嵌入式Linux：Linux系統(tǒng)中文件類型

在Windows系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)通常通過(guò)文件名后綴來(lái)識(shí)別文件類型。例如，C語(yǔ)言頭文件使用“.h”后綴，C語(yǔ)言源文件使用“.c”后綴，文本文件使用“.txt”后綴，壓縮包文件使用“.zip”后綴。打開文件時(shí)，Windows會(huì)根據(jù)文件名后綴確定文件類型，然后調(diào)用相應(yīng)的程序打開它。例如，打開“.c”文件時(shí)會(huì)使用C代碼編輯器，打開“.zip”文件時(shí)會(huì)使用解壓軟件。

然而，在Linux系統(tǒng)中，文件類型并不是通過(guò)文件后綴名來(lái)識(shí)別的。這并不意味著文件名后綴可以隨意添加。文件名和后綴主要是為了方便“人”查看和識(shí)別。盡管Linux系統(tǒng)不依賴后綴來(lái)識(shí)別文件，但規(guī)范地使用后綴仍然很重要。例如，C源文件應(yīng)以“.c”結(jié)尾，C頭文件應(yīng)以“.h”結(jié)尾，Shell腳本文件應(yīng)以“.sh”結(jié)尾。這是為了方便我們自己查看和管理文件。

在Linux系統(tǒng)中，共有七種文件類型：

• 普通文件；

• 目錄文件；

• 字符設(shè)備文件；

• 塊設(shè)備文件；

• 符號(hào)鏈接文件；

• 套接字文件；

• 管道文件。

1

普通文件

普通文件（regular file）是Linux系統(tǒng)中最常見的文件類型，如文本文件、二進(jìn)制文件以及我們編寫的源代碼文件等。普通文件中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)磁盤中，可以訪問(wèn)和讀取這些文件中的內(nèi)容，文件內(nèi)容以字節(jié)為單位進(jìn)行存儲(chǔ)和訪問(wèn)。

普通文件可以分為兩大類：文本文件和二進(jìn)制文件。

文本文件：文本文件的內(nèi)容由ASCII碼字符構(gòu)成。雖然文件本質(zhì)上都是數(shù)字（因?yàn)橛?jì)算機(jī)只識(shí)別0和1，磁盤上的文件內(nèi)容也是由0和1構(gòu)成），但文本文件中的數(shù)字應(yīng)該被理解為對(duì)應(yīng)的ASCII字符碼。例如，常見的.c、.h、.sh、.txt文件都是文本文件。文本文件的優(yōu)點(diǎn)是方便人類閱讀、瀏覽和編寫。

示例：

cat example.txt

二進(jìn)制文件：二進(jìn)制文件中存儲(chǔ)的也是數(shù)字，但這些數(shù)字不是文本字符編碼，而是真正的數(shù)值。例如，Linux系統(tǒng)下的可執(zhí)行文件、C代碼編譯后的.o文件、.bin文件等都是二進(jìn)制文件。

示例：

hexdump -C example.bin

2

目錄文件

目錄文件（directory file）是用于組織和管理其他文件和子目錄的特殊文件。目錄文件包含指向其他文件和目錄的列表，使得文件系統(tǒng)具有層次結(jié)構(gòu)。目錄文件的主要作用是提供一種方式來(lái)組織文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，使得文件和目錄可以以一種樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。

3

字符設(shè)備文件

字符設(shè)備文件（Character Device File）是一種特殊的文件類型，用于與字符設(shè)備進(jìn)行直接的字符流通信。字符設(shè)備通常是那些可以一次一個(gè)字符地讀寫的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、串口（serial port）和終端（terminal）。

4

塊設(shè)備文件

塊設(shè)備文件（block device file）是一種特殊的文件類型，用于與塊設(shè)備進(jìn)行交互。塊設(shè)備是一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，允許以固定大小的塊（通常為512字節(jié)或更大的倍數(shù)）進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作。常見的塊設(shè)備包括硬盤、光盤、USB存儲(chǔ)設(shè)備等。

下圖中agpgart、autofs、btrfs-control、console 等這些都是字符設(shè)備文件，而 loop0、loop1這些便是塊設(shè)備文件。

5

符號(hào)鏈接文件

符號(hào)鏈接文件（symbolic link file，也稱為軟鏈接）是一種特殊的文件類型，用于指向另一個(gè)文件或目錄。符號(hào)鏈接類似于Windows系統(tǒng)中的快捷方式。符號(hào)鏈接文件包含指向目標(biāo)文件或目錄的路徑，而不是文件內(nèi)容本身。它們?cè)试S用戶方便地訪問(wèn)和管理文件和目錄。

在上圖中，cdrom、cdrw、fd、initctl等這些文件都是符號(hào)鏈接文件，箭頭所指向的文件路徑便是符號(hào)鏈接文件所指向的文件。

6

套接字文件

套接字文件是Linux系統(tǒng)中用于進(jìn)程間通信的特殊文件類型，常用于本地進(jìn)程間通信。它們?cè)试S同一臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程通過(guò)文件系統(tǒng)中的套接字文件進(jìn)行通信。通過(guò)使用編程接口，可以方便地創(chuàng)建和管理套接字文件，實(shí)現(xiàn)高效的進(jìn)程間通信。

7

管道文件

管道文件（pipe）是一種特殊的文件類型，用于在進(jìn)程間進(jìn)行通信。管道文件提供了一種單向數(shù)據(jù)流的機(jī)制，其中一個(gè)進(jìn)程向管道寫入數(shù)據(jù)，而另一個(gè)進(jìn)程從管道讀取數(shù)據(jù)。管道文件在命令行中廣泛用于將一個(gè)命令的輸出傳遞給另一個(gè)命令作為輸入。

8

stat命令和ls命令

stat 命令和 ls 命令是Linux系統(tǒng)中常用的兩個(gè)命令，用于查看文件和目錄的詳細(xì)信息。

8.1、stat命令

stat 命令用于顯示文件或文件系統(tǒng)的詳細(xì)狀態(tài)信息。它提供的信息包括文件的大小、權(quán)限、所有者、修改時(shí)間、訪問(wèn)時(shí)間等。

查看單個(gè)文件的信息：

stat example.txt

輸出示例：

File: example.txtSize: 1234            Blocks: 8          IO Block: 4096   regular fileDevice: 803h/2051d    Inode: 1234567     Links: 1Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: ( 1000/  user)   Gid: ( 1000/  user)Access: 2024-06-06 12:00:00.000000000 +0000Modify: 2024-06-06 12:00:00.000000000 +0000Change: 2024-06-06 12:00:00.000000000 +0000Birth: -

查看目錄的信息：

stat /home/user

輸出示例：

File: /home/userSize: 4096            Blocks: 8          IO Block: 4096   directoryDevice: 803h/2051d    Inode: 567890      Links: 2Access: (0755/drwxr-xr-x)  Uid: ( 1000/  user)   Gid: ( 1000/  user)Access: 2024-06-06 12:00:00.000000000 +0000Modify: 2024-06-06 12:00:00.000000000 +0000Change: 2024-06-06 12:00:00.000000000 +0000Birth: -

8.2、ls命令

ls 命令用于列出目錄內(nèi)容。它有很多選項(xiàng)，可以顯示文件的各種信息，如權(quán)限、所有者、大小和修改時(shí)間等。

顯示詳細(xì)信息：

ls -l

輸出示例：

total 12-rw-r--r-- 1 user user 1234 Jun  6 12:00 example.txtdrwxr-xr-x 2 user user 4096 Jun  6 12:00 documentsdrwxr-xr-x 3 user user 4096 Jun  6 12:00 projects

示例參數(shù)說(shuō)明：

• ' - '：代表普通文件，即包含文本內(nèi)容或二進(jìn)制數(shù)據(jù)的文件。

• ' d '：代表目錄文件，用于存儲(chǔ)其他文件或目錄的容器。

• ' c '：代表字符設(shè)備文件，用于與字符設(shè)備進(jìn)行通信，如終端設(shè)備或串行端口。

• ' b '：代表塊設(shè)備文件，用于與塊設(shè)備進(jìn)行通信，如硬盤驅(qū)動(dòng)器或磁盤分區(qū)。

• ' l '：代表符號(hào)鏈接文件，用于指向其他文件或目錄的路徑。

• ' s '：代表套接字文件，用于進(jìn)程間通信，通常用于網(wǎng)絡(luò)通信或本地通信。

• ' p '：代表管道文件，用于進(jìn)程間通信，允許單向數(shù)據(jù)流的傳輸。

通過(guò)使用這些命令，可以方便地查看文件和目錄的詳細(xì)信息，以便更好地管理和操作系統(tǒng)中的文件。

9

stat、fstat、lstat函數(shù)

stat、fstat、lstat 是Linux中用于獲取文件屬性的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。它們的主要作用是讀取文件的元數(shù)據(jù)，如文件大小、權(quán)限、所有者等。以下是這三個(gè)函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明、作用和使用方法。

• stat：獲取指定路徑文件的屬性信息，解析符號(hào)鏈接指向的文件。

• fstat：獲取通過(guò)文件描述符指定的文件的屬性信息。

• lstat：獲取指定路徑文件的屬性信息，如果是符號(hào)鏈接，返回鏈接本身的屬性。

這些函數(shù)在文件管理和系統(tǒng)編程中非常重要，能夠幫助開發(fā)者獲取文件的詳細(xì)信息并進(jìn)行相應(yīng)處理。理解它們的用法和區(qū)別對(duì)于編寫高效、健壯的程序至關(guān)重要。

在Linux中，stat、fstat、和lstat函數(shù)都使用同一個(gè)結(jié)構(gòu)體struct stat來(lái)存儲(chǔ)文件的元數(shù)據(jù)。這個(gè)結(jié)構(gòu)體包含了文件的多種屬性信息，如文件大小、文件類型、權(quán)限、所有者、時(shí)間戳等。

struct stat結(jié)構(gòu)體定義在頭文件中。它的典型定義如下：

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <unistd.h>
struct stat {    dev_t     st_dev;         /* 文件的設(shè)備ID */    ino_t     st_ino;         /* 文件的索引節(jié)點(diǎn)號(hào) */    mode_t    st_mode;        /* 文件的類型和權(quán)限 */    nlink_t   st_nlink;       /* 硬鏈接數(shù) */    uid_t     st_uid;         /* 所有者用戶ID */    gid_t     st_gid;         /* 所有者組ID */    dev_t     st_rdev;        /* 特殊設(shè)備ID（如果此文件是設(shè)備文件） */    off_t     st_size;        /* 文件大小，以字節(jié)為單位 */    blksize_t st_blksize;     /* 文件系統(tǒng)I/O的塊大小 */    blkcnt_t  st_blocks;      /* 分配給此文件的512字節(jié)塊的數(shù)量 */    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;       /* 最后一次狀態(tài)改變時(shí)間（元數(shù)據(jù)） */};

各字段的含義如下：

• st_dev：表示文件所在設(shè)備的設(shè)備號(hào)。文件系統(tǒng)中，每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)唯一的設(shè)備號(hào)。

• st_ino：表示文件的索引節(jié)點(diǎn)號(hào)（inode number），它是文件在文件系統(tǒng)中的唯一標(biāo)識(shí)。

• st_mode：表示文件的類型和權(quán)限。使用位掩碼可以提取出文件類型和權(quán)限信息。

• st_nlink：表示文件的硬鏈接數(shù)量。一個(gè)文件可以有多個(gè)硬鏈接，它們共享同一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)。

• st_uid：表示文件所有者的用戶ID。

• st_gid：表示文件所有者的組ID。

• st_rdev：如果文件是字符設(shè)備或塊設(shè)備文件，則此字段表示設(shè)備號(hào)。

• st_size：表示文件的大小，以字節(jié)為單位。

• st_blksize：表示文件系統(tǒng)I/O的塊大小。

• st_blocks：表示分配給文件的512字節(jié)塊的數(shù)量。

• st_atime：表示文件最后一次訪問(wèn)的時(shí)間。

• st_mtime：表示文件最后一次修改的時(shí)間。

• st_ctime：表示文件最后一次狀態(tài)改變的時(shí)間（例如，權(quán)限修改）。

9.1、stat函數(shù)

int stat(const char *path, struct stat *buf);

參數(shù)：

• path：文件路徑。

• buf：指向stat結(jié)構(gòu)體的指針，用于存儲(chǔ)文件屬性信息。

返回值：

• 成功時(shí)返回0。

• 失敗時(shí)返回-1，并設(shè)置errno來(lái)指示錯(cuò)誤。

作用： 獲取指定路徑文件的屬性信息。

示例如下：

#include <stdio.h>#include <sys/stat.h>#include <time.h>
int main() {    struct stat fileStat;
    if (stat("example.txt", &fileStat) < 0) {        perror("stat");        return 1;    }
    printf("File Size: %ld bytesn", fileStat.st_size);    printf("Number of Links: %lun", fileStat.st_nlink);    printf("File inode: %lun", fileStat.st_ino);    printf("File Permissions: ");    printf((S_ISDIR(fileStat.st_mode)) ? "d" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IRUSR) ? "r" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IWUSR) ? "w" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IXUSR) ? "x" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IRGRP) ? "r" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IWGRP) ? "w" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IXGRP) ? "x" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IROTH) ? "r" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IWOTH) ? "w" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IXOTH) ? "x" : "-");    printf("n");
    return 0;}

9.2、fstat函數(shù)

int fstat(int fd, struct stat *buf);

參數(shù)：

• fd：文件描述符。

• buf：指向stat結(jié)構(gòu)體的指針，用于存儲(chǔ)文件屬性信息。

返回值：

• 成功時(shí)返回0。

• 失敗時(shí)返回-1，并設(shè)置errno來(lái)指示錯(cuò)誤。

作用： 獲取通過(guò)文件描述符指定的文件的屬性信息。

示例如下：

#include <stdio.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>
int main() {    struct stat fileStat;    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0) {        perror("open");        return 1;    }
    if (fstat(fd, &fileStat) < 0) {        perror("fstat");        close(fd);        return 1;    }
    printf("File Size: %ld bytesn", fileStat.st_size);    printf("Number of Links: %lun", fileStat.st_nlink);    printf("File inode: %lun", fileStat.st_ino);
    close(fd);    return 0;}

9.3、lstat函數(shù)

int lstat(const char *path, struct stat *buf);

參數(shù)：

• path：文件路徑。

• buf：指向stat結(jié)構(gòu)體的指針，用于存儲(chǔ)文件屬性信息。

返回值：

• 成功時(shí)返回0。

• 失敗時(shí)返回-1，并設(shè)置errno來(lái)指示錯(cuò)誤。

作用： 獲取指定路徑文件的屬性信息，但如果路徑是符號(hào)鏈接，返回鏈接本身的屬性，而不是鏈接指向的文件。

示例如下：

#include <stdio.h>#include <sys/stat.h>
int main() {    struct stat fileStat;
    if (lstat("symlink", &fileStat) < 0) {        perror("lstat");        return 1;    }
    printf("File Size: %ld bytesn", fileStat.st_size);    printf("Number of Links: %lun", fileStat.st_nlink);    printf("File inode: %lun", fileStat.st_ino);    printf("File Permissions: ");    printf((S_ISLNK(fileStat.st_mode)) ? "l" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IRUSR) ? "r" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IWUSR) ? "w" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IXUSR) ? "x" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IRGRP) ? "r" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IWGRP) ? "w" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IXGRP) ? "x" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IROTH) ? "r" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IWOTH) ? "w" : "-");    printf((fileStat.st_mode & S_IXOTH) ? "x" : "-");    printf("n");
    return 0;}