系統資料檔案和資訊

6.1 引言

UNIX系統的正常運作需要使用大量的與系統有關的資料檔案，例如口令檔案/etc/passwd和組檔案/etc/group就是經常被多個程式頻繁使用的兩個檔案。每次使用者登入系統，以及每次執行ls -l命令都需要使用口令檔案。
由於歷史原因，這些資料檔案都是ASCII檔案檔案，並使用標準IO庫讀取這些檔案。但是對於較大的系統，順序掃描口令檔案很花費時間，我們需要能夠以非ASCII檔案格式存放這些檔案，但仍向使用其他檔案格式的應用程式提供介面。對於這些資料檔案（系統資料檔案）的可移植介面是本章的主題。本章還包括了系統標識函式、時間和日期函式。

6.2 口令檔案

UNIX系統口令檔案包含了以下各欄位，這些欄位包含在pwd.h中的passwd結構中。

由於歷史原因，口令檔案/etc/passwd是一個ASCII檔案。每行包含以上表格欄位，欄位之間用冒號分隔。

通過UID和username檢視口令檔案相關項：

#include <pwd.h>
struct passwd *getpwuid(uid_t uid);//通過使用者ID獲取口令檔案結構
struct passwd *getpwnam(char *name);//通過使用者名稱獲得口令檔案結構

檢視整個口令檔案：

#include <pwd.h>
 

struct passwd *getpwent(void);//獲得一條口令檔案記錄。
void setpwent(void);//反繞口令檔案，用於回到第一條。
void endpwend(void);//關閉口令檔案。

example：實現getpwname函式:

#include <pwd.h>
struct passwd *
getpwnam(const char *name)
{
    struct passwd *ptr;

    setpwent();//反繞口令檔案，類似於磁帶機的操作。
    while((ptr=getpwent())！=NULL)
    {
        if(strcmp(name,ptr->pw_name)==0)//比較是否是想要的使用者名稱
        {
            break;
        }
    }
    endpwent();//關閉口令檔案
    return(ptr);
}

6.3 陰影口令

加密口令是經單向加密演算法處理過的使用者口令副本。因為此演算法是單向的，所以不能從加密口令猜測到原來的口令。但是可以對口令進行猜測，然後與使用者的加密口令比較來猜測到使用者口令。
為了使有這樣企圖的人難以獲得原始資料（加密口令），系統通常將加密口令儲存在一個稱為陰影口令（shadow password）的檔案中（/etc/shadow）。這個檔案一般使用者不能讀取，只有少數幾個程式需要訪問加密口令，如login和passwd，這些程式常常設定使用者ID為root。有了陰影口令後普通口令檔案/etc/passwd就可以由使用者自由讀取了。
/etc/shadow中的欄位：

類似於口令檔案，有一組訪問/etc/shadow的函式：

#include <shadow.h>
struct spwd *getspnam(const char *name);//通過使用者名稱取得shadow結構

struct spwd *getspent(void);//獲取單條記錄
void setspent(void);//反繞，回到首條記錄
void endspent(void);//關閉shadow檔案

6.4 組檔案

UNIX組檔案包含了以下欄位，這些欄位的定義在grp.h檔案中：

欄位gr_mem是一個數組指標，其中每個指標指向一個屬於該組的使用者名稱，該陣列以NULL指標結尾。
下面兩個檔案通過組名和陣列組ID來獲得組結構資訊，它們都是返回一個靜態變數的指標,每次呼叫時都會重新該靜態變數：

#include <grp.h>
struct group *getgrgid(gid_t gid);
struct group *getgrnam(const char *name);

如果要歷遍整個組檔案，可以使用類似歷遍口令檔案的方法：

#include <grp.h>
struct group *getgrent(void);       //從組檔案中讀取下一個記錄
void setgrent(void);                //開啟並反繞，回到第一條記錄
void endgrent(void);                //關閉組檔案

6.5 附屬組ID

很多時候，一個程序不僅可以屬於口令檔案記錄項中組ID所對應的組，也可以屬於多至16個（具體數量定義在常量NGROUP_MAX中）另外的組。因此訪問許可權的檢查規則改變為：不僅將程序的有效組ID與檔案的組ID相比較，而且也將所有附屬組ID與檔案組ID相比較。
使用附屬組ID的優點是程序不需要顯式地程序更改組，一個使用者會參與多個專案，因此也就要同時屬於多個組。獲得附屬組ID，使用下列3個函式：

#include <unistd.h>
int getgroups(int gidsetsize ,gid_t grouplist[]);

#include <grp.h>
int setgroups(int ngroups,const gid_t grouplist[]);
int initgroups(const char *username ,gid_t basegid);

getgroups將程序所屬使用者的各個附屬組ID填寫到陣列grouplist中，最多填入個數為gissetsize，實際數量有返回值確定。如果gidsetsize為0，則返回實際附屬組ID數量，不修改grouplist。
setgroups使用者設定組ID，grouplist是組ID陣列，ngroups是數量，但不能超過NGROUP_MAX規定的上限。
（以下很重要，比較難理解）
initgroups：讀取整個組檔案（/etc/group）根據username確定屬於哪幾個組，再將這些組ID和basegid一起存到程序附屬組ID表中，完成初始化附屬組ID表的工作。

6.6 實現區別

這裡比較了4中不同UNIX系統平臺下的系統檔案儲存情況，包括FreeBSD 8.0 、Linux 3.2.0 、Mac OS X 10.6.8 和Solaris 10。我們只關心Linux部分。

6.7 其他資料檔案

處理口令檔案和組檔案這兩個系統資料檔案，在日常操作中UNIX系統還有很多其他檔案。
一般情況下，每個資料檔案至少有3個函式：
（1）get函式：讀取下一個記錄，如果需要還會開啟該檔案。這種函式一般返回一個結構指標。當達到檔案尾時返回空指標。大多數get函式返回一個靜態儲存類結構的指標，如果要儲存該其內容，則需要複製它。
（2）set函式：開啟相應的資料檔案（如果尚未開啟），然後反繞該檔案。
（3）end函式：關閉相應資料檔案。
另外，如果資料檔案支援某種形式的搜尋，則也提供搜尋指定欄位的記錄的方法。
以下列出常用的系統引數資料檔案，處理3個處理函式外，另外列出了附加的搜尋函式。

6.8 登入賬戶記錄

大多數UNIX系統都提供下列兩個資料檔案：utmp檔案（/var/run/utmp）記錄當前登入到系統的各個使用者；wtmp檔案（/var/log/wtmp）跟蹤各個登入和登出事件。
每次寫入這兩個檔案中的是包含下列結構的一個二進位制記錄：

struct utmp {
    char ut_line[8]; //tty line 
    char ut_name[8]; //login name
    long ut_time;    //seconds since epoch
};

登入時，login填充此型別結構，然後將其寫入到utmp檔案中，同時也添寫到wtmp檔案中。
登出時，init程序將utmp檔案中的相應記錄擦除，並將一個新記錄寫到wtmp中。在wtmp檔案的登出記錄中，ut_name欄位清除為0。在系統啟動、更改時間等操作前後，都會在wtmp檔案中追加特殊記錄項。
**who程式讀取utmp檔案，並以可讀格式列印其內容。
last程式讀取wtmp檔案並列印記錄。**

6.9 系統標識

POSIX.1定義了uname函式，它返回主機和作業系統有關想資訊。

#include <sys/utsname.h>
int uname(struct utsname *name);

POSIX.1定義了utsname結構體的最小結構，具體的實現會比這更多：

struct utsname{
    char sysname[];    //name of the operating system
    char nodename[];   //name of this node，網路上的主機
    char release[];    //current release  of the operating system
    char version[];    //current version of this release
    char machine[];    //name of hardware type
    };

其中每個成員都是字串，其最大長度受系統限制。

hostname函式只返回主機名，該名字通常就是TCP/IP網路上主機的名字（通常是該主機在網路上的完整域名）。

#include <unistd.h>
int gethostname(char *name,int namelen);

shell中hostname命令可以用來獲取或設定主機名。（超級使用者用一個類似sethostname來設定主機名）主機名通常在系統自舉時設定，它由/etc/rc或init取自一個啟動檔案。

6.10 時間和日期例程

UNIX核心提供的基本事件服務是計算從協調世界時間（coordinated universal time，UTC）1970年1月1日00:00:00這一特點時間以來經過的秒數。
這種秒數是以time_t型別定義的，稱為日曆時間。
time函式返回當前時間和日期:

#include <time.h>
time_t time(time_t *calptr);    //返回時間值，若引數非空也填充引數

現在作業系統支援多個系統時鐘，時鐘型別通過clockid_t型別來標識：

clock_gettime函式用於獲取指定的時鐘時間，返回到timespec結構中。

#include <sys/time.h>
int clock_gettime(clockid_t clock_id,struct timespec *tsp); 

UNIX還有多個時間函式，就不一一看了，可以查閱UNIX環境高階程式設計第6章10節。

6.11 小結

• 所有的UNIX系統都是用口令檔案合組檔案，我們說明了這些檔案的各種函式。我們也介紹了陰影口令，它可以增加系統的安全性。
• 附屬組提供了一個使用者同時參加多個組的方法。
• 系統相關資料檔案訪問函式提供了訪問系統屬性的方法。
• 時間函式提供了訪問時鐘時間的方法。