)行權(quán)限，那么可以把 a 換成 u ；而 + 就是添加權(quán)限，相反的，如果想去掉某個(gè)權(quán)限，用 -，而 rwx 則對(duì)應(yīng)可讀、可寫(xiě)、可執(zhí)行。更多用法見(jiàn) chmod 命令的幫助。

實(shí)際上除了這些權(quán)限外，還有兩個(gè)涉及到安全方面的權(quán)限，即 setuid/setgid 和只讀控制等。

如果設(shè)置了文件（程序或者命令）的 setuid/setgid 權(quán)限，那么用戶將可用 root 身份去執(zhí)行該文件，因此，這將可能帶來(lái)安全隱患；如果設(shè)置了文件的只讀權(quán)限，那么用戶將僅僅對(duì)該文件將有可讀權(quán)限，這為避免諸如 rm -rf 的“可惡”操作帶來(lái)一定的庇佑。

范例：授權(quán)普通用戶執(zhí)行root所屬命令

默認(rèn)情況下，系統(tǒng)是不允許普通用戶執(zhí)行 passwd 命令的，通過(guò) setuid/setgid，可以授權(quán)普通用戶執(zhí)行它。

$ ls -l /usr/bin/passwd
-rwx--x--x 1 root root 36092 2007-06-19 14:59 /usr/bin/passwd
$ su      #切換到root用戶，給程序或者命令添加“粘著位”
$ chmod +s /usr/bin/passwd
$ ls -l /usr/bin/passwd
-rws--s--x 1 root root 36092 2007-06-19 14:59 /usr/bin/passwd
$ exit
$ passwd #普通用戶通過(guò)執(zhí)行該命令，修改自己的密碼

說(shuō)明：

setuid 和 setgid 位是讓普通用戶可以以 root 用戶的角色運(yùn)行只有 root 帳號(hào)才能運(yùn)行的程序或命令。

雖然這在一定程度上為管理提供了方便，比如上面的操作讓普通用戶可以修改自己的帳號(hào)，而不是要 root 帳號(hào)去為每個(gè)用戶做這些工作。關(guān)于 setuid/setgid 的更多詳細(xì)解釋，請(qǐng)參考最后推薦的資料。

范例：給重要文件加鎖

只讀權(quán)限示例：給重要文件加鎖（添加不可修改位 [immutable]))，以避免各種誤操作帶來(lái)的災(zāi)難性后果（例如 :``rm -rf）

$ chattr +i regular_file
$ lsattr regular_file
----i-------- regular_file
$ rm regular_file    #加immutable位后就無(wú)法對(duì)文件進(jìn)行任何“破壞性”的活動(dòng)啦
rm: remove write-protected regular file `regular_file'? y
rm: cannot remove `regular_file': Operation not permitted
$ chattr -i regular_file #如果想對(duì)它進(jìn)行常規(guī)操作，那么可以把這個(gè)位去掉
$ rm regular_file

說(shuō)明： chattr 可以用于設(shè)置文件的特殊權(quán)限，更多用法請(qǐng)參考 chattr 的幫助。

文件大小

文件大小對(duì)于普通文件而言就是文件內(nèi)容的大小，而目錄作為一個(gè)特殊的文件，它存放的內(nèi)容是以目錄結(jié)構(gòu)體組織的各類文件信息，所以目錄的大小一般都是固定的，它存放的文件個(gè)數(shù)自然也就有上限，即它的大小除以文件名的長(zhǎng)度。設(shè)備文件的“文件大小”則對(duì)應(yīng)設(shè)備的主、次設(shè)備號(hào)，而有名管道文件因?yàn)樘厥獾淖x寫(xiě)性質(zhì)，所以大小常是 0 。硬鏈接（目錄文件不能創(chuàng)建硬鏈接）實(shí)質(zhì)上是原文件的一個(gè)完整的拷貝，因此，它的大小就是原文件的大小。而軟鏈接只是一個(gè) inode，存放了一個(gè)指向原文件的指針，因此它的大小僅僅是原文件名的字節(jié)數(shù)。下面我們通過(guò)演示增加記憶。

范例：查看普通文件和鏈接文件

原文件，鏈接文件文件大小的示例：

$ echo -n "abcde" > regular_file   #往regular_file寫(xiě)入5字節(jié)
$ ls -l regular_file*
-rw-r--r-- 2 root root  5 2007-12-08 15:28 regular_file
-rw-r--r-- 2 root root  5 2007-12-08 15:28 regular_file_hard_file
lrwxrwxrwx 1 root root 12 2007-12-07 20:15 regular_file_soft_link -> regular_file
lrwxrwxrwx 1 root root 22 2007-12-08 15:21 regular_file_soft_link_link -> regular_file_soft_link
$ i="regular_file"
$ j="regular_file_soft_link"
$ echo ${#i} ${#j}   #軟鏈接存放的剛好是它們指向的原文件的文件名的字節(jié)數(shù)
12 22

范例：查看設(shè)備文件

設(shè)備號(hào)對(duì)應(yīng)的文件大?。褐鳌⒋卧O(shè)備號(hào)

$ ls -l hda1_block_dev_file
brw-r--r-- 1 root root 3, 1 2007-12-07 21:44 hda1_block_dev_file
$ ls -l null_char_dev_file
crw-r--r-- 1 root root 1, 3 2007-12-07 21:43 null_char_dev_file

補(bǔ)充：主 (major)、次(minor)設(shè)備號(hào)的作用有不同。當(dāng)一個(gè)設(shè)備文件被打開(kāi)時(shí)，內(nèi)核會(huì)根據(jù)主設(shè)備號(hào)（major number）去查找在內(nèi)核中已經(jīng)以主設(shè)備號(hào)注冊(cè)的驅(qū)動(dòng)（可以 cat /proc/devices 查看已經(jīng)注冊(cè)的驅(qū)動(dòng)號(hào)和主設(shè)備號(hào)的對(duì)應(yīng)情況），而次設(shè)備號(hào)（minor number）則是通過(guò)內(nèi)核傳遞給了驅(qū)動(dòng)本身（參考《The Linux Primer》第十章）。因此，對(duì)于內(nèi)核而言，通過(guò)主設(shè)備號(hào)就可以找到對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)去識(shí)別某個(gè)設(shè)備，而對(duì)于驅(qū)動(dòng)而言，為了能夠更復(fù)雜地訪問(wèn)設(shè)備，比如訪問(wèn)設(shè)備的不同部分（如硬件通過(guò)分區(qū)分成不同部分，而出現(xiàn) hda1，hda2，hda3 等），比如產(chǎn)生不同要求的隨機(jī)數(shù)（如 /dev/random 和 /dev/urandom 等）。

范例：查看目錄

目錄文件的大小，為什么是這樣呢？看看下面的目錄結(jié)構(gòu)體的大小，目錄文件的 Block 中存放了該目錄下所有文件名的入口。

$ ls -ld directory_file/
drwxr-xr-x 2 root root 4096 2007-12-07 23:14 directory_file/

目錄的結(jié)構(gòu)體如下：

struct dirent {
    long d_ino;
    off_t d_off;
    unsigned short d_reclen;
    char d_name[NAME_MAX+1]; /* 文件名稱 */
}

文件訪問(wèn)、更新、修改時(shí)間

文件的時(shí)間屬性可以記錄用戶對(duì)文件的操作信息，在系統(tǒng)管理、判斷文件版本信息等情況下將為管理員提供參考。因此，在閱讀文件時(shí)，建議用 cat 等閱讀工具，不要用編輯工具 vim 去閱讀，因?yàn)榧词箾](méi)有做任何修改操作，一旦執(zhí)行了保存命令，將修改文件的時(shí)間戳信息。

文件名

文件名并沒(méi)有存放在文件結(jié)構(gòu)體內(nèi)，而是存放在它所在的目錄結(jié)構(gòu)體中。所以，在目錄的同一級(jí)別中，文件名必須是唯一的。

文件的基本操作

對(duì)于文件，常見(jiàn)的操作包括創(chuàng)建、刪除、修改、讀、寫(xiě)等。關(guān)于各種操作對(duì)應(yīng)的“背后動(dòng)作”將在下一章《Shell編程范例之文件系統(tǒng)操作》詳細(xì)分析。

范例：創(chuàng)建文件

socket 文件是一類特殊的文件，可以通過(guò) C 語(yǔ)言創(chuàng)建，這里不做介紹（暫時(shí)不知道是否可以用命令直接創(chuàng)建），其他文件將通過(guò)命令創(chuàng)建。

$ touch regular_file      #創(chuàng)建普通文件
$ mkdir directory_file     #創(chuàng)建目錄文件，目錄文件里頭可以包含更多文件
$ ln regular_file regular_file_hard_link  #硬鏈接，是原文件的一個(gè)完整拷比
$ ln -s regular_file regular_file_soft_link  #類似一個(gè)文件指針，指向原文件
$ mkfifo fifo_pipe   #或者通過(guò) "mknod fifo_pipe p" 來(lái)創(chuàng)建，F(xiàn)IFO滿足先進(jìn)先出的特點(diǎn)
$ mknod hda1_block_dev_file b 3 1  #塊設(shè)備
$ mknod null_char_dev_file c 1 3   #字符設(shè)備

創(chuàng)建一個(gè)文件實(shí)際上是在文件系統(tǒng)中添加了一個(gè)節(jié)點(diǎn)（inode)，該節(jié)點(diǎn)信息將保存到文件系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)表中。更形象地說(shuō)，就是在一顆樹(shù)上長(zhǎng)了一顆新的葉子（文件）或者枝條（目錄文件，上面還可以長(zhǎng)葉子的那種），這些可以通過(guò)tree命令或者ls` 命令形象地呈現(xiàn)出來(lái)。文件系統(tǒng)從日常使用的角度，完全可以當(dāng)成一顆倒立的樹(shù)來(lái)看，因?yàn)樗鼈兲窳?，太容易記憶啦?/p>

$ tree 當(dāng)前目錄

或者

$ ls 當(dāng)前目錄

范例：刪除文件

刪除文件最直接的印象是這個(gè)文件再也不存在了，這同樣可以通過(guò) ls 或者 tree 命令呈現(xiàn)出來(lái)，就像樹(shù)木被砍掉一個(gè)分支或者摘掉一片葉子一樣。實(shí)際上，這些文件刪除之后，并不是立即消失了，而是僅僅做了刪除標(biāo)記，因此，如果刪除之后，沒(méi)有相關(guān)的磁盤(pán)寫(xiě)操作把相應(yīng)的磁盤(pán)空間“覆蓋”，那么原理上是可以恢復(fù)的（雖然如此，但是這樣的工作往往很麻煩，所以在刪除一些重要數(shù)據(jù)時(shí)，請(qǐng)務(wù)必三思而后行，比如做好備份工作），相應(yīng)的做法可以參考后續(xù)資料。

具體刪除文件的命令有 rm，如果要?jiǎng)h除空目錄，可以用 rmdir 命令。例如：

$ rm regular_file
$ rmdir directory_file
$ rm -r directory_file_not_empty

rm 有兩個(gè)非常重要的參數(shù)，一個(gè)是 -f，這個(gè)命令是非?！耙靶U的”，它估計(jì)給很多 Linux user 帶來(lái)了痛苦，另外一個(gè)是 -i，這個(gè)命令是非?！皽厝岬摹保烙?jì)讓很多用戶感覺(jué)煩躁不已。用哪個(gè)還是根據(jù)您的“心情”吧，如果做好了充分的備份工作，或者采取了一些有效避免災(zāi)難性后果的動(dòng)作的話，您在做這些工作的時(shí)候就可以放心一些啦。

范例：復(fù)制文件

文件的復(fù)制通常是指文件內(nèi)容的“臨時(shí)”復(fù)制。通過(guò)這一節(jié)開(kāi)頭的介紹，我們應(yīng)該了解到，文件的硬鏈接和軟鏈接在某種意義上說(shuō)也是“文件的復(fù)制”，前者同步復(fù)制文件內(nèi)容，后者在讀寫(xiě)的情況下同步“復(fù)制”文件內(nèi)容。例如：

用 cp 命令常規(guī)地復(fù)制文件（復(fù)制目錄需要 -r 選項(xiàng)）

$ cp regular_file regular_file_copy
$ cp -r diretory_file directory_file_copy

創(chuàng)建硬鏈接（link 和 copy 不同之處是后者是同步更新，前者則不然，復(fù)制之后兩者不再相關(guān)）

$ ln regular_file regular_file_hard_link

創(chuàng)建軟鏈接

$ ln -s regular_file regluar_file_soft_link

范例：修改文件名

修改文件名實(shí)際上僅僅修改了文件名標(biāo)識(shí)符。可以通過(guò) mv 命令來(lái)實(shí)現(xiàn)修改文件名操作（即重命名）。

$ mv regular_file regular_file_new_name

范例：編輯文件

編輯文件實(shí)際上是操作文件的內(nèi)容，對(duì)應(yīng)普通文本文件的編輯，這里主要涉及到文件內(nèi)容的讀、寫(xiě)、追加、刪除等。這些工作通常會(huì)通過(guò)專門(mén)的編輯器來(lái)做，這類編輯器有命令行下的 vim 、 emacs 和圖形界面下的 gedit,kedit 等。如果是一些特定的文件，會(huì)有專門(mén)的編輯和處理工具，比如圖像處理軟件 gimp，文檔編輯軟件 OpenOffice 等。這些工具一般都會(huì)有專門(mén)的教程。

下面主要簡(jiǎn)單介紹 Linux 下通過(guò)重定向來(lái)實(shí)現(xiàn)文件的這些常規(guī)的編輯操作。

創(chuàng)建一個(gè)文件并寫(xiě)入 abcde

$ echo "abcde" > new_regular_file

再往上面的文件中追加一行 abcde

$ echo "abcde" >> new_regular_file

按行讀一個(gè)文件

$ while read LINE; do echo $LINE; done < test.sh

提示：如果要把包含重定向的字符串變量當(dāng)作命令來(lái)執(zhí)行，請(qǐng)使用 eval 命令，否則無(wú)法解釋重定向。例如，

$ redirect="echo \"abcde\" >test_redirect_file"
$ $redirect   #這里會(huì)把>當(dāng)作字符 > 打印出來(lái)，而不會(huì)當(dāng)作 重定向 解釋
"abcde" >test_redirect_file
$ eval $redirect    #這樣才會(huì)把 > 解釋成 重定向
$ cat test_redirect_file
abcde

范例：壓縮／解壓縮文件

壓縮和解壓縮文件在一定意義上來(lái)說(shuō)是為了方便文件內(nèi)容的傳輸，不過(guò)也可能有一些特定的用途，比如內(nèi)核和文件系統(tǒng)的映像文件等（更多相關(guān)的知識(shí)請(qǐng)參考后續(xù)資料）。

這里僅介紹幾種常見(jiàn)的壓縮和解壓縮方法：

tar

$ tar -cf file.tar file   #壓縮
$ tar -xf file.tar    #解壓

gz

$ gzip  -9 file
$ gunzip file

tar.gz

$ tar -zcf file.tar.gz file
$ tar -zxf file.tar.gz

bz2

$ bzip2 file
$ bunzip2 file

tar.bz2

$ tar -jcf file.tar.bz2 file
$ tar -jxf file.tar.bz2

通過(guò)上面的演示，應(yīng)該已經(jīng)非常清楚 tar，bzip2，bunzip2，gzip，gunzip命令的角色了吧？如果還不清楚，多操作和比較一些上面的命令，并查看它們的手冊(cè)：man tar`...

范例：文件搜索（文件定位）

文件搜索是指在某個(gè)目錄層次中找出具有某些屬性的文件在文件系統(tǒng)中的位置，這個(gè)位置如果擴(kuò)展到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，那么可以表示為一個(gè) URL 地址，對(duì)于本地的地址，可以表示為 file://+ 本地路徑。本地路徑在 Linux 系統(tǒng)下是以 / 開(kāi)頭，例如，每個(gè)用戶的家目錄可以表示為： file:///home/ 。下面僅僅介紹本地文件搜索的一些辦法。

find 命令提供了一種“及時(shí)的”搜索辦法，它根據(jù)用戶的請(qǐng)求，在指定的目錄層次中遍歷所有文件直到找到需要的文件為止。而 updatedb+locate 提供了一種“快速的”的搜索策略，updatedb 更新并產(chǎn)生一個(gè)本地文件數(shù)據(jù)庫(kù)，而 locate 通過(guò)文件名檢索這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)以便快速找到相應(yīng)的文件。前者支持通過(guò)各種文件屬性進(jìn)行搜索，并且提供了一個(gè)接口（-exec 選項(xiàng)）用于處理搜索后的文件。因此為“單條命令”腳本的愛(ài)好者提供了極大的方便，不過(guò)對(duì)于根據(jù)文件名的搜索而言，updatedb+locate 的方式在搜索效率上會(huì)有明顯提高。下面簡(jiǎn)單介紹這兩種方法：

find 命令基本使用演示

$ find ./ -name "*.c" -o -name "*.h"  #找出所有的C語(yǔ)言文件，-o是或者
$ find ./ \( -name "*.c" -o -name "*.h" \) -exec mv '{}' ./c_files/ \;
# 把找到的文件移到c_files下，這種用法非常有趣

上面的用法可以用 xargs 命令替代

$ find ./ -name "*.c" -o -name "*.h" | xargs -i mv '{}' ./c_files/
# 如果要對(duì)文件做更復(fù)雜的操作，可以考慮把mv改寫(xiě)為你自己的處理命令，例如，我需要修

改所有的文件名后綴為大寫(xiě)。

$ find ./ -name "*.c" -o -name "*.h" | xargs -i ./toupper.sh '{}' ./c_files/

toupper.sh 就是我們需要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換小寫(xiě)為大寫(xiě)的一個(gè)處理文件，具體實(shí)現(xiàn)如下：

$ cat toupper.sh
#!/bin/bash

# the {} will be expended to the current line and becomen the first argument of this script
FROM=$1
BASENAME=${FROM##*/}

BASE=${BASENAME%.*}
SUFFIX=${BASENAME##*.}

TOSUFFIX="$(echo $SUFFIX | tr '[a-z]' '[A-Z]')"
TO=$2/$BASE.$TOSUFFIX
COM="mv $FROM $TO"
echo $COM
eval $COM

updatedb+locate 基本使用演示

$ updatedb #更新庫(kù)
$ locate find*.gz #查找包含find字符串的所有g(shù)z壓縮包

實(shí)際上，除了上面兩種命令外，Linux 下還有命令查找工具：which 和 whereis，前者用于返回某個(gè)命令的全路徑，而后者用于返回某個(gè)命令、源文件、man 文件的路徑。例如，查找find` 命令的絕對(duì)路徑：

$ which find
/usr/bin/find
$ whereis find
find: /usr/bin/find /usr/X11R6/bin/find /usr/bin/X11/find /usr/X11/bin/find /usr/man/man1/find.1.gz /usr/share/man/man1/find.1.gz /usr/X11/man/man1/find.1.gz

需要提到的是，如果想根據(jù)文件的內(nèi)容搜索文件，那么 find 和 updatedb+locate 以及 which，whereis 都無(wú)能為力啦，可選的方法是 grep，sed 等命令，前者在加上 -r 參數(shù)以后可以在指定目錄下文件中搜索指定的文件內(nèi)容，后者再使用 -i 參數(shù)后，可以對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行替換。它們的基本用法在前面的章節(jié)中已經(jīng)詳細(xì)介紹了，這里就不再贅述。

值得強(qiáng)調(diào)的是，這些命令對(duì)文件的操作非常有意義。它們?cè)谀硞€(gè)程度上把文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)給抽象了，使得對(duì)整個(gè)文件系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)化為對(duì)單個(gè)文件的操作，而單個(gè)文件如果僅僅考慮文本部分，那么最終卻轉(zhuǎn)化成了之前的字符串操作，即上一節(jié)討論過(guò)的內(nèi)容。為了更清楚地了解文件的組織結(jié)構(gòu)，文件之間的關(guān)系，在下一節(jié)將深入探討文件系統(tǒng)。

參考資料

• 從文件 I/O 看 Linux 的虛擬文件系統(tǒng)
• Linux 文件系統(tǒng)剖析
• 《Linux 核心》第九章 文件系統(tǒng)
• Linux Device Drivers, 3rd Edition
• 技巧：Linux I/O 重定向的一些小技巧

• Intel 平臺(tái)下 Linux 中 ELF 文件動(dòng)態(tài)鏈接的加載、解析及實(shí)例分析:

• part1,

• part2

• Shell 腳本調(diào)試技術(shù)
• ELF 文件格式及程序加載執(zhí)行過(guò)程總匯
• Linux下 C 語(yǔ)言編程——文件的操作
• "Linux下 C 語(yǔ)言編程" 的 文件操作部分
• Filesystem Hierarchy Standard
• 學(xué)會(huì)恢復(fù) Linux系統(tǒng)里被刪除的 Ext3 文件
• 使用mc恢復(fù)被刪除文件
• linux ext3 誤刪除及恢復(fù)原理
• Linux壓縮／解壓縮方式大全
• Everything is a byte

后記

• 考慮到文件和文件系統(tǒng)的重要性，將把它分成三個(gè)小節(jié)來(lái)介紹：文件、文件系統(tǒng)、程序與進(jìn)程。在“文件”這一部分，主要介紹文件的基本屬性和常規(guī)操作，在“文件系統(tǒng)”那部分，將深入探討 Linux 文件系統(tǒng)的各個(gè)部分（包括 Linux 文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、具體某個(gè)文件系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)分析、底層驅(qū)動(dòng)的工作原理），在“程序與進(jìn)程”一節(jié)將專門(mén)討論可執(zhí)行文件的相關(guān)內(nèi)容（包括不同的程序類型、加載執(zhí)行過(guò)程、不同進(jìn)程之間的交互[命令管道和無(wú)名管道、信號(hào)通信]、對(duì)進(jìn)程的控制等）
• 有必要討論清楚 目錄大小 的含義，另外，最好把一些常規(guī)的文件操作全部考慮到，包括文件的讀、寫(xiě)、執(zhí)行、刪除、修改、復(fù)制、壓縮／解壓縮等
• 下午剛從上?；貋?lái)，比賽結(jié)果很“糟糕”，不過(guò)到現(xiàn)在已經(jīng)不重要了，關(guān)鍵是通過(guò)決賽發(fā)現(xiàn)了很多不足，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵角色，并且發(fā)現(xiàn)了上海是個(gè)美麗的城市，上交也是個(gè)美麗的大學(xué)?；貋?lái)就開(kāi)始整理這個(gè)因?yàn)楸荣惵湎铝藘芍艿?Blog
• 12月15日，添加文件搜索部分內(nèi)容