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Système de fichiers

Un système de fichiers (ou système de gestion des fichiers) représente la façon de stocker les fichiers, leurs informations et les organiser et sur un support physique de stockage de masse. Parmi les plus courant on peut citer :

Ext4, système de fichier par défaut sur la plupart des installation GNU/Linux
NTFS, système de fichiers par défaut de Microsoft Windows
YAFFS pour Android
APFS pour les machines Apple (MacOS, iOS, et Apple TV)
ZFS pour les Unix

C'est bien entendu une liste non exhaustive, on pourrait citer des système plus ancien comme FAT, UFS, HFS etc. Ou d'autres spécifique comme CEPH (système de fichiers pour clusters).

Anatomie d'un stockage de masse

Dans les premiers secteurs d'un disque dur, on trouve la table de partitions cartographiant le disque. Il en existe deux type principaux : BPT et MBR Du type de MBR découlera le nombres de partitions : 4 pour MD-DOS et pas de limites pour le GPT par exemple.

Gestion des fichiers dans le cas de la FAT

Le système de fichier FAT de Microsoft utilise le chainage de blocs : la table d'allocation de fichiers contient l'adresse du premier bloc du fichiers. À la fin de ce bloc, on obtient l'adresse du suivant. Avec ce système, la lecture séquentielle est lente.

Le cas le L'UFS

L'UFS pour Unix File System utilise, comme la plupart des systèmes de fichiers moderne sous les systèmes Unix, utilise les i-nodes. Un numéro unique d'inode est attribué à chaque fichier. Chaque fichier a un seul inode mais il peut avoir plusieurs nom

Un inode peut aussi contenir d'autres informations comme le créateurs, les accès etc.

Appels Systèmes

La lecture des attributs de fichiers se fait par un appel système stat().

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

Récupère les informations du fichiers pointé par *pathname et rempli la structure *statbuf. En cas de succès renvoie 0 sinon -1 et positionne errno.

Il est aussi possible d'utiliser fstat(), variante de stat() mais utilisant un descripteur de fichier.

int fstat(int fd, struct stat *statbuf);

lstat() est utiliser dans le cas de lien symbolique, cet appel est utiliser afin de récupérer les informations sur le lien lui-même et non le fichier pointé.

int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

La structure stat

Voici les informations contenues dans la structure de type stat.

struct stat {
    dev_t       st_dev;     /* Périphérique */
    ino_t       st_ino;     /* numéro d'inode */
    mode_t      st_mode;    /* protection */
    nlink_t     st_nlink;   /* nombres de lien physiques */
    uid_t       st_uid ;    /* UID du propriétaire */
    gui_t       st_gid;     /* UID du groupe */
    dev_t       st_rdev;    /* type de périphérique */
    off_t       st_size;    /* taille totale en octets */
    blksize_t   st_blksize; /* taille de bloc pou E/S */
    blkcnt_t    st_blocks;  /* nombres de blocks de 512o alloués */
    struct timespec st_atim; /* heure du dernier accès */
    struct timespec st_mtim; /* heure de la dernière modification */
    struct timespec st_ctim; /* heure du dernier changemet d'état */
}

st_rdev, st_blksize, et st_blocks ne sont pas requises par POSIX.1 mais définies comme extensions dans SUS.

st_mode : Permissions d’accès au fichier ainsi que le type de ce dernier (répertoire, socket, fichier normal, etc.)
st_ino :Numéro de référence du fichier (SUSv4), identifiant unique d’accès au contenu du fichier, plus communément sous UNIX : numéro d’i-inœud
st_dev : Numéro du périphérique qui contient le système de fichier auquel se rapporte le numéro d’i-inœud
st_nlink : Nombre de liens physiques sur i-inœud (un fichier peut avoir plusieurs noms). L’appel système unlink() décrémente cette valeur jusqu'à 0 alors le fichier sera réellement supprimé.
st_size : Taille du fichier mesurée en octets (uniquement utile pour les fichiers normaux)

tests sur les types de fichiers

Ces extraits de codes permettent de tester les types de fichiers. statbuf étant le retour de stat() ou de ses dérivées.

if (S_ISREG(statbuf.st_mode)) {
    printf "Regular file";
}
if (S_ISDIR(statbuf.st_mode)) {
    printf "Directory file";
}
if (S_ISCHR(statbuf.st_mode)) {
    printf "Character special file";
}
if (S_ISBLK(statbuf.st_mode)) {
    printf "Block special file";
}
if (S_ISFIFO(statbuf.st_mode)) {
    printf "Pipe or Fifo";
}
if (S_ISLNK(statbuf.st_mode)) {
    printf "Symbolic link";
}
    if (S_ISSOCK(statbuf.st_mode)) {
    printf "Socket";
}

Exemple de code

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
    int i;
    struct stat statbuf;
    for (i = 1; i < argc; i++) {
        printf("%s: ", argv[i]);
        if (lstat(argv[i], &statbuf) < 0) {
            perror("Unable to get stats");
            continue;
         }
        if (S_ISREG(statbuf.st_mode)) {
            printf("regular\n");
        }
        else if (S_ISDIR(statbuf.st_mode)) {
            printf("directory\n");
        }
        else if (S_ISCHR(statbuf.st_mode)) {
            printf("character special\n");
        }
        else if (S_ISBLK(statbuf.st_mode)) {
            printf("block special\n");
        }
        else if (S_ISFIFO(statbuf.st_mode)) {
            printf("fifo\n");
        }
        else if (S_ISLNK(statbuf.st_mode)) {
            printf("symbolic link\n");
        }
        else if (S_ISSOCK(statbuf.st_mode)) {
            printf("socket\n");
        }
        else {
            printf("*unknown*\n");
        }
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

Exécution

$ ./stat-file /etc /etc/passwd /dev/null /dev/sda
/etc: directory
/etc/passwd: regular
/dev/null: character special
/dev/sda: block special

Tests sur les permissions de fichiers

Les extraits de codes suivant permettent des tester les permissisons sur les fichiers et répertoires.

if (statbuf.st_mode & S_IRUSR) { printf "User can read"; }
if (statbuf.st_mode & S_IWUSR) { printf "User can write"; }
if (statbuf.st_mode & S_IXUSR) { printf "User can execute"; }
if (statbuf.st_mode & S_IRGRP) { printf "Group can read"; }
if (statbuf.st_mode & S_IWGRP) { printf "Group can write"; }
if (statbuf.st_mode & S_IXGRP) { printf "Group can execute"; }
if (statbuf.st_mode & S_IROTH) { printf "Others can read"; }
if (statbuf.st_mode & S_IWOTH) { printf "Others can write"; }
if (statbuf.st_mode & S_IXOTH) { printf "Others can execute";}

changer les permissions sur un fichier

#include <sys/stat.h>
int chmod(const char *pathname, mode_t mode);

Modifie les permissions du fichier référencé par *pathname

in fchmod(int fd, mode_t mode);

Modifie les permissions tout comme chmod() mais prend un descripteur de fichier en paramètre.

Dans les deux cas, mode est un masquage de bits avec les paramètres suivants :

mode	octal	utilisation
S_IRWXU	00700	Le propriétaire a le droit de lire, écrire, exécuter
S_IRUSR	00400	L’utilisateur a le droit de lire
S IWUSR	00200	L'utilisateur a le droit d'écrire
S IXUSR	00100	L'utilisateur a le droit d'exécuter
S_IRWXG	00070	Le groupe a le droit de lire, écrire, exécuter
S_IRGRP	00040	Le groupe a le droit de lire
S IWGRP	00020	Le groupe a le droit d'écrire
S IXGRP	00010	Le groupe a le droit d'exécuter
S_IRWXO	00007	Le propriétaire a le droit de lire, écrire, exécuter
S_IROTH	00004	Les autres ont le droit de lire
S IWOTH	00002	Les autres onr le droit d'écrire
S IXOTH	00001	Les autres ont le droit d'exécuter
		S_ISUID, S_ISGID, S_ISVTX, cf. man 2 chmod

En cas de succès, retourne 0, sinon -1 et positionne errno

Modifier l'appartenance d'un fichier

#include <unistd.h>
int chown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);

Modifie l'appartenance d'un fichier pointé par *path. comme pour stat(), il existe un variante avec un descripteur de fichiers : fchown() et une pour les lien symboliques lchmod().