UNIX 系統程式設計筆記（二）：檔案與目錄權限深度解析

Linux 安全機制核心觀察

Linux 權限模型以「使用者/群組/其他」三層，配合 r/w/x、setuid/setgid、sticky bit 構成靈活防護網。目錄與檔案的權限語義差異是新手最易混淆處。

實用程式碼片段

1. 複製檔案並保留「洞」（Sparse File）

標準 cp 會將洞（未寫入區塊）展開為實體 \\0，導致檔案膨脹。以下程式碼以單位元組讀取，跳過 \\0 實現「複製時保留洞」：

#include <apue.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    char buf[1];
    int fd_in = open("temp_in_hole", O_RDONLY);
    int fd_out = open("temp_out_hole", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    int n;

    while ((n = read(fd_in, buf, 1)) > 0) {
        if (buf[0] != '\\0') {
            if (write(fd_out, buf, 1) != n)
                err_sys("write error");
        } else {
            lseek(fd_out, 1, SEEK_CUR);  // 跳過輸出端對應位置，形成洞
        }
    }
    close(fd_in);
    close(fd_out);
    return 0;
}

效能註記：單位元組 I/O 極慢。生產環境應用 lseek 掃描輸入檔案的洞邊界，再以大塊 read/write 或 copy_file_range 系統呼叫處理。

2. 遞迴遍歷目錄樹（ftw 風格）

static int dopath(Myfunc *func) {
    struct stat statbuf;
    struct dirent *dirp;
    DIR *dp;
    int ret;
    char *ptr;

    if (lstat(fullpath, &statbuf) < 0)
        return func(fullpath, &statbuf, FTW_NS);

    if (!S_ISDIR(statbuf.st_mode))
        return func(fullpath, &statbuf, FTW_F);

    if ((ret = func(fullpath, &statbuf, FTW_D)) != 0)
        return ret;

    ptr = fullpath + strlen(fullpath);
    *ptr++ = '/';
    *ptr = '\\0';

    if (chdir(fullpath) < 0) {  // 切換工作目錄提升效能
        err_ret("chdir failed for %s", fullpath);
        return -1;
    }

    if ((dp = opendir(".")) == NULL)
        return func(fullpath, &statbuf, FTW_DNR);

    while ((dirp = readdir(dp)) != NULL) {
        if (strcmp(dirp->d_name, ".") == 0 || strcmp(dirp->d_name, "..") == 0)
            continue;
        strcpy(ptr, dirp->d_name);
        if ((ret = dopath(func)) != 0)
            break;
    }

    ptr[-1] = '\\0';
    closedir(dp);
    chdir("..");
    return ret;
}

技巧：chdir 進入子目錄後用相對路徑 opendir(".")，避免長路徑字串拼接，並減少 lstat 的路徑解析開銷。

關鍵知識點整理

1. 資料無二進制/文字之分：核心視所有檔案為位元組流。
2. FIFO (Named Pipe)：特殊檔案類型，用於進程間通訊。
3. stat vs lstat：stat 會追蹤符號連結，lstat 回傳連結本身資訊。
4. setuid 實例：passwd 程式擁有 root 擁有者與 setuid 位，一般使用者執行時取得 root 權限，得以修改 /etc/passwd。
5. 目錄的 x 權限 = search bit：必須擁有目錄的 x 才能 open() 其下檔案；r 僅能列出檔名。
6. 建立/刪除檔案：需目錄的 w + x；刪除不需檔案本身的 w。
7. 硬連結目錄危險：可能形成循環，導致 fsck/find 等工具死循環，故多數 UNIX 禁止對目錄建立硬連結。
8. sticky bit 目錄（如 /tmp）：擁有 w+x 且滿足「檔案擁有者 / 目錄擁有者 / root」任一條件才能刪除檔案。
9. ln -s ../foo link：符號連結目標可不存在；相對路徑按連結檔案位置解析。
10. inode：固定長度條目，儲存檔案元資料（權限、時間戳、區塊指標等），stat 多數資訊來自 inode。
11. 目錄本質：包含 (檔名, inode號) 對應表的特殊檔案。
12. typedef 簡化函數指標：typedef int Func(int, int); static Func my_func; 等同 static int my_func(int, int);，增強可讀性。
13. 指標運算優先序：*p++ = '0' 先賦值再遞增指標；*++p = '0' 先遞增再賦值。
14. ptr[-1] 等價 *(ptr-1)，存取前一個元素。
15. 當前工作目錄屬於進程：chdir 只影響呼叫進程及其子進程。
16. open(..., O_TRUNC) 會清空現有檔案內容但保留權限位。
17. 目錄大小永不為 0：至少含 . 和 .. 兩項；符號連結大小 = 路徑字串長度。
18. time ./prog 量測程式總執行時間。
19. PATH_MAX 限制：核心無目錄深度限制，但許多工具（如 getcwd）在路徑超過 PATH_MAX 會失敗。

參考資料

《Advanced Programming in the UNIX Environment (APUE)》