系统数据文件和信息

Unix 系统的正常运行需要使用大量与系统有关的数据文件，例如，口令文件 /etc/passwd 和组文件 /etc/group 都是经常被多个程序频繁使用的两个文件。用户每次登录 Unix 系统以及每次执行 ls -l 命令时都要使用口令文件。

`/etc/passwd` 文件

Unix 系统口令文件中的每一行记录包含了以下的字段

在这里插入图片描述

这些字段都在 passwd 结构体中，该结构体的具体形式:

struct passwd {char   *pw_name;       /* username */char   *pw_passwd;     /* user password */uid_t   pw_uid;        /* user ID */gid_t   pw_gid;        /* group ID */char   *pw_gecos;      /* user information */char   *pw_dir;        /* home directory */char   *pw_shell;      /* shell program */
};

由于历史原因，口令文件是 /etc/passwd，而且是一个 ASCII 文件，每一行包含了结构中的各种字段，字段之间用冒号分隔。

虽然可以在此文件获取到用户和用户组的信息，但并不是每个 Linux 系统都是使用此文件保存口令信息。POSIX.1 定义了两个获取口令文件的函数，函数原型如下:

#include <sys/types.h>
#include <pwd.h>struct passwd *getpwnam(const char *name);
struct passwd *getpwuid(uid_t uid);

通过指定的用户名或用户 id，返回 passwd 结构的指针(passwd 结构通常是函数内部的静态变量)，即可获取这个用户的所有相关信息。

pw_shell 成员保存的是该用户的登录 shell，如果此字段为空，则默认使用 /bin/sh。如果想要阻止一个特定用户登录系统，可以将将此字段改为 /dev/null 或 /bin/false。

获取某个文件的所属用户名：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <pwd.h>int main(int argc, char *argv[]) {if (1 == argc) {fprintf(stderr, "Usage: %s filename ...\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}struct passwd *passwd_line = NULL;for (int i = 0; i < argc; ++i) {struct stat stat_buf;if (-1 == stat(argv[i], &stat_buf)) {perror("stat() error");exit(EXIT_FAILURE);}passwd_line = getpwuid(stat_buf.st_uid);printf("%s name is %s\n", argv[i], passwd_line->pw_name);}return 0;
}

如果要获取整个口令文件，则需要使用以下的函数

#include <sys/types.h>
#include <pwd.h>struct passwd *getpwent(void);  // 返回口令文件中的下一个记录项
void setpwent(void);            // 反绕它所使用的文件
void endpwent(void);            // 关闭该文件

在使用 getpwent 查看完口令文件后，一定要调用 endpwent 文件。gerpwent 知道什么时候应当打开它所使用的文件(第一次被调用时)，但是不知道何时关闭这些文件。在函数开始调用 setpwent 是自我保护性的措施，以便确保如果调用者在此之前已经调用 getpwent 打开了文件情况下，反绕有关文件使它们定位到文件开始处。getpwnam 和 getpwuid 完成后不应使有关文件仍处于打开状态，所以应当调用 endpwent 关闭它们。

getpwnam 的一个简单实现：

#include <pwd.h>
#include <stddef.h>
#include <string.h>struct passwd* getpwnam(const char *name) {struct passwd *ptr;setpwent(); // 打开口令文件while ((ptr = getpwent()) != NULL)  // 逐一获取口令文件中的每一行并比较if (strcmp(name, ptr->pw_name) == 0)break;endpwent();   // 关闭口令文件return(ptr);  // 返回用户名
}

`/etc/group` 文件

用户组的相关信息可以在 /etc/group 文件中读取到，该文件中的每行数据都保存在 group 结构中，包含以下字段

在这里插入图片描述

这些字段都保存在 group 结构中，该结构的具体形式如下:

struct group {char   *gr_name;        /* group name */char   *gr_passwd;      /* group password */gid_t   gr_gid;         /* group ID */char  **gr_mem;         /* NULL-terminated array of pointersto names of group members */
};

POSXI.1 定义两个函数来获取用户组的信息，其函数原型如下:

#include <sys/types.h>
#include <grp.h>// 成功返回 group 指针，失败返回 NULL
struct group *getgrnam(const char *name);
struct group *getgrgid(gid_t gid);

获取某个文件的所属用户组：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <grp.h>int main(int argc, char *argv[]) {if (1 == argc) {fprintf(stderr, "Usage: %s filename ...\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}struct group *group_line = NULL;for (int i = 1; i < argc; ++i) {struct stat stat_buf;if (-1 == stat(argv[i], &stat_buf)) {perror("stat() error");exit(EXIT_FAILURE);}group_line = getgrgid(stat_buf.st_gid);printf("%s belong to %s\n", argv[i], group_line->gr_name);}return 0;
}

如同口令文件一样，如果获取全部的用户组信息，也有对应的处理函数，使用的原理也基本相同。

#include <sys/types.h>
#include <grp.h>struct group *getgrent(void);
void setgrent(void);
void endgrent(void);

`/etc/shadow` 文件

加密口令是经单向加密算法处理过的用户口令副本，因为此算法是单向的，所以不能从加密口令猜测到原来的口令。某些系统将加密口令存放在一个称为阴影口令的文件中，如 /etc/shadow，该文件至少要包含用户名和加密口令。我们也可以如同上面的两个文件，通过登录用户名获取文件中对应的字段信息，函数原型如下：

#include <shadow.h>struct spwd *getspnam(const char *name);
struct spwd *getspent(void);

spwd 结构的具体形式如下:

struct spwd {char *sp_namp;     /* Login name */char *sp_pwdp;     /* Encrypted password */long  sp_lstchg;   /* Date of last change(measured in days since1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)) */long  sp_min;      /* Min # of days between changes */long  sp_max;      /* Max # of days between changes */long  sp_warn;     /* # of days before password expiresto warn user to change it */long  sp_inact;    /* # of days after password expiresuntil account is disabled */long  sp_expire;   /* Date when account expires(measured in days since1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)) */unsigned long sp_flag;  /* Reserved */
};

此文件不应是一般用户可以读取的，仅有少数几个程序需要访问加密口令，如 login(1) 和 passwd(1)，这些程序常常设置用户 ID 为 root 的程序。

使用 crypt() 函数可以获取加密口令，函数原型如下：

#include <crypt.h>char *crypt(const char *phrase, const char *setting);

获取加密口令：

#include <crypt.h>
#include <shadow.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char *argv[]) {if (2 != argc) {fprintf(stderr, "Usage: %s <username>\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}struct spwd *shadow_line = NULL;shadow_line = getspnam(argv[1]);char *input_pass = getpass("PassWord: "); // 获取密码输入并且不在终端回显char *crypt_pass = crypt(input_pass, shadow_line->sp_pwdp);if (0 == strcmp(shadow_line->sp_pwdp, crypt_pass))puts("ok!");elseputs("failed");return 0;
}

附属组 ID 和登录账户记录

附属组 ID

当用户登录时，系统就按口令文件记录项中的数值 ID，赋给他实际组 ID，还可以属于 16 个另外的组。因此访问权限检查不仅将进程的有效组 ID 与文件的组 ID 比较，而且也将所有附属组 ID 和文件的组 ID 进行比较。相关函数如下:

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <grp.h>int getgroups(int size, gid_t list[]);
int setgroups(size_t size, const gid_t *list);
int initgroups(const char *user, gid_t group);

登录账户记录

大多数的 Unix 系统都提供这两个数据文件: utmp 文件记录当前登录到系统的各个用户；wtmp 文件跟踪各个登录和注销事件。

struct utmp {short   ut_type;              /* Type of record */pid_t   ut_pid;               /* PID of login process */char    ut_line[UT_LINESIZE]; /* Device name of tty - "/dev/" */char    ut_id[4];             /* Terminal name suffix,or inittab(5) ID */char    ut_user[UT_NAMESIZE]; /* Username */char    ut_host[UT_HOSTSIZE]; /* Hostname for remote login, orkernel version for run-levelmessages */struct  exit_status ut_exit;  /* Exit status of a processmarked as DEAD_PROCESS; notused by Linux init (1 *//* The ut_session and ut_tv fields must be the same size whencompiled 32- and 64-bit.  This allows data files and sharedmemory to be shared between 32- and 64-bit applications. */
#if __WORDSIZE == 64 && defined __WORDSIZE_COMPAT32int32_t ut_session;           /* Session ID (getsid(2)),used for windowing */struct {int32_t tv_sec;           /* Seconds */int32_t tv_usec;          /* Microseconds */} ut_tv;                      /* Time entry was made */
#elselong   ut_session;           /* Session ID */struct timeval ut_tv;        /* Time entry was made */
#endifint32_t ut_addr_v6[4];        /* Internet address of remotehost; IPv4 address usesjust ut_addr_v6[0] */char __unused[20];            /* Reserved for future use */
};

登录时，login 程序填写此类型结构，然后将其写入到 utmp 文件中，同时也将其添写到 wtmp 文件中。注销时，init 进程将 utmp 文件中相应的记录擦除（每个字节都填以 null 字节），并将一个新记录添写到 wtmp 文件中。在 wtmp 文件的注销记录中，ut_name 字段清除为 0。在系统再启动时，以及更改系统时间和日期的前后，都在 wtmp 文件中追加写特殊的记录项。who(1) 程序读取 utmp 文件，并以可读格式打印其内容。后来的 Unix 版本提供 last(1) 命令，它读 wtmp 文件并打印所选择的记录。

时间和日期例程

Unix 内核提供的基本时间服务是计算自协调世界时公元 1970 年 1 月 1 日 00:00::00 这一特定时间以来经过的秒数。返回当前时间的函数如下:

#include <time.h>time_t time(time_t *tloc);

如果 tloc 为非空指针，则将时间值存储在 tloc 所指向的内存；如果是空指针，则直接返回一个整型时间值；如果失败，则返回 (time_t) -1 值，并用 errno 指明错误类型。

当取得从特定时间经过秒数的整型时间后，这是计算机喜欢的方式，我们程序无法理解其具体时间。因此，通常要调用函数将其转换为分解的时间结构，使其成为人们可读的时间和日期。主要有以下几个函数:

#include <time.h>// 下面的两个函数会将整型的时间分解成 tm 结构的指针，如果出错，返回 NULL
struct tm *gmtime(const time_t *timep);
struct tm *localtime(const time_t *timep);// 下面的函数将 tm 结构的时间转换成整型的时间
time_t mktime(struct tm *tm);

上述 tm 结构的具体形式如下:

struct tm {int tm_sec;    /* Seconds (0-60) */int tm_min;    /* Minutes (0-59) */int tm_hour;   /* Hours (0-23) */int tm_mday;   /* Day of the month (1-31) */int tm_mon;    /* Month (0-11) */int tm_year;   /* Year - 1900 */int tm_wday;   /* Day of the week (0-6, Sunday = 0) */int tm_yday;   /* Day in the year (0-365, 1 Jan = 0) */int tm_isdst;  /* Daylight saving time */
};

将整型的时间转换成年月日时分秒的形式：gmtime 与 localtime 之间的区别是: localtime 将日历时间转换成本地时间(考虑本地时间和夏令时标志)，我们中国时区一般使用的是 localtime。而 gmtime 则将日历时间转换成协调统一的年、月、日、时、分、周日分解结构。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main(int argc, const char *argv[]) {time_t time_now = time(NULL);struct tm *ltime_now = localtime(&time_now);printf("------localtime------\n");printf("%d 年 %d 月 %d 日 %d 时 %d 分 %d 秒\n", ltime_now->tm_year + 1900, ltime_now->tm_mon + 1, ltime_now->tm_mday,ltime_now->tm_hour, ltime_now->tm_min, ltime_now->tm_sec);printf("%d 天 %d 日 %d \n", ltime_now->tm_yday, ltime_now->tm_wday, ltime_now->tm_isdst);struct tm *gtime_now = gmtime(&time_now);printf("------gtime------\n");printf("%d 年 %d 月 %d 日 %d 时 %d 分 %d 秒\n", gtime_now->tm_year + 1900, gtime_now->tm_mon + 1, gtime_now->tm_mday,gtime_now->tm_hour, gtime_now->tm_min, gtime_now->tm_sec);printf("%d 天 %d 日 %d \n", gtime_now->tm_yday, gtime_now->tm_wday, gtime_now->tm_isdst);return 0;
}

输出内容如下:

------localtime------
2024 年 6 月 11 日 15 时 8 分 4 秒
162 天 2 日 0
------gtime------
2024 年 6 月 11 日 7 时 8 分 4 秒
162 天 2 日 0

man 手册中的 asctime 和 ctime 能用于产生一个 26 字节的可打印的字符串，类似于 date(1) 命令的默认输出，但是这些函数已经被弃用。

上面程序中要输出指定的时间内容需要自己通过成员访问调用，十分麻烦，Unix 有函数可以实现格式化时间转换，如同 printf 一样，函数原型如下:

#include <time.h>// 将 tm 结构的时间按匹配的格式保存
/*** @param*   s：保存转换后的字符串空间*   max：内存的最大大小*   format：格式化转换的方式*   tm：分解过后的时间* @return：内存空间足够，返回存入内存中数据的大小，否则返回 0*/
size_t strftime(char *s, size_t max, const char *format,const struct tm *tm);// 将指定的时间格式转换成 tm 结构
#define _XOPEN_SOURCE       /* See feature_test_macros(7) */
char *strptime(const char *s, const char *format, struct tm *tm);

转换说明有多种形式，大约有 30 多种转换说明，如下所示；

在这里插入图片描述

实现一个简单的 date 命令

#include <time.h>
#include <stdio.h>#define BUFFERSIZE 4096int main() {// 获取整型的时间值time_t time_now = time(NULL);// 对整型值进行分解struct tm *ltime_now = localtime(&time_now);// 格式化转换时间char buf[BUFFERSIZE] = {0};int res = strftime(buf, BUFFERSIZE, "%G %m %d %A %T %Z", ltime_now);if (0 == res)puts("failed");elseputs(buf);return 0;
}