APUE 文件與目錄操作（上）：用戶 ID、文件權限、粘著位、文件系統核心結構

APUE 文件系統基石：ID 體系、權限模型、inode 與目錄結構

本文系統梳理進程 6 類 ID 差異、文件權限位語義、粘著位演變、文件截斷、傳統 UNIX 文件系統佈局與 inode/目錄項關係。

一、進程六大 ID 體系

Set-UID 機制實戰

/usr/bin/passwd 權限 -rwsr-xr-x（s 位 = Set-UID）：

// 測試程式
printf("Real UID: %d, Effective UID: %d\n", getuid(), geteuid());

// 普通用戶運行: Real=1000, Eff=1000
// root 執行 chown root a.out && chmod u+s a.out
// 再運行: Real=1000, Eff=0(root)

Set-UID 讓普通用戶臨時獲得文件擁有者（通常是 root）權限，完成特權操作（如修改 /etc/passwd）。

二、chmod/fchmod 權限修改

#include 
int chmod(const char *path, mode_t mode);
int fchmod(int fd, mode_t mode);

mode 為位掩碼組合：

• S_ISUID Set-UID、S_ISGID Set-GID、S_ISVTX 粘著位
• S_IRWXU 用戶讀寫執行、S_IRUSR 讀、S_IWUSR 寫、S_IXUSR 執行
• 組/其他權限對應 S_IRWXG/S_IRWXO 等

需：Effective UID = 文件擁有者 或 root。

三、粘著位演變與現代用途

• 早期：可執行文件設粘著位 → 程式文本駐留交換區 → 加速後續載入
• 現代：虛存系統已無此需求，轉用於目錄
• 目錄粘著位：/tmp、/var/spool/uucppublic 等公共寫入目錄設 +t（drwxrwxrwt）
• 效果：只有文件擁有者、目錄擁有者或 root 可刪除/重命名目錄下文件，防止用戶誤刪他人文件

四、chown/fchown/lchown 所有權變更

int chown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);
int fchown(int fd, uid_t owner, gid_t group);
int lchown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);  // 不跟隨符號連接

_POSIX_CHOWN_RESTRICTED 生效時：

1. 非 root 不可更改文件 UID
2. 非 root 只能將自己文件的 GID 改為自己所屬組之一
3. 非 root 成功調用會清除 Set-UID/Set-GID 位

五、文件長度與截斷

• st_size：普通文件/目錄/符號連接的字節數。目錄通常為 16/512 倍數
• truncate(path, len)/ftruncate(fd, len)：縮短文件。超出部分不可訪問；擴展行為實現相關（可能以 0 填充）

六、傳統 UNIX 文件系統佈局

• 啟動塊、超級塊、inode 表、數據塊區
• inode：固定長度記錄，含類型、權限、長度、時間、數據塊指標陣列
• 

七、硬連接與符號連接本質

• 硬連接：目錄項直接指向 inode。st_nlink 計數。不可跨文件系統，不可連接目錄
• 符號連接：文件數據塊存儲目標路徑字符串。可跨文件系統，可連接目錄
• 目錄項：僅含 文件名 + inode 號。stat 多數信息來自 inode

八、目錄連接計數規律

• 葉目錄（無子目錄）：st_nlink = 2（父目錄項 + 自身 . 項）
• 非葉目錄：st_nlink ≥ 3（父目錄項 + . + 每個子目錄的 .. 項）
• 根目錄 .. 指向自身