Все, с чем работает система UNIX, она воспринимает в виде файла. Это не такое уж упрощение, как может показаться на первый взгляд. Когда разрабатывалась первая версия системы, даже прежде, чем ей дали имя, все усилия сосредоточились на создании структуры файловой системы, которая должна была быть простой и удобной в использовании. Файловая система — ключевое звено, обеспечившее успешное применение UNIX. Это наилучший пример философии "прекрасное в малом", показывающий, какой мощи можно достичь реализацией нескольких хорошо продуманных идей.

Для описания команд и их взаимодействия нужно хорошо знать структуру и внешние связи файловой системы. В этой главе излагается большинство вопросов, связанных с файловой системой, — понятие файла и его представление, каталоги и иерархия файловой системы, права доступа, индексный дескриптор (внутреннее представление файла в системе) и файлы устройств. Поскольку основная работа в системе связана с манипулированием файлами, существует множество команд для анализа и модификации файла; здесь вводятся наиболее употребительные команды.

 

2.1 Основные сведения о файлах

Файл представляет собой последовательность байтов. (Байт — небольшая порция информации, обычно размером в восемь бит. Для наших целей можно считать байт синонимом слова "символ".) Никаких ограничений по структуре системой на файл не накладывается, и никакого смысла не приписывается его содержимому: смысл байтов зависит исключительно от программ, обрабатывающих файл. Более того, как мы увидим позднее, это верно не только для файлов, хранящихся на дисках, но и для файлов, представляющих периферийные устройства. Записи на магнитных лентах, почта, символы, вводимые с клавиатуры, вывод на печатающее устройство, данные, передаваемые по конвейеру — каждый из этих файлов система и входящие в нее программы воспринимают просто как последовательность байтов.

Лучше всего познакомиться с файлами экспериментальным путем, так что начнем с создания небольшого файла:

$ ed а

now is the time,

for all good people

.

w junk

36

q

$ls -l

-rw-r--r-- 1 you 26 Sep 27 06:11 junk

$

Здесь junk — это файл из 36 байт, т.е. 36 символов, которые вы ввели (не считая, конечно, символов, введенных при коррекции ошибок). Команда cat показывает содержимое файла в следующем виде:

$ cat junk

now is the time

for all good people

$

Команда od ("octal dump" — восьмеричный дамп) выдает "изображение" всех байтов файла:

$ od -с junk

0000000 n o w   i s   t h e   t i m e \n

0000020 f o r   a l l   g o o d   p e o

0000040 p l e \n

0000044

$

Флаг -с означает, что следует интерпретировать байты как символы. Если добавить флаг -b, то можно, кроме того, показать байты как восьмеричные числа.

$ od -cb junk

0000000  n   o   w       i   s       t   h   e       t   i   m   e  \n

        156 157 167 040 151 163 040 164 150 145 040 164 151 155 145 012

0000020  f   o   r       a   l   l       g   o   o   d       p   e   o

        146 157 162 040 141 154 154 040 147 157 157 144 040 160 145 157

0000040  d   l   e  \n

        160 154 145 012

0000044 $

Семизначные числа в колонке слева показывают место в файле, т.е. порядковый номер следующего изображаемого символа в восьмеричной форме. Между прочим, приоритет восьмеричных чисел — это пережиток времен PDP-11, когда восьмеричной нотации отдавалось предпочтение. Для других машин больше подходит шестнадцатеричная нотация; флаг -х предписывает команде od печатать информацию в шестнадцатеричной форме.

Обратите внимание на то, что после каждой строки идет символ с восьмеричным значением 012. Это символ перевода строки для ASCII; система помещает его во входной поток, когда вы нажимаете клавишу RETURN. По соглашению, заимствованному из языка Си, символ перевода строки изображается как \n, что лишь облегчает чтение. Такого соглашения придерживаются только программы типа od; в файле же хранится единственный байт 012.

Перевод строки — наиболее типичный пример специального символа. Другими специальными символами, связанными с некоторыми операциями управления терминалом, являются символы: шаг назад (восьмеричное значение 010 изображается как \b), табуляция (011, \t), возврат каретки (015, \r).

Важно в каждом случае различать, в каком виде символ хранится в файле и как он интерпретируется в той или иной ситуации. Например, когда вы вводите с клавиатуры символ "шаг назад" (предполагая, что это ваш символ стирания), система воспринимает его как требование уничтожить символ, введенный перед ним. Оба символа — и стираемый, и "шаг назад" — на терминале исчезают, а курсор возвращается на одну позицию назад.

Если ввести последовательность

\←

(т.е. символ \ и вслед за ним "шаг назад"), то ядро в этом случае "считает", что вы действительно хотите ввести символ ←, поэтому \ исчезает, а в вашем файле появляется байт 010. Когда "шаг назад" отражается на терминале, происходит возврат курсора, так что он указывает на символ \.

При выводе файла, содержащего символ ←, он передается на терминал без обработки, что опять приводит к передвижке курсора на одну позицию назад. Если воспользоваться командой od, чтобы вывести файл, содержащий символ ←, он появится как байт со значением 010 или, если указан флаг -с, как \b.

Аналогичную ситуацию мы имеем и с символом табуляции: при вводе он отражается на терминале и посылается программе, осуществляющей ввод; при выводе символ табуляции просто передается на терминал и интерпретируется. Однако в отличие от предыдущего случая здесь можно указать ядру, что вы хотите получить интерпретацию табуляции при выводе; тогда вместо изображения каждого символа табуляции будет выдаваться нужное число пробелов, чтобы перейти к следующей позиции табуляции. Позиции табуляции установлены в столбцах 9, 17, 25 и т.д. Команда

$ stty = tabs

приводит к замене символов табуляции пробелами при выводе на терминал см. описание stty(1).

Обработка символа RETURN аналогична рассмотренной выше. Ядро отображает RETURN на терминале как "возврат каретки" и "конец строки", но во входной поток попадает только "перевод строки". При выводе этот символ вновь заменяется символами возврата каретки и конца строки.

Подход системы UNIX к представлению управляющей информации нетрадиционен, особенно использование символа перевода строки для завершения строки (в качестве конца посылки). Многие системы вместо этого трактуют каждую строку как "запись", содержащую не только введенные данные, но и счетчик числа символов в строке (специального символа конца строки нет). В других системах каждая строка завершается символами возврата каретки и перевода строки, поскольку такая последовательность необходима для вывода на большинство терминалов. (Слово "linefeed" завершение строки, синоним перевода строки, поэтому такую последовательность часто называют "CRLF", что невозможно произнести.)

Система UNIX не делает ни того, ни другого: нет записей и счетчиков, к тому же ни в одном файле нет никаких байтов, которые бы вы или ваша программа не поместили туда. Символ перевода строки преобразуется в два символа возврата каретки и перевода строки при выводе на терминал, но программы должны иметь дело с одним символом перевода строки, поскольку это все, что они могут "увидеть". В большинстве случаев подобная простая схема является оптимальной. Если необходима более сложная структура, ее легко построить на базе этой, тогда как получить простое из сложного значительно трудней.

Поскольку завершение строки обозначается символом перевода строки, можно ожидать, что и файл завершается другим специальным символом, скажем \е как сокращение "end of file" конец файла. Но, посмотрев на вывод программы od, вы не увидите никакого специального символа в конце файла он просто кончается. Вместо того чтобы использовать специальный символ, система отмечает конец файла сообщением о том, что данных в файле больше нет. Ядро запоминает длину файла, поэтому программа встречает конец файла после обработки всех составляющих файл байтов.

Программы выбирают данные из файла с помощью системного обращения с именем read (подпрограмма в ядре). При каждом обращении к read читается следующая часть файла, например очередная введенная строка. Подпрограмма read также сообщает число прочитанных байтов файла, поэтому конец файла обнаруживается, когда она сообщает: "прочитано 0 байт". Если какие-либо байты оставались в файле, то подпрограмма read выдала хотя бы часть их. На самом деле, отказ от ввода байта со специальным значением "конец файла" вполне оправдан, поскольку, как отмечалось ранее, смысл содержимого байта зависит от интерпретации файла. Но все файлы имеют конец, и поэтому их следует читать с помощью подпрограммы read, а возврат нуля это зависящий от интерпретации способ представления конца файла без использования специальных символов.

Когда программа читает с вашего терминала, каждая введенная строка передается программе ядром только после ввода символа перевода строки (т.е. нажатия RETURN). Поэтому если вы сделаете ошибки и заметите это до ввода RETURN, можно вернуться и исправить их. Если символ перевода строки введен до того, как вы заметили ошибку, то строка уже прочитана системой и исправить ее нельзя.

Можно посмотреть ввод по строкам на примере команды cat. Эта команда обычно накапливает или буферизует свой выходной поток, чтобы для повышения эффективности писать большими порциями, но флаг -u отключает буферизацию, так что она выдает строку сразу по получении:

$ cat    Выдача команды cat с буферизацией

123

456

789

ctl-d

123

456

789

$ cat -u Выдача команды cat без буферизации

123

123

456

456

789

789

ctl-d

$

Команда cat получает каждую строку, когда вы нажимаете клавишу RETURN; без буферизации она выдает данные, как только их получит.

Теперь попробуем сделать нечто другое: введите несколько символов, а затем вместо RETURN наберите на клавиатуре ctl-d:

$ cat -u 123ctl-d123

Команда cat выдает символы мгновенно. Символ ctl-d означает, что нужно немедленно послать символы, введенные с терминала, программе, которая производит ввод с терминала. В отличие от символа перевода строки ctl-d не передается программе. Теперь введите второй раз ctl-d без каких-либо символов:

$ cat -u

123ctl-d123ctl-d$

Интерпретатор отвечает на это выводом приглашения, поскольку команда cat, не получив символов, считает, что файл кончился, и прекращает работу. Символ ctl-d передает все, что вы ввели, программе, производящей ввод с терминала. Если вы ничего не ввели, программа не получит никаких символов, что соответствует концу файла. Именно поэтому ввод ctl-d приводит к выходу из системы интерпретатор не получает больше входной информации. Конечно, символ ctl-d в основном используется как сигнал о конце файла, но он имеет и более общее назначение.

Упражнение 2.1

Что произойдет, если ввести ctl-d редактору ed ? Сравните этот случай с вводом команды

$ ed < файл

 

2.2 Что хранится в файле?

Формат файла зависит от программ, которые используют его. Типы файла весьма разнообразны, возможно, потому, что существует большое разнообразие программ. Но, поскольку типы файла не определяются файловой системой, ядро не может указать вам тип файла оно не знает его. Команда file делает обоснованную "догадку" (мы вскоре объясним, как это происходит):

$ file /bin /bin/ed /usr/src/cmd/ed.c /usr/man/man1/ed.1

/bin: directory

/bin/ed: pure executable

/usr/src/cmd/ed.с: c program text

/usr/man/man1/ed.1: roff, nroff, or eqn input text

Здесь показаны четыре типичных файла. Все они связаны с редактором: каталог (/bin), в котором находится редактор, двоичный файл или сама программа, готовая к выполнению (/bin/ed), входной текст, т.е. операторы языка Си, составляющие программу (/usr/src/cmd/ed.с), и страница справочного руководства (/usr/man/man1/ed.1).

При определении типа файла команда file не обращает внимания на имена (хотя могла бы), поскольку соглашения об именах — это всего лишь соглашения и поэтому на них нельзя полагаться полностью. Например, файлы, оканчивающиеся на .с, почти всегда содержат текст программы на языке Си, но ничто не мешает вам создать файл, оканчивающийся на .с, с произвольным содержанием. Команда file читает первые несколько сотен байтов файла и пытается по ним определить тип последнего. (Как мы покажем позднее, файлы специального системного назначения, такие, как каталоги, могут быть идентифицированы путем запроса системы, но эта команда может определить каталог, читая его.)

Иногда установить тип файла нетрудно. Выполняемая программа помечается вначале двоичным "магическим" числом. Команда od, запущенная без всяких флагов, выдает содержимое файла по словам в 16-разрядном или двухбайтовом представлении, и магическое число становится видимым:

$ od /bin/ed

0000000 000410 025000 000462 011444 0000000 000000 000000 000001

0000020 170011 016600 000002 005060 1777776 010600 162706 000004

0000040 016616 000004 005720 010066 0000002 005720 001376 020076

...

$

Восьмеричное число 410 отмечает готовую к выполнению программу, которую могут разделять несколько процессов. (Конкретные магические числа зависят от системы.) Набор разрядов, представляющий 410, не является символом из множества ASCII, поэтому он не может быть создан непреднамеренно такими программами, как редактор. Но, конечно, вы можете создать подобный файл, запустив свою собственную программу, а система в соответствии с соглашением сочтет его выполняемой программой.

В случае текстовых файлов указание может быть скрыто более глубоко в файле, поэтому команда file отыскивает строки, подобные #include, чтобы распознать текст программы на Си, или строки, начинающиеся с точки, чтобы распознать входные данные для программ nroff или troff.

У вас может возникнуть вопрос: почему система не следит за типами файлов более внимательно, ведь тогда, например, программе sort в качестве входного потока никогда не попадал бы файл /bin/ed. Одна из причин состоит в том, чтобы не потерять какие- нибудь полезные для программиста свойства. Хотя команда

$ sort /bin/ed

не имеет особого смысла, существуют команды, которые могут выполняться с любыми файлами, и нет причин ограничивать их возможности. Команды od, cp, wc, cmp, file и многие другие обрабатывают файлы независимо от их содержания. Но идея бестиповых файлов этим не ограничивается. Если, скажем, для программы nroff входные данные отличаются от текста программы на Си, редактор будет вынужден различать их, создавая файл, и, вероятно, считывая файл для редактирования. Тогда, без сомнения, авторам этой книги было бы трудно подготавливать примеры на языке Си для глав 6, 7 и 8.

Система UNIX пытается сгладить все различия. Любой текст состоит из строк, заканчивающихся символом перевода строки, и большинство программ воспринимает такой простой формат. В процессе работы над книгой мы много раз запускали команды для создания текстовых файлов, затем обрабатывали эти файлы с использованием команд, подобных уже рассмотренным, и применяли редактор, чтобы слить файлы во входной поток для форматирующей программы troff, с помощью которой подготовлен текст книги. Практически любая страница здесь получена подобным образом:

$ od -с junk > temp

$ ed ch2.1

1534

r temp

168

...

Команда od передает текст в стандартный выходной поток, который можно использовать там же, где и сам текст. Такая универсальность непривычна; в большинстве систем имеется несколько форматов файла, даже для текста, и требуется диалог с системой со стороны программы или пользователя, чтобы создать файл определенного типа. В системе UNIX есть только один вид файла, и для доступа к такому файлу достаточно лишь знать его имя.

Отсутствие форматов файла дает выигрыш во всем программисты не должны заботиться о типе файла, а все стандартные программы будут работать с любым файлом. Однако необходимо отметить и недостатки. Программы, которые сортируют, редактируют, проводят поиск, действительно ожидают текст в качестве входного потока: команда grep не может правильно анализировать двоичные файлы, команда sort не может сортировать их, и никакой стандартный редактор не может работать с ними.

В большинстве программ, которые ожидают текст в качестве входного потока, существуют ограничения реализации. Мы проверили несколько программ на тексте размером 30 тыс. байт, не содержащем ни одного символа перевода строки, и только некоторые из них работали правильно, поскольку многие программы делают явно неоговариваемые допущения о максимальном размере строки текста (исключительные ситуации см. в разделе BUGS (ошибки) описания sort(1)).

Нетекстовые файлы, несомненно, имеют свою специфику. Например, для очень больших баз данных обычно нужна дополнительная адресная информация, обеспечивающая быстрый доступ; для повышения эффективности она должна быть представлена в двоичном виде. Но каждому формату файла, не являющемуся текстовым, должно соответствовать свое семейство программ, выполняющее те операции, которые для текстовых файлов производят стандартные средства. Машинная обработка текстовых файлов, возможно, несколько менее эффективна, но это уравновешивается стоимостью дополнительного программного обеспечения, поддерживающего более сложные форматы. Если вы выбираете формат файла, следует тщательно все продумать, прежде чем остановиться на нетекстовом представлении. (Желательно также предусмотреть вариант, при котором поведение вашей программы будет "осмысленным" в случае длинных входных строк.)

 

2.3. Каталоги и имена файлов

Все ваши файлы имеют вполне определенные имена, начиная с /usr/you, но если у вас есть только файл junk, то при задании команды ls не выдается /usr/you/junk; имя файла выводится без всякого префикса:

$ ls

junk

$

Это происходит потому, что любая выполняемая программа, т.е. каждый процесс, имеет текущий каталог и неявно предполагается, что все имена файлов начинаются с имени этого каталога, если они явно не начинаются с дробной черты. Таким образом, у интерпретатора shell, в который вы вошли, и команды ls есть текущий каталог. Команда pwd ("print working directory" печать текущего каталога) выдает имя текущего каталога:

$ pwd

/usr/you

$

Текущий каталог представляет собой атрибут процесса, а не пользователя или программы: пользователям соответствуют начальные каталоги, а процессам — текущие. Если процесс порождает процесс-потомка, последний наследует текущий каталог родителя. Но, если затем потомок сменит текущий каталог, родителя это не затронет: его текущий каталог останется тем же, независимо от действий потомка.

Понятие текущего каталога, конечно, обеспечивает удобство обозначения, поскольку освобождает от излишнего ввода, но настоящее его назначение — организационное. Связанные друг с другом файлы находятся в одном каталоге. Каталог /usr обычно является начальным каталогом файловой системы пользователей (usr — сокращение от user, подобно cmp, ls и т.д.). Ваш начальный каталог /usr/you — это ваш текущий каталог при первом вхождении в систему. Каталог /usr/src содержит исходные тексты системных программ, каталог /usr/src/cmd — исходные тексты команд UNIX, /usr/src/cmd/sh — исходные тексты интерпретатора shell и т.д. Всякий раз, когда вы приступаете к новому проекту или когда у вас появляется группа связанных файлов, скажем, набор рецептов, вы можете создать новый каталог с помощью команды mkdir и поместить в него файлы.

$ pwd

/usr/you

$ mkdir recipes

$ cd recipes

$ pwd

/usr/you/recipes

$ mkdir pie cookie

$ ed pie/apple

...

$ ed

...

$

Заметьте, как легко ссылаться на вложенные каталоги. Файл pie/apple имеет очевидный смысл: рецепт яблочного пирога из каталога /usr/you/recipes/pie. Вместо этого вы могли бы поместить рецепт, например, в каталог recipes/apple.pie, а не во вложенный каталог в каталоге recipes, но лучшее решение — собрать все рецепты пирогов вместе. Так, рецепт крема мог бы храниться в recipes/pie/crust, чтобы не дублировать его в рецепте для каждого пирога. Хотя файловая система предоставляет мощное средство организации данных, вы можете забыть, куда помещен файл, и даже какие файлы у вас есть. Естественным решением было бы иметь одну или несколько команд, позволяющих "порыться" в каталогах. Конечно, команда ls помогает искать файлы, но не дает возможности исследовать вложенные каталоги:

$ cd

$ ls

junk

recipes

$ file *

junk: ascii text

recipes: directory

$ ls recipes

cookie

pie

$ ls recipes/pie

apple

crust

$

Эту часть файловой системы можно изобразить графически:

Рис. 2.1: Часть файловой системы

С помощью команды du ("disk usage" — использование диска) вы можете выяснить, какое пространство на диске занято файлами каталога, включая все вложенные каталоги:

$ du

 6 ./recipes/pie

 4 ./recipes/cookie

11 ./recipes

13 .

$

Смысл имен файлов понятен; числа соответствуют количеству блоков на диске (обычно размер блока составляет 512 или 1024 байта) для хранения каждого файла. При использовании каталога число показывает, сколько блоков задействовано всеми файлами этого каталога, включая вложенные каталоги и сам каталог.

Команда du имеет флаг -a ("all" — все), который означает, что требуется выдавать все файлы в каталоге. Если один из них является каталогом, команда du сообщает и о нем:

$ du -а

 2 ./recipes/pie/apple

 3 ./recipes/pie/crust

 6 ./recipes/pie

 3 ./recipes/cookie/choc.chip

 4 ./recipes/cookie

11 ./recipes

 1 ./junk

13 .

$

Выходной поток команды du -a можно направить по программному каналу через команду grep для поиска каких-либо файлов:

$ du -a | grep choc

 3 ./recipes/cookie/choc.chip

$

Напомним (см. гл. 1), что имя '.' — это запись в каталоге, обозначающая сам каталог; оно обеспечивает доступ к каталогу в тех случаях, когда не известно его полное имя. Команда du просматривает файлы в каталоге, причем если вы не указали, в каком именно каталоге следует производить поиск, то она выберет '.', т. е. каталог, с которым вы работаете в данный момент. Значит, junk и ./junk — имена одного и того же файла.

Несмотря на то, что каталоги играют в системе важную роль, они представляются в файловой системе как обычные файлы. Эти каталоги можно читать, но в отличие от традиционных файлов их нельзя создавать и в них нельзя писать. Для сохранения целостности системы и файлов пользователей ядро берет на себя контроль за содержимым каталогов.

Теперь представим содержимое каталога в байтовой форме:

$ od -cb

000000  4   ;   .  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0

       064 073 056 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

000020 273  (   .   .  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0

       273 050 056 056 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

000040 252  ;   p   е   ц   е   п   т   ы  \0  \0  \0  \0  \0  \0

       252 073 256 243 263 243 255 260 273 000 000 000 000 000 000

000060 230  =   j   u   n   k  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0

       230 075 152 165 156 153 000 000 000 000 000 000 000 000 000

000100 $

Видите имена файлов, "спрятанные" здесь? Формат каталога — это комбинация двоичного и текстового представлений. Каталог строится из фрагментов по 16 байт, причем последние 14 байт здесь содержат имя файла, дополненное символом NUL из ASCII (нулевой код, имеющий значение 0), а первые два байта указывают системе, где находится служебная информация, относящаяся к файлу (мы вернемся к этому вопросу позднее). Каждый каталог начинается двумя записями: '.' (точка) и '..' (точка-точка).

$ cd         Начальный каталог

$ cd recipes

$ pwd

/usr/you/recipes

$ cd ..; pwd На один уровень выше

/usr/you

$ cd ..; pwd Еще на один уровень выше

/usr

$ cd ..; pwd Еще на один уровень выше

/

$ cd ..; pwd Еще на один уровень выше

/            Выше некуда

$

Каталог / называется корнем файловой системы. Каждый файл системы находится в корневом каталоге или в одном из вложенных в него каталогов, и корневой каталог является родителем самому себе.

Упражнение 2.2

На основании изложенного выше представьте приблизительно действие команды ls . Подсказка : cat . > foo; ls -f foo .

Упражнение 2.3

( Более сложное ) Как действует команда pwd ?

Упражнение 2.4

Команда du предназначена для учета использования дискового пространства. Осуществлять с ее помощью поиск файлов в иерархии каталогов — довольно странное решение, возможно, даже неподходящее. За альтернативой обратитесь к странице справочного руководства find(1) и сравните две команды, в частности du -a | grep ... и find . Какая из них сработает быстрее? Что лучше: создать новую команду или воспользоваться побочным эффектом уже существующей?

 

2.4. Права доступа

В отношении каждого файла существуют права доступа, которые определяют, кто и что может делать с файлом. Если вы, допустим, храните свои любовные письма в системе и даже собрали их в отдельный каталог в иерархии каталогов, то, вероятно, вряд ли захотите, чтобы кто-либо мог их прочитать. Поэтому вы можете изменить права доступа к каждому письму во избежание появления слухов (или только к части писем, возбудив тем самым чье-то любопытство). Вы можете, наконец, просто изменить права доступа к каталогу, содержащему письма, и пресечь любые попытки вмешаться в ваши дела.

Однако мы должны предупредить вас: в каждой системе UNIX есть особый пользователь, называемый суперпользователем, который может читать или изменять любой файл в системе. Привилегии входа в систему суперпользователю обеспечивает специальное имя root (корень). Это имя используется администраторами системы для выполнения работ по ее поддержанию. Существует команда su, которая гарантирует вам статус суперпользователя при условии, что вы знаете пароль при входе под именем root. Таким образом, всякий, кто знает пароль суперпользователя, может читать ваши любовные письма, поэтому не стоит хранить в системе частную информацию.

Если нужна большая защищенность, то можно изменить данные в файле так, что даже суперпользователь не сможет прочесть (или, по крайней мере, понять) их, для чего служит команда crypt (см. crypt(1)). Конечно, даже эта команда не дает абсолютной защиты. Суперпользователь может изменить команду crypt, или кто-то попытается расшифровать алгоритм crypt. Правда, и то и другое является трудно выполнимым, так что практически команда crypt достаточно надежна.

Большинство нарушений защиты происходит из-за паролей, которые выдаются или легко отгадываются. Изредка по недосмотру администратора системы пользователь-злоумышленник получает права суперпользователя. Вопросы безопасности более подробно обсуждаются в статьях, которые указаны в списке литературы в конце главы.

При входе в систему вы вводите имя и подтверждаете, что это вы, задавая пароль. Имя представляет собой ваш входной идентификатор, или login-id. На самом деле, система распознает вас по числу, называемому идентификатором пользователя, или uid. В действительности различным login-id может соответствовать один uid, что делает их неразличимыми для системы, хотя такое бывает относительно редко, и, по всей видимости, является нежелательным по соображениям безопасности. Кроме uid, вам приписывается идентификатор группы, или group-id, который относит вас к определенной группе пользователей. Во многих системах обычных пользователей (в отличие от тех, кто имеет login-id типа root) объединяют в одну группу под именем other (другие), но в вашей системе может быть иначе. Файловая система, а значит, и вся система UNIX в целом определяет ваши возможности исходя из прав доступа, предоставляемых вашему uid и group-id.

Файл /etc/passwd — это файл паролей; он содержит всю информацию, связанную со входом каждого пользователя в систему. Подобно системе, вы можете определить свой uid и group-id, если найдете свое имя в /etc/passwd:

$ grep you /etc/passwd

you:gkmbCTrJ04C0M:604:1:Y.0.А.People:/usr/you:

$

Поля в файле паролей разделяются двоеточием и расположены следующим образом (как видим из passwd(5)):

login-id:зашифрованный_пароль:uid:group-id:разное:начальный_каталог:shell

Файл паролей представляет собой обычный текстовый файл, но назначение и разделитель полей определяются по соглашению между программами, работающими с информацией этого файла. Поле shell обычно пустое; значит, по умолчанию используется стандартный интерпретатор /bin/sh. Поле "разное" может содержать что угодно (как правило, ваше имя, адрес или телефон).

Заметьте, что ваш пароль присутствует здесь во втором поле, но в зашифрованном виде. Файл паролей могут прочесть все (вы только что это сделали), и если ваш пароль бы там, то любой, кто пожелает, может выдать себя за вас. Когда вы вводите свой пароль при входе в систему, он шифруется, и результат сравнивается с зашифрованным паролем из /etc/passwd. Если они совпадают, то вам разрешают войти. Этот механизм работоспособен, потому что алгоритм шифрации таков, что позволяет легко перейти от раскрытой формы к зашифрованной, тогда как обратный переход очень труден. Например, если ваш пароль ka-boom, он может быть зашифрован как gkmbCTrJ04COM, но, получив последний, вам будет нелегко вернуться к оригиналу.

Ядро решает, что вам можно позволить читать файл /etc/passwd исходя из прав доступа, связанных с файлом. Для каждого файла предусмотрены три вида прав доступа: чтение (т.е. исследование его содержимого), запись (т. е. изменение его содержимого) и выполнение (т. е. запуск его как программы). Далее, разным пользователям могут быть предоставлены различные права доступа. Как владелец файла вы имеете один набор прав на чтение, запись и выполнение. У "вашей" группы — другой набор прав доступа, у всех остальных — третий набор.

Команда ls с флагом -l сообщает среди прочего права доступа:

$ ls -l /etc/passwd

-rw-r--r-- 1 root 5115 Aug 30 10:40 /etc/passwd

$ ls -lq /etc/passwd

-rw--r--r-- 1 adm 5115 Aug 30 10:40 /etc/passwd

Информацию, содержащуюся в двух строках вывода команды ls, можно интерпретировать так: владельцем файла /etc/passwd является пользователь с login-id, равным root; его группа называется adm; размер файла 5115 байт; последний раз изменен был 30 августа в 10:40; файл имеет единственную связь, т.е. одно имя в файловой системе (вопрос о связях мы обсудим в следующем разделе). Некоторые варианты команды ls выдают имена владельца и группы сразу при однократном вызове.

Строка -rw-r--r-- показывает, как представляет права доступа к файлу команда ls. Первый дефис (-) означает, что это обычный файл. В случае каталога на его месте стояла бы буква d. Следующие три символа обозначают права владельца файла на чтение, запись и выполнение (исходя из uid). Строка rw- свидетельствует о том, что владелец (root) может читать, писать, но не выполнять файл. В случае выполняемого файла дефис был бы заменен символом x.

Три символа (r--) обозначают права доступа группы, в данном случае пользователей из группы adm — по-видимому, системных администраторов, которые могут читать файл, но не писать и не выполнять его. Следующие три символа (также r--) определяют права доступа для всех остальных пользователей системы. Таким образом, на данной машине только root может изменить информацию по входу в систему для пользователя, но прочесть файл и узнать эту информацию может любой. Разумным был бы вариант, при котором группа adm также имела бы право на запись в файл /etc/passwd.

Файл /etc/group хранит в зашифрованном виде имена групп и их group-id и определяет, какие пользователи входят в какие группы. В файле /etc/passwd определяется только ваша группа при входе в систему; команда newgrp изменяет ее права доступа на права другой группы.

Кто угодно может задать:

$ ed /etc/passwd

и редактировать файл паролей, но только root может записать измененный файл. Поэтому вполне правомочен вопрос: как изменить свой пароль, если это требует редактирования файла паролей. Программа, изменяющая пароли, называется passwd, вероятно, вы найдете ее в /bin:

$ ls -l /bin/passwd

-rwsr-xr-x 1 root 8454 Jan 4 1983 /bin/passwd

$

(Обратите внимание на то, что /etc/passwd — текстовый файл, содержащий информацию по входу в систему, тогда как /bin/passwd находится в другом каталоге, содержит программу, готовую к выполнению, и позволяет изменить данные, связанные с паролем). Права доступа к этому файлу показывают, что выполнить команду может кто угодно, но изменить команду passwd — только root. Буква s вместо x в поле прав на выполнение для владельца файла означает, что при выполнении команды ей предоставляются права, соответствующие праву владельца файла, в данном случае root. Поскольку файл /bin/passwd имеет такой признак установки uid и при выполнении получает права root, любой пользователь, выполняя команду passwd, может редактировать файл /etc/passwd.

Введение признака установки uid — простое элегантное решение целого ряда проблем безопасности. Например, автор игровой программы может установить свой uid для программы, поэтому она сможет изменять файл с результатами игр, который защищен от доступа со стороны других пользователей. Но идея введения признака установки uid потенциально опасна. Программа /bin/passwd должна быть правильной, иначе она может уничтожить системную информацию под прикрытием суперпользователя root. При наличии прав доступа -rwsrwxrwx ее мог бы переписать любой пользователь, и, таким образом, заменить файл на неработоспособную программу. Это особенно опасно для программ, обладающих признаком установки uid, поскольку root имеет доступ к каждому файлу, системы. (В некоторых системах UNIX происходит отключение признака установки uid всякий раз, когда файл изменяется, что уменьшает вероятность нарушения защиты).

Признак установки uid — мощное средство, но оно используется в основном для нескольких системных программ, таких, как passwd. Рассмотрим более типичный файл:

$ ls -l /bin/who

-rwxrwxr-x 1 root 6348 Mar 29 1983 /bin/who

$

Этот файл доступен для выполнения всем, а писать в него могут только root и пользователь той же группы. Слова "доступен для выполнения" означают, что при вводе

$ who

интерпретатор shell просматривает ряд каталогов, в том числе /bin, отыскивая файл с именем who. Если такой файл найден и он имеет право доступа на выполнение, то shell обращается к ядру для его запуска. Ядро проверяет права доступа, и, если они действительны, запускает программу. Отметим, что программа — это просто файл с правом доступа на выполнение. В следующей главе вы познакомитесь с программами, являющимися обычными текстовыми файлами, но они могут выполняться как команды, поскольку имеют право доступа на выполнение.

Права доступа к каталогам действуют несколько иначе, но основной принцип остается тем же:

$ ls -ld .

drwxrwxr-x 3 you 80 Sep 27 06:11 .

$

Команда ls с флагом -d сообщает скорее о самом каталоге, чем о его содержимом, и первая буква d в выводе означает, что '.' в действительности является каталогом. Поле r показывает, что можно читать каталог, поэтому с помощью команды ls (или od для данного случая) можно выяснить, какие файлы хранятся в нем. Буква w свидетельствует о том, что можно создавать и исключать файлы из каталога, поскольку это требует изменения, а значит, записи в файл каталога.

На самом деле нельзя просто писать в каталог, даже суперпользователю root это запрещено:

$ who > .        Попытка затереть '.'

.: cannot create Нельзя

$

Существуют системные обращения, которые создают и удаляют файлы, и только с их помощью можно изменить содержимое каталога. Но принцип прав доступа применим и для них: поле w показывает, кто может использовать системные функции для изменения каталога.

Право на удаление файла не зависит от самого файла. Если у вас есть право записи в каталог, вы можете удалять файлы из него, причем даже те, которые защищены от записи. Команда rm все-таки запрашивает подтверждение, прежде чем удалить защищенный файл, чтобы убедиться, что вы действительно хотите это сделать, — редкий для команд системы UNIX случай двойной проверки намерений пользователя. (Флаг -f команды rm обеспечивает удаление файлов без запроса.)

Поле x в случае каталога означает не выполнение, а поиск. Право на выполнение определяет возможность поиска файла в каталоге. Поэтому возможно создать каталог с правом доступа "x" для других пользователей, предполагая, что пользователи будут иметь доступ к любому известному им файлу в каталоге, но не смогут выполнять команду ls или читать каталог, чтобы узнать, какие файлы в нем находятся. Аналогично каталог с правом доступа r-- можно читать (с помощью ls), но нельзя работать с его файлами. В некоторых системах используют это свойство, чтобы закрыть каталог /usr/games в рабочее время.

Команда chmod ("change mode" — изменить режим) меняет права доступа к файлам:

$ chmod права_доступа имена файлов...

Синтаксис конструкции "права_доступа", к сожалению, громоздкий. Она может определяться двумя способами: с помощью восьмеричных чисел и последовательностью символов. Проще использовать восьмеричные числа, хотя иногда более удобными оказываются символьные обозначения, так как с их помощью можно показать, какие изменения произошли в правах доступа. Лучше, конечно, было бы задать

$ chmod rw-rw-rw- junk Так нельзя!

чем вводить

$ chmod 666 junk

но так не получается. Восьмеричное значение режима складывается из значений прав доступа: 4 — для чтения, 2 — для записи и 1 — для выполнения. Три цифры, как и в выводе команды ls, показывают права доступа для владельца, группы и всех остальных. Символьные обозначения объяснить труднее; их точное описание приводится в справочном руководстве chmod(1). Для наших же целей достаточно указать, что "+" устанавливает право доступа, а "-" лишает его. Например,

$ chmod +x command

позволяет всем выполнять команду, а

$ chmod -w file

лишает всех права записи в файл, включая и владельца файла. Если не принимать во внимание существование суперпользователя, то только владелец файла может изменить права доступа к файлу, независимо от текущих прав доступа. В том случае, когда кто-то еще предоставил вам право записи в файл, система не позволит изменить код прав доступа к файлу:

$ ls -ld /usr/mary

drwxrwxrwx 5 mary 704 Sep 25 10:18 /usr/mary

$ chmod 444 /usr/mary

chmod: can't change /usr/mary

$

Но, если каталог не защищен от записи, пользователи могут удалять файлы, несмотря на отсутствие права доступа к файлу. Если вы хотите быть уверенным в том, что ни вы, ни ваши друзья никогда не удалят файлы из каталога, отмените право на запись для каталога:

$ cd

$ date > temp

$ chmod -w .         Закрыть каталог по записи

$ ls -ld .

dr-xr-xr-x 3 you 80 Sep 27 11:48 .

$ rm temp

rm: temp not removed Нельзя удалить файл

$ chmod 775 .        Восстановление прав доступа

$ ls -ld .

drwxrwxr-x 3 you 80 Sep 27 11:48 .

$ rm temp            Теперь можно

$

Файл temp теперь удален. Обратите внимание на то, что изменение прав доступа к каталогу не меняет дату последней модификации файла. Дата модификации отражает изменение содержимого файла, а не прав доступа к нему. Права доступа и даты хранятся не в самом файле, а в системной структуре данных, называемой индексным дескриптором (речь о нем пойдет в следующем разделе).

Упражнение 2.5

Поэкспериментируйте с командой chmod . Попробуйте разные простые варианты типа 0 или 1. Будьте осторожны, чтобы не испортить свой начальный каталог.

 

2.5 Индексные дескрипторы

Файл имеет несколько атрибутов: имя, содержимое и служебную информацию (права доступа и даты модификации). Служебная информация размещается в индексном дескрипторе вместе с важной системной информацией, такой, как размер файла, место хранения его на диске и т.д. В индексном дескрипторе хранятся три даты: время последнего изменения файла (записи в него), время последнего использования файла (чтение или выполнение), время последнего изменения самого индексного дескриптора, например изменения прав доступа.

$ date

Tue Sep 27 12:07:24 EDT 1983 $ date > junk

$ ls -l junk

-rw-rw-rw 1 you 29 Sep 27 12:07 junk

$ ls -lu junk

-rw-rw-rw 1 you 29 Sep 27 06:11 junk

$ ls -lc junk

-rw-rw-rw 1 you 29 Sep 27 12:07 junk

$

Как видно из результата действия команды ls -lu, изменение содержимого файла не влияет на дату последнего использования, а с изменением прав доступа связана только дата изменения индексного дескриптора, о чем выдается сообщение командой ls -lc:

$ chmod 444 junk

$ ls -lu junk

-r--r--r-- 1 you 29 Sep 27 06:11 junk

$ ls -lc junk

-r--r--r-- 1 you 29 Sep 27 12:11 junk

$ chmod 666 junk $

Можно использовать флаг -t команды ls, который применяется для сортировки файлов по времени (по умолчанию принимается время последней модификации), совместно с флагами -с или -r, чтобы узнать порядок, в котором изменились индексные дескрипторы или читались файлы:

$ ls recipes

apple

pie

$ ls -lut total 2

drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 12:11 recipes

-rw-rw-rw- 1 you 29 Sep 27 06:11 junk

У каталога recipes, как вы видите, более позднее время использования, поскольку мы только что просмотрели его содержимое.

Очень важное понять значение индексного дескриптора, причем не для того, чтобы оценить действие флагов команды ls. По существу, индексные дескрипторы и есть файлы. Иерархия каталогов предоставляет только удобный способ именования файлов. Внутреннее системное имя файла или индекс файла — это номер индексного дескриптора, содержащего информацию о файле. Команда ls -i выдает индекс файла в десятичной форме:

$ date > x

$ ls -i

15768 junk

15274 recipes

15852 x

$

Именно индекс файла хранится в первых двух байтах каталога, предшествующих имени. Команда od -d выдает информацию не в восьмеричной форме по байтам, а в десятичной, объединив по два байта в одно целое, и поэтому мы увидим на экране индекс файла:

$od -с .

0000000   4  ; . \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0

0000020 273 (  .  . \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0

0000040 252  ; p  е  ц  п  т  ы \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0

0000060 230  = j  u  n  к \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0

0000100 354  = x \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0

0000120

od -d .

0000000 15156 00046 00000 00000 00000 00000 00000 00000

0000020 10427 11822 00000 00000 00000 00000 00000 00000

0000040 15274 25970 26979 25968 00115 00000 00000 00000

0000060 15768 30058 27502 00000 00000 00000 00000 00000

0000100 15852 00120 00000 00000 00000 00000 00000 00000

0000120

$

Первые два байта в каждой строке каталога являются единственной связью между именем файла и его содержимым. Именно поэтому имя файла в каталоге называется связью: оно связывает имя в иерархии каталогов с индексным дескриптором и, тем самым, с информацией. Один и тот же индекс файла может появиться в нескольких каталогах. Команда rm в действительности удаляет не индексный дескриптор, а строку каталога или связь. Только когда последняя связь файла исчезает, система удаляет индексный дескриптор, а значит, и сам файл.

Если индекс файла в строке каталога равен нулю, это означает, что связь удалена, но сам файл не обязательно удален — могут существовать связи где-нибудь еще. Можно убедиться в том, что индекс файла становится равным нулю при удалении файла:

$ rm x $ od -d .

0000000 15156 00046 00000 00000 00000 00000 00000 00000

0000020 10427 11822 00000 00000 00000 00000 00000 00000

0000040 15274 25970 26979 25968 00115 00000 00000 00000

0000060 15768 30058 27502 00000 00000 00000 00000 00000

0000100 00000 00120 00000 00000 00000 00000 00000 00000

0000120

$

Следующий файл, создаваемый в этом каталоге, займет освободившуюся позицию, хотя у него, вероятно, будет другой индекс. Команда ln, имеющая приведенный ниже синтаксис, устанавливает связь с уже существующим файлом:

$ ln old-file new-file

Назначение связи состоит в том, чтобы дать два имени одному и тому же файлу, поэтому он часто оказывается в двух разных каталогах. Во многих системах есть связь с редактором /bin/ed под названием /bin/е, так что пользователи могут вызывать редактор как е. Две связи одного файла указывают на одну и ту же запись, а значит, имеют один и тот же индекс файла:

$ ln junk linktojunk

$ ls -li total 3

15768 -rw-rw-rw- 2 you 29 Sep 27 12:07 junk

15768 -rw-rw-rw- 2 you 29 Sep 27 12:07 linktojunk

15274 drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

$

Целое число, выдаваемое между правом доступа и именем владельца файла, является числом связей файла. Поскольку каждая связь ссылается на индексный дескриптор, все связи одинаково, важны — нет разницы между первой связью и последующими. (Заметим, что общий объем занимаемого на диске пространства, сообщаемый командой ls, вычисляется неверно из-за двойного подсчета).

Если изменить файл, то изменение обнаружится при обращении к файлу под любым из его имен, так как все связи ссылаются на один файл:

$ echo x > junk

$ ls -l total 3

-rw-rw-rw- 2 you  2 Sep 27 12:37 junk

-rw-rw-rw- 2 you  2 Sep 27 12:37 linktojunk

drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

$ rm linktojunk

$ ls -l total 2

-rw-rw-rw- 1 you  2 Sep 27 12:37 junk

drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

$

После удаления файла linktojunk число связей опять становится равным единице. Как уже отмечалось, при удалении файла уничтожается лишь связь. Сам же файл сохраняется до тех пор, пока не будет удалена последняя связь. На практике, конечно, большинство файлов имеет единственную связь, но тем не менее вы убедились в том, что можно простым способом повысить гибкость системы.

Предостережение тем, кто слишком торопится: после удаления последней связи данные становятся недоступными. Удаленные файлы попадают скорее в топку, чем в мусорную корзину, и нет средства возродить их из пепла. (Слабая надежда на возрождение все-таки есть. В больших системах UNIX есть рутинная функция дублирования, которая периодически копирует изменяемые файлы в какое-нибудь надежное место типа магнитной ленты, откуда их можно извлечь. Для собственного успокоения вам следует знать, какой объем дублирования обеспечивает ваша система. Если нет ничего, будьте бдительны — любые неполадки с дисками могут обернуться катастрофой.)

Связи файла удобны, если два пользователя совместно работают с ним, но иногда нужна на самом деле отдельная копия — другой файл с той же информацией. Например, вы можете скопировать документ до внесения в него существенных изменений, так что можно будет восстановить оригинал, если вас не устроят эти изменения. Здесь не поможет установление связи, так как при изменении данных обе связи будут ссылаться на измененный файл. Копирует файлы команда cp:

$ cp junk copyofjunk

$ ls -li total 3

15850 -rw-rw-rw- 1 you  2 Sep 27 13:13 copyofjunk

15768 -rw-rw-rw- 1 you  2 Sep 27 12:37 junk

15274 drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

$

Индексы файлов junk и copyofjunk различны, поскольку это различные файлы, хотя в данный момент они имеют одинаковое содержимое. Существует полезный прием: можно изменить права доступа к копии файла, чтобы ее труднее было случайно удалить.

$ chmod -w copyofjunk     Убрать право записи

$ ls -li total 3

15850 -r--r--r-- 1 you  2 Sep 27 13:13 copyofjunk

15768 -rw-rw-rw- 1 you  2 Sep 27 12:37 junk

15274 drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

$ rm copyofjunk

rm: copyofjunk 444 mode n Нельзя! Он нужен

$ date > junk

$ ls -li total 3

15850 -r--r--r-- 1 you  2 Sep 27 13:13 copyofjunk

15768 -rw-rw-rw- 1 you 29 Sep 27 13:16 junk

15274 drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

$ rm copyofjunk

rm: copyofjunk 444 mode y А может быть, и не так нужен

$ ls -li total 2

15768 -rw-rw-rw- 1 you 29 Sep 27 13:16 junk

15274 drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

$

Изменение копии файла или ее удаление не оказывает действия на оригинал. Обратите внимание на то, что, поскольку у файла copyofjunk отменено право на запись, команда rm запрашивает подтверждение, прежде чем удалить файл.

Есть еще одна команда общего назначения, управляющая файлами, — mv, которая переносит или переименовывает файлы, просто преобразуя связи. Синтаксис ее такой же, как у команд cp и ln:

$ mv junk sameoldjunk $ ls -li total 2

15274 drwxrwxrwx 4 you 64 Sep 27 09:34 recipes

15768 -rw-rw-rw- 1 you 29 Sep 27 13:16 sameoldjunk

$

sameoldjunk — это тот же самый файл, что и наш старый файл junk, вплоть до индекса файла, который связан с записью каталога с номером 15768; изменилось только его имя.

Все описанные выше манипуляции с файлами происходили в одном каталоге, однако команды применяются и в других каталогах. Команда ln часто используется для того, чтобы установить связь с одним именем в разных каталогах; это бывает в тех случаях, когда несколько пользователей работают с одной программой или над одним документом. Команда mv может переслать файл или каталог из одного каталога в другой. На самом деле, это довольно стандартный прием, так что у команд mv и cp есть специальный синтаксис для такой ситуации:

$ mv (или cp) file1 file2 ... directory

Здесь показана пересылка (или копирование) одного или нескольких файлов в каталог, который является последним аргументом. Связи или копии файлов получаются под теми же именами. Например, если вы хотите "набить руку" в работе с редактором, то можете начать с

$ cp /usr/src/cmd/ed.с .

получив свою копию исходного текста редактора для экспериментов. Осваивая интерпретатор shell, исходные тексты которого находятся в нескольких каталогах, задайте

$ mkdir sh

$ cp /usr/src/cmd/sh/* sh

и команда cp скопирует все исходные тексты shell в ваш вложенный каталог sh (мы считаем, что в /usr/src/cmd/sh нет вложенных каталогов, так как команда cp не слишком "умна"). В некоторых случаях команду ln допустимо применять с несколькими именами файлов в качестве аргументов, но имя каталога по-прежнему является последним аргументом. В ряде систем команды mv, cp и ln сами служат связями, ссылающимися на один файл, который анализирует имя команды, чтобы узнать, какое задание выполнить.

Упражнение 2.6

Почему команда ls -l выдает четыре связи у каталога recipes ?

Подсказка : попробуйте ввести

$ ls -ld /usr/you

Чем эта информация полезна?

Упражнение 2.7

В чем состоит разница между

$ mv junk junk1

и

$ cp junk junk1

$ rm junk

Подсказка : установите связь с junk и затем используйте ее.

Упражнение 2.8

Команда cp не производит копирования во вложенных каталогах, а ограничивается файлами первого уровня вложенности. Каковы будут ее действия, если один из аргументов окажется каталогом? Насколько это хорошо и осмысленно? Обсудите возможные преимущества трех вариантов: включить еще один флаг в cp , чтобы работать с вложенными каталогами, ввести отдельную команду rcp (рекурсивную cp ) для данного случая или просто предъявить к cp требование копировать все файлы из каталога, если он встретится среди аргументов (см. гл. 7). Что получат другие программы, если они смогут перемещаться по дереву каталогов?

 

2.6 Иерархия каталогов

В первой главе рассмотрение иерархии файловой системы, начиная с каталога /usr/you, носило несколько неформальный характер. Теперь мы хотим изучить ее последовательно, начиная от корня дерева.

Корневой каталог называется /:

$ ls /

bin

boot

dev

etc

lib

tmp

unix

usr

$

Программа /unix — это программа ядра UNIX: когда система начинает работу, /unix считывается с диска в память и начинает выполняться. Все происходит за два шага: вначале считывается файл /boot, а затем он считывает /unix. Более подробно о таком процессе раскрутки можно узнать в справочном руководстве по boot(8). Остальные файлы каталога /, по крайней мере в нашей версии, являются каталогами, каждый из которых представляет законченный раздел файловой системы. После дальнейшего краткого обзора иерархии читателю будет предоставлена возможность поэкспериментировать с упоминаемыми здесь каталогами. Чем лучше вы разберетесь в устройстве файловой системы, тем более эффективно сможете ею пользоваться. В табл. 2.1 указаны подходящие места для поиска, хотя некоторые имена каталогов зависят от системы.

Таблица 2.1: Интересные каталоги (см. также hier(7) )

Каталог /bin вам уже известен: в нем находятся основные программы типа who или ed.

Каталог /dev (device — устройства) мы обсудим в следующем разделе.

Каталог /etc (et cetera — и т.д.) также уже вам встречался ранее. В нем находится различная служебная информация, например файл паролей, и некоторые системные программы, такие, как /etc/getty, которая инициирует связь с терминалом для команды /bin/login, /etc/rc — это файл команд, выполняющихся после раскрутки системы. В файле /etc/group содержатся сведения о составе всех групп.

Каталог /lib (library — библиотека) включает основные части компилятора языка Си, такие, как /lib/cpp — препроцессор Си, /lib/libc.a — библиотека стандартных функций Си.

Каталог /tmp (temporaries — временное) представляет собой хранилище для временных файлов, создаваемых при выполнении программы.

Например, когда вы вызываете редактор, он создает файл с именем типа /tmp/e00512, что позволяет иметь свою копию редактируемого файла, а не работать с оригиналом. Редактор мог бы, конечно, создать копию в вашем текущем каталоге, но есть причина для преимущественного использования /tmp: хотя это и маловероятно, в вашем каталоге уже мог присутствовать файл e00512. Далее каталог /tmp автоматически очищается при запуске системы, так что в случае системной аварии в вашем каталоге не появится ненужный файл. Часто каталог /tmp организуется на диске для обеспечения быстрого доступа к нему. Однако здесь возникает проблема: если сразу несколько программ создают файлы в каталоге /tmp, их файлы могут перепутаться. Именно поэтому редактор ed выбирает особое имя; оно построено таким образом, чтобы никакая другая программа не могла выбрать то же имя для временного файла. В гл. 5 и 6 будет показан способ достижения этого.

Каталог /usr называется файловой системой пользователей, хотя он может быть мало связан с файлами настоящих пользователей системы. На своей машине мы используем исходные каталоги /usr/bwk и /usr/rob, но у вас часть иерархии, начинающаяся с /usr, может быть другой. Независимо от того, находятся ли ваши файлы в каталоге, вложенном в /usr, вы всегда найдете в нем что-нибудь интересное (если нет местной специфики). Так же, как и в каталоге /, здесь есть каталоги с именами /usr/bin, /usr/lib и /usr/tmp. Эти каталоги имеют назначение, сходное со своими тезками в каталоге /, но содержат программы, менее критичные для системы. Например, программа nroff обычно находится в /usr/bin, а не в /bin, библиотеки компилятора с Фортрана располагаются в /usr/lib. Правда, "критичными" для разных систем считаются разные программы. Некоторые системы, такие, как широко распространенная седьмая версия, все программы хранят в /bin, не имея дела с /usr/bin. В других системах каталог /usr/bin разбивается на два каталога в зависимости от частоты использования.

Кроме того, в /usr есть каталог /usr/adm со справочной информацией и /usr/dict, содержащий небольшой словарь (см. spell(1)). Диалоговое справочное руководство хранится в /usr/man (см. в качестве примера /usr/man/man1/spell.1). Если в вашей системе имеются исходные тексты, вы, вероятно, найдете их в /usr/src.

Вероятно, целесообразно потратить немного времени на исследование файловой системы, особенно каталога /usr, чтобы вам было понятно, как она устроена и где что можно найти.

 

2.7 Файлы устройств

В нашем кратком обзоре мы пропустили каталог /dev по той причине, что файлы в нем дают хорошее общее представление о файлах вообще. Как можно догадаться по его названию, этот каталог содержит файлы устройств ("device" — устройство).

К привлекательным чертам системы UNIX относится форма ее работы с периферийными устройствами: дисками, магнитными лентами, принтерами, терминалами и т.п. Вместо того чтобы иметь специальные системные программы, например программу чтения с магнитной ленты, достаточно создать файл с именем /dev/mt0 (опять-таки местные соглашения могут различаться). В ядре обращения к этому файлу преобразуются в машинные команды обращения к магнитной ленте, как если бы программа читала /dev/mt0, выдавая содержимое магнитной ленты, подключенной к устройству. Например, команда

$ cp /dev/mt0 junk

копирует содержимое магнитной ленты в файл junk. Команда cp не имеет понятия о специфике файла /dev/mt0; для нее он является обычным файлом, т.е. просто последовательностью байтов.

Файлы устройств в чем-то подобны зверинцу, где каждая особь чем-нибудь отличается от остальных, но основные характеристики применимы ко всем. Ниже приведен сокращенный список нашего каталога /dev:

$ ls -l /dev

crw--w--w- 1 root  0,  0 Sep 27 23:09 console

crw-r--r-- 1 root  3,  1 Sep 27 14:37 fcmem

crw-r--r-- 1 root  3,  0 May  6  1981 mem

brw-rw-rw- 1 root  1, 64 Aug 24 17:41 mt0

crw-rw-rw- 1 root  3,  2 Sep 28 02:03 null

crw-rw-rw- 1 root  4, 64 Sep  9 15:42 rmt0

brw-r----- 1 root  2,  0 Sep  8 08:07 rp00

brw-r----- 1 root  2,  1 Sep 27 23:09 rp01

crw-r----- 1 root 13,  0 Apr 12  1983 rrp00

crw-r----- 1 root 13,  1 Jul 28 15:18 rrp01

crw-rw-rw- 1 root  2,  0 Jul  5 08:04 tty

crw--w--w- 1 root  1,  0 Sep 28 02:38 tty0

crw--w--w- 1 root  1,  1 Sep 27 23:09 tty1

crw--w--w- 1 root  1,  2 Sep 27 17:33 tty2

crw--w--w- 1 root  1,  3 Sep 27 18:48 tty3

$

Первое, что здесь бросается в глаза, это то, что вместо количества байтов указывается пара небольших целых чисел, а в первой позиции прав доступа используется 'b' или 'c'. В таком виде команда ls выдает информацию из индексного дескриптора для файла устройств, но не для обычного файла. Обычному файлу предназначен хранимый в индексном дескрипторе список блоков памяти диска, в которых находится содержимое файла. В случае же файла устройств индексный дескриптор содержит внутреннее имя устройства, включающее его тип (символьное с или блочное b) и пару чисел, называемых верхним и нижним числами устройства. К блочным устройствам относятся диски и магнитные ленты, а все остальное: терминалы, принтеры, линии сетевой связи и т.п. — к символьным. Верхнее число устройства обозначает его тип, а нижнее характеризует различные экземпляры устройств одного типа. Например, /dev/tty0 и /dev/tty1 — это два порта одного контроллера терминала, поэтому они имеют одно и то же верхнее число и различные нижние числа.

Файлы для дисков обычно именуются в соответствии с тем вариантом оборудования, которое представлено в системе. Файлы /dev/rp00 и /dev/rp01 названы так потому, что в системе используются дисковые накопители DEC RP06. Есть только один дисковый накопитель, логически поделенный на две файловые системы. Если бы существовал еще один накопитель, связанные с ним файлы имели бы имена /dev/rp10 и /dev/rp11. Первая цифра обозначает номер накопителя, а вторая показывает, какая его часть используется.

У вас может возникнуть вопрос: почему существует несколько дисковых файлов устройств, а не одно? Исторически так сложилось (и для удобства поддержания), что файловая система была разделена на подсистемы. Файлы в подсистеме доступны через каталог главной системы. Программа /etc/mount показывает соответствие между файлами устройств и каталогами:

$ /etc/mount

rp01 on /usr

$

В нашем случае каталог root находится на /dev/rp00 (хотя команда /etc/mount об этом не сообщает), а файловая система пользователей, т.е. файлы из каталога /usr и вложенных каталогов, находится на /dev/rp01.

Каталог /root должен быть доступен системе для выполнения команд. Каталоги /bin, /dev и /etc всегда находятся в корневом каталоге, поскольку при запуске системы доступны только файлы корневого каталога, а такие, как /bin/sh, необходимы для работы. Во время раскрутки системы все файловые системы проверяются на целостность (см. icheck(8) или fsck(8)) и подключаются к корню иерархии файлов. Эта операция подключения называется присоединением и является программистским эквивалентом операции установки пакета дисков на накопитель; обычно она выполняется только суперпользователем. После присоединения /dev/rp01 в качестве /usr файлы пользователей становятся доступными, как если бы они были частью корневого каталога.

Для обычного пользователя детали операции присоединения подсистемы файлов представляют мало интереса, но здесь есть несколько моментов, относящихся к нашей теме. Во-первых, поскольку подсистемы файлов могут быть присоединены и отсоединены, недопустимо устанавливать связь с файлом из другой подсистемы. Например, нельзя связать программы из общего каталога /bin с какими-то файлами из каталогов /bin пользователей, поскольку /usr находится в иной подсистеме файлов, чем /bin:

$ ln /bin/mail /usr/you/bin/m

ln: Cross-device link

$

Проблема могла возникнуть и потому, что значения индексных дескрипторов иногда совпадают в различных файловых системах.

Далее, каждая подсистема ограничена по размеру (числу доступных блоков для файлов) и числу индексных дескрипторов. Если подсистема заполнена, то невозможно расширять файлы в такой системе, пока не будет добавлено какое-то пространство. Команда df ("disc free space" — свободное пространство диска) выдает сообщение о доступном пространстве в присоединенной подсистеме файлов:

$ df

/dev/rp00 1989

/dev/rp01 21257

В каталоге /usr имеется 21257 свободных блоков. Достаточно ли этого пространства или наступил кризис, зависит от того, как система используется; в одних случаях требуется больше свободного пространства, в других — меньше. Кстати, из всех команд df, вероятно, обеспечивает наибольшее разнообразие в формате вывода. Результат действия вашей команды df может выглядеть совершенно иначе.

Рассмотрим теперь некоторые более общие понятия. При входе в систему вы устанавливаете связь вашего терминала с системой и, значит, получаете в каталоге /dev файл, через который передаются вводимые и принимаемые вами символы. Команда tty сообщает, какой терминал вы используете:

$ whoami

you tty0 Sep 28 01:02

$ tty

/dev/tty0

$ ls -l /dev/tty0

crw--w--w- 1 you 1, 12 Sep 28 02:40 /dev/tty0

$ date >/dev/tty0

Wed Sep 28 02:40:51 EDT 1983

$

Заметьте, что вы владелец устройства и только у вас есть право на чтение с него. Иными словами, никто не может непосредственно читать вводимые вами символы, но выводить на ваш терминал может любой. Во избежание этого можно изменить права доступа к устройству, запретив тем самым другим использовать программу write для прямой записи или просто воспользоваться командой mesg.

$ mesg n Запретим сообщения

$ ls -l /dev/tty0

crw--w---- 1 you 1, 12 Sep 28 02:41 /dev/tty0

$ mesg y Разрешим

$ ls -l /dev/tty0

crw--w--w- 1 you 1, 12 Sep 28 02:42 /dev/tty0

$

Часто бывает удобно использовать имя для ссылки на применяемый терминал, но трудно определить, каково имя вашего терминала. Имя устройства /dev/tty является синонимом имени терминала, с которого вы вошли в систему, с каким бы терминалом вы ни работали на самом деле:

$ date >/dev/tty

Wed Sep 28 02:42:23 EDT 1983

$

Имя /dev/tty особенно полезно, если программе необходимо начать диалог с пользователем, в то время когда ее стандартный входной и выходной потоки связаны с файлами, а не с терминалом. Команда crypt является одной из команд, использующих имя /dev/tty. "Открытый" текст поступает из стандартного входного потока, а зашифрованная информация направляется в стандартный выходной поток, поэтому команда crypt читает ключ для шифрования с /dev/tty:

$ crypt cryptedtext

Enter key: Введите ключ шифрования

$

В данном примере имя /dev/tty используется неявно, но все-таки используется. Если бы команда crypt читала ключ из стандартного входного потока, она бы прочла первую строку из файла cleartext. Вместо этого она открывает файл /dev/tty, отключает автоматическое эхо вводимых символов, чтобы ваш ключ не появился на экране, и читает ключ. В гл. 5 и 6 приводится несколько других примеров использования /dev/tty.

Иногда вы хотите запустить программу, но вам не важен результат ее выполнения. Например, вы могли уже ознакомиться с сегодняшними новостями и не желаете читать их еще раз. Переключение вывода команды news в файл /dev/null приведет к игнорированию выходного потока:

$ news >/dev/null

$

Информация, направляемая в /dev/null, просто пропадает, а программы, читающие из этого файла, сразу получают символ конца файла, поскольку программа чтения всегда возвращает 0 прочитанных байтов.

Обычно файл /dev/null используют, чтобы отказаться от стандартного выходного потока и сделать видимыми диагностические сообщения. Например, команда time (time(1)) сообщает об использованном программой процессорном времени. Результат выдается в стандартный поток диагностики, так что можно хронометрировать команды, производящие преобразование входного потока в выходной, переключая стандартный выходной поток в файл /dev/null:

$ ls -l /usr/diet/words

-r--r--r-- 1 bin 196513 Jan 20 1979 /usr/dict/words

$ time grep e /usr/dict/words/ >/dev/null

real 13.0

user  9.0

sys   2.7

$ time egrep e /usr/dict/words >/dev/null

real  8.0

user  3.9

sys   2.8

$

Команда time выдает прошедшее календарное время, время процессора, затраченное программой, и время процессора, затраченное ядром системы для выполнения запросов программы. Команда egrep — это мощный вариант команды grep, который мы обсудим в гл. 4; она выполняется почти в два раза быстрее команды grep при просмотре больших файлов. Если бы выдача команд egrep или grep не была переключена в /dev/null или текущий файл, пришлось бы ждать, пока сотни тысяч символов "пробегут" на экране, прежде чем появятся нужные нам временные характеристики.

Упражнение 2.9

Познакомьтесь с другими файлами каталога /dev , прочитав разд. 4 справочного руководства. В чем состоит разница между /dev/mt0 и /dev/rmt0 ? Прокомментируйте возможную пользу применения вложенных каталогов в /dev для дисков, магнитных лент и т.п.

Упражнение 2.10

Магнитные ленты, записанные в других системах, обычно имеют другие размеры блоков, такие, как 800 байт — десятикратный образ перфокарты из 80 символов, но устройство /dev/mt0 предполагает блоки из 512 байт. Обратитесь к команде dd ( dd(1) ), чтобы узнать, как читать такую ленту.

Упражнение 2.11

Почему /dev/tty не является просто связью с терминалом, с которого вы вошли в систему? Что бы произошло, если бы права доступа для него были rw--w--w- , как на вашем терминале?

Упражнение 2.12

Как работает write(1) ? Подсказка: см. в utmp(5) .

Упражнение 2.13

Как узнать, использует ли человек терминал в данный момент?

Историческая и библиографическая справка

Файловой системе посвящена часть статьи К. Томпсона "UNIX implementation" (BSTJ, July, 1978). Статья Д. Ритчи ""The evolution of the UNIX time-sharing system" (Symposium on Language Design and Programming Methodology", Sydney, Australia, Sept., 1979) содержит завораживающее описание того, как разрабатывалась и была реализована на исходной PDP-7 файловая система UNIX и как она приобрела нынешнюю форму.

При создании файловой системы UNIX были заимствованы некоторые идеи из системы файлов МАЛТИКС. Содержательное описание последней содержится в книге И. Органика "The MULTICS System: An Examination of its Structure" (MIT Press, 1972).

Статья Б. Морриса и К. Томпсона "Password security: a case history" посвящена интересным сравнениям механизмов паролей во многих системах. Ее можно найти в т. 2В справочного руководства программиста системы UNIX. В том же томе есть статья Д. Ритчи "On the security of UNIX", в которой поясняется, что безопасность системы в большей степени зависит от мер, принимаемых администрацией, чем от деталей таких программ, как crypt .