文件的属性与操作

文件作为数据存储的基本单位，具有丰富的属性和操作。理解文件的属性和操作对于深入理解文件系统的工作原理至关重要。

文件属性

文件属性是描述文件特征和状态的元数据信息，这些信息存储在文件系统的目录项或 inode 中。

基本属性

1. 文件名（File Name）

作用：用户识别和访问文件的标识符
特点：通常由用户指定，支持多种字符
限制：不同文件系统对文件名长度和字符有不同限制
示例：document.txt、image.jpg、program.exe

2. 文件类型（File Type）

普通文件：存储用户数据或程序代码
目录文件：包含其他文件的引用
设备文件：代表硬件设备
符号链接：指向其他文件的快捷方式
管道文件：用于进程间通信

3. 文件大小（File Size）

定义：文件包含的数据字节数
单位：字节（B）、千字节（KB）、兆字节（MB）等
动态性：文件大小会随着写入和删除操作而变化

4. 位置信息（Location）

物理位置：文件在存储设备上的物理地址
逻辑位置：文件在目录结构中的路径
存储方式：连续存储或分散存储

时间属性

1. 创建时间（Creation Time）

定义：文件首次创建的时间戳
用途：文件管理和审计
特点：通常不可修改

2. 修改时间（Modification Time）

定义：文件内容最后一次被修改的时间
触发条件：文件内容发生变化时更新
用途：判断文件是否需要备份或重新编译

3. 访问时间（Access Time）

定义：文件最后一次被访问的时间
触发条件：文件被读取、写入或执行时更新
用途：文件使用情况统计

4. 属性修改时间（Attribute Change Time）

定义：文件属性（如权限、所有者）最后一次被修改的时间
触发条件：文件元数据发生变化时更新

权限属性

1. 所有者（Owner）

定义：文件的创建者或当前所有者
权限：拥有对文件的完全控制权
修改：只有超级用户或当前所有者可以修改

2. 组（Group）

定义：文件所属的用户组
作用：为组内用户提供共享权限
修改：所有者或超级用户可以修改

3. 访问权限（Permissions）

读权限（r）：允许读取文件内容
写权限（w）：允许修改文件内容
执行权限（x）：允许执行文件（程序文件）

4. 特殊权限

SUID：执行时以文件所有者身份运行
SGID：执行时以文件组身份运行
Sticky Bit：只有文件所有者可以删除文件

其他属性

1. 文件标识符

inode 号：文件在文件系统中的唯一标识
设备号：文件所在存储设备的标识
链接数：指向该文件的硬链接数量

2. 存储属性

块大小：文件系统分配存储空间的基本单位
占用块数：文件实际占用的存储块数量
碎片情况：文件是否连续存储

文件操作

文件操作是文件系统提供给用户的基本功能，通过这些操作可以实现对文件的完整管理。

基本文件操作

1. 文件创建（Create）

// C语言示例
FILE *fp = fopen("newfile.txt", "w");
if (fp != NULL) {
    printf("文件创建成功\n");
    fclose(fp);
}

功能：

在指定位置创建新文件
分配存储空间
初始化文件属性
更新目录结构

2. 文件删除（Delete）

// C语言示例
if (remove("file.txt") == 0) {
    printf("文件删除成功\n");
} else {
    printf("文件删除失败\n");
}

功能：

释放文件占用的存储空间
从目录中移除文件项
更新文件系统统计信息

3. 文件打开（Open）

// C语言示例
FILE *fp = fopen("file.txt", "r");
if (fp != NULL) {
    // 文件打开成功，可以进行读写操作
    fclose(fp);
}

功能：

验证文件存在性和访问权限
创建文件描述符
初始化文件指针
加载文件元数据

4. 文件关闭（Close）

// C语言示例
fclose(fp);  // 关闭文件

功能：

刷新缓冲区数据
释放文件描述符
更新文件属性（如访问时间）
释放系统资源

数据读写操作

1. 文件读取（Read）

// C语言示例
char buffer[1024];
size_t bytes_read = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), fp);
if (bytes_read > 0) {
    printf("读取了 %zu 字节\n", bytes_read);
}

功能：

从文件当前位置读取指定数量的数据
更新文件指针位置
更新文件访问时间
处理读取错误

2. 文件写入（Write）

// C语言示例
char data[] = "Hello, World!";
size_t bytes_written = fwrite(data, 1, strlen(data), fp);
if (bytes_written > 0) {
    printf("写入了 %zu 字节\n", bytes_written);
}

功能：

向文件当前位置写入数据
分配必要的存储空间
更新文件大小和修改时间
处理写入错误

3. 文件定位（Seek）

// C语言示例
fseek(fp, 100, SEEK_SET);  // 定位到第100字节
fseek(fp, -50, SEEK_CUR);  // 从当前位置向前50字节
fseek(fp, 0, SEEK_END);    // 定位到文件末尾

功能：

改变文件指针位置
支持相对和绝对定位
为后续读写操作做准备

高级文件操作

1. 文件重命名（Rename）

// C语言示例
if (rename("oldname.txt", "newname.txt") == 0) {
    printf("文件重命名成功\n");
}

功能：

修改文件名
保持文件内容和属性不变
更新目录结构

2. 文件复制（Copy）

// C语言示例
FILE *source = fopen("source.txt", "r");
FILE *dest = fopen("dest.txt", "w");
char buffer[1024];
size_t bytes;

while ((bytes = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), source)) > 0) {
    fwrite(buffer, 1, bytes, dest);
}

fclose(source);
fclose(dest);

功能：

创建文件的完整副本
保持原文件不变
为新文件分配存储空间

3. 文件移动（Move）

// C语言示例
// 在同一文件系统内移动
if (rename("file.txt", "newdir/file.txt") == 0) {
    printf("文件移动成功\n");
}

功能：

改变文件在目录结构中的位置
在同一文件系统内通常只需更新目录项
跨文件系统移动需要复制后删除原文件

文件属性操作

1. 权限修改

// C语言示例
#include <sys/stat.h>
chmod("file.txt", S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);

功能：

修改文件的访问权限
只有文件所有者或超级用户可以执行
立即生效

2. 所有者修改

// C语言示例
#include <unistd.h>
chown("file.txt", new_uid, new_gid);

功能：

修改文件的所有者和组
只有超级用户可以执行
影响文件的访问权限

3. 时间戳修改

// C语言示例
#include <utime.h>
struct utimbuf times;
times.actime = time(NULL);   // 访问时间
times.modtime = time(NULL);  // 修改时间
utime("file.txt", &times);

功能：

修改文件的访问和修改时间
用于文件同步和备份

文件操作的错误处理

常见错误类型

1. 权限错误

EACCES：权限不足
EPERM：操作被拒绝

2. 文件不存在

ENOENT：文件或目录不存在
ENOTDIR：路径中的某个组件不是目录

3. 存储空间不足

ENOSPC：设备空间不足
EDQUOT：用户配额已满

4. 文件已存在

EEXIST：文件已存在
EISDIR：尝试对目录执行文件操作

错误处理示例

// C语言示例
FILE *fp = fopen("file.txt", "r");
if (fp == NULL) {
    perror("打开文件失败");
    switch (errno) {
        case EACCES:
            printf("权限不足\n");
            break;
        case ENOENT:
            printf("文件不存在\n");
            break;
        default:
            printf("其他错误\n");
    }
    return -1;
}

总结

文件的属性和操作是文件系统的核心概念。文件属性提供了文件的完整描述信息，而文件操作则提供了与文件交互的标准接口。理解这些概念对于开发文件系统相关的应用程序和深入学习操作系统原理都具有重要意义。

在后续章节中，我们将学习目录结构、文件分配方式等更高级的文件系统概念。