UNIX再学习 -- 系统数据文件和信息

UNIX 系统的正常运作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 /ect/group 就是经常被多个程序频繁使用的两个文件。用户每次登陆 UNIX 系统，以及每次执行 ls -l 命令时都要使用口令文件。

一、口令文件

1、口令文件简介

UNIX 系统口令文件包含的字段，而这些字段包含在 /usr/include/pwd.h 中的定义的 passwd 结构中。

/* The passwd structure.  */
struct passwd
{
char *pw_name;		/* Username.  */
char *pw_passwd;		/* Password.  */
__uid_t pw_uid;		/* User ID.  */
__gid_t pw_gid;		/* Group ID.  */
char *pw_gecos;		/* Real name.  */
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。这部分讲过，这话说的我都自信满满了。参看：Hi3516A开发--/etc/passwd

# cat /etc/passwd
root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
tarena:x:1000:1000:tarena,,,:/home/tarena:/bin/bash
nobody:x:65534:65534:nobody:/nonexistent:/bin/sh

各字段含义就不讲了，关于这些登录项，请注意下列各点：（1）通常有一个用户名为 root 的登录项，其用户 ID 是 0（超级用户）。（2）加密口令字段包含了一个占位符。（3）口令文件项中的某些字段可能是空。（4）shell 字段包含了一个可执行程序名，它被用作该用户的登录 shell。（5）阻止一个特定用户登录系统的方法： 使用 /dev/null 将 /bin/false 用作登录 shell。它简单地以不成功（非 0）状态终止，该 shell 将此种状态判断位假。 用 /bin/true 禁止一个账户。它所做的一切是以成功（0）状态终止。（6）使用 nobody 用户名的目的是，使任何人都可以登录至系统，但其用户 ID （65534）和组 ID（65534）不提供任何特权。该用户 ID 和组 ID只能访问人人皆可读、写的文件。（7）提供 finger 命令的某些 UNIX 系统支持注释字段中的附加信息。

# finger -p tarena
Login: tarena         			Name: tarena
Directory: /home/tarena             	Shell: /bin/bash
Last login Tue Aug  2 11:40 2016 (CST) on pts/3 from ubuntu.local
No mail.

POSIX.1 定义了两个获取口令文件项的函数，在给出用户登录名或者数值用户ID后，这两个函数就能查询相关项。

2、函数 getpwuid 和 getpwnam

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

（1）函数解析

这两个函数都返回一个指向 passwd 结构的指针，该结构已由这两个函数在执行时填入信息。passwd 结构通常是函数内部的静态变量，只要调用任一相关函数，其内容就会被重写。

（2）示例说明

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pwd.h>

int main (void)
{
struct passwd *pwd;
if ((pwd = getpwuid (1000)) == NULL)
perror ("fail to getpwuid"), exit (1);

printf("%s,%s,%ld,%ld,%s,%s,%s\n",pwd->pw_name, pwd->pw_passwd,
pwd->pw_uid, pwd->pw_gid, pwd->pw_gecos, pwd->pw_dir, pwd->pw_shell);

if ((pwd = getpwnam ("tarena")) == NULL)
perror ("fail to getpwnam"), exit (1);

printf("%s,%s,%ld,%ld,%s,%s,%s\n",pwd->pw_name, pwd->pw_passwd,
pwd->pw_uid, pwd->pw_gid, pwd->pw_gecos, pwd->pw_dir, pwd->pw_shell);

return 0;
}
输出结果：
tarena,x,1000,1000,tarena,,,,/home/tarena,/bin/bash
tarena,x,1000,1000,tarena,,,,/home/tarena,/bin/bash

3、函数 getpwent、setpwent 和 endpwent

#include <pwd.h>
struct passwd* getpwent(void);
void setpwent(void);
void endpwent(void);

（1）函数解析

用于查看 登录名和用户 ID。调用 getpwent 时，它返回口令文件中的下一个记录项。它返回一个由它填写好的 passwd 结构的指针。每次调用此函数时都重写该结构。在第一次调用该函数时，它打开所使用的各个文件。在使用本函数时，对口令文件中各个记录项的安排顺序并无要求。某些系统采用散列算法对 /etc/passwd 文件中各项排序。函数 setpwent 反绕它所使用的文件，endpwent 则关闭这些文件。在使用 getpwent 查看完口令文件后，一定要调用 endpwent 关闭这些文件。getpwent 知道什么时间应当打开它所使用的文件（第一次被调用时），但是它并不知道何时关闭这些文件。

（2）示例说明

#include <pwd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>

int main (void)
{
struct passwd *user;
setpwent ();

while ((user = getpwent ()) != NULL)
{
if (strcmp ("tarena", user->pw_name) == 0)
break;
}
printf ("%s:%d:%d:%s:%s:%s\n",user->pw_name,user->pw_uid,user->pw_gid,
user->pw_gecos,user->pw_dir,user->pw_shell);
endpwent ();
return 0;
}
输出结果：
tarena:1000:1000:tarena,,,:/home/tarena:/bin/bash

（3）示例总结

在函数开始处调用 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 打开了有关文件情况下，反绕有关文件使他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。所以应调用 endpwent 关闭它们。简单来说， setpwent 可以定位到文件开始处。如果不使用 setpwent 的情况下举个例子：

#include<pwd.h>
#include<sys/types.h>
#include <stdio.h>
int main (void)
{
struct passwd *user;
int i;
for(i = 0; i < 4; i++) {
user = getpwent ();
printf ("%s :%d :%d :%s:%s:%s\n", user->pw_name, user->pw_uid, user->pw_gid,
user->pw_gecos, user->pw_dir, user->pw_shell);
}
//	setpwent();
user = getpwent ();
printf ("=============================\n");
printf ("%s :%d :%d :%s:%s:%s\n", user->pw_name, user->pw_uid, user->pw_gid,
user->pw_gecos, user->pw_dir, user->pw_shell);
endpwent();
return 0;
}
输出结果：
root :0 :0 :root:/root:/bin/bash
daemon :1 :1 :daemon:/usr/sbin:/bin/sh
bin :2 :2 :bin:/bin:/bin/sh
sys :3 :3 :sys:/dev:/bin/sh
=============================
sync :4 :65534 :sync:/bin:/bin/sync

二、阴影口令

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。现在，某些系统将加密口令存放在令一个通常称为阴影口令文件中。该文件至少要包含用户名和加密口令。与该口令相关的其他信息也可存放在该文件中。阴影口令包含的字段包含在 /usr/include/shadow.h 中的定义的 spwd 结构中。

/* Structure of the password file.  */
struct spwd
{
char *sp_namp;		/* Login name.  */
char *sp_pwdp;		/* Encrypted password.  */
long int sp_lstchg;		/* Date of last change.  */
long int sp_min;		/* Minimum number of days between changes.  */
long int sp_max;		/* Maximum number of days between changes.  */
long int sp_warn;		/* Number of days to warn user to change
the password.  */
long int sp_inact;		/* Number of days the account may be
inactive.  */
long int sp_expire;		/* Number of days since 1970-01-01 until
account expires.  */
unsigned long int sp_flag;	/* Reserved.  */
};

阴影口令文件是 /etc/shadow

# cat /etc/shadow
root:$6$MNQKabSO$UcLm09JPH7JdppbRZBrj4XoWUQIWRhqhwdzJ9F2mGlwSXo5V.ylP4.gaReQSw3sZSSuczM1iqnMKBrwnbDlgz/:17131:0:99999:7:::
tarena:$6$kea9L4dJ$PeK8uyZ8MesNW6zG1fMMnJIol4icj0nLKAg7Vq78sLJJhEs1Sr6M/VpxBvy.kGeMVDr2SC/EN8Utx5OSIx8Fs/:16630:0:99999:7:::
nobody:*:15453:0:99999:7:::

1、阴影口令函数

#include <shadow.h>
struct spwd *getspnam(const char *name);
struct spwd *getspent(void);
void setspent(void);
void endspent(void);
返回值：成功返回指针，失败返回 NULL

（1）函数功能

getspnam，访问 shadow 口令。getspent，是获得访问影子密码文件的接口。

（2）示例说明

#include <stdio.h>
#include <shadow.h>
#include <stdlib.h>

int main (void)
{
struct spwd* spwd;
if ((spwd = getspnam("tarena")) == NULL)
perror("getspnam"), exit (1);
printf("%s,%s,%ld,%ld,%ld,%ld,%ld,%ld,%lu\n",spwd->sp_namp,spwd->sp_pwdp,spwd->sp_lstchg,
spwd->sp_min,spwd->sp_max,spwd->sp_warn,spwd->sp_inact,spwd->sp_expire,spwd->sp_flag);

setspent();

while ((spwd = getspent()) != NULL)
{
if (strcmp ("tarena", spwd->sp_namp) == 0)
break;
}
printf("%s,%s,%ld,%ld,%ld,%ld,%ld,%ld,%lu\n",spwd->sp_namp,spwd->sp_pwdp,spwd->sp_lstchg,
spwd->sp_min,spwd->sp_max,spwd->sp_warn,spwd->sp_inact,spwd->sp_expire,spwd->sp_flag);

endspent();
return 0;
}
输出结果：
tarena,$6$kea9L4dJ$PeK8uyZ8MesNW6zG1fMMnJIol4icj0nLKAg7Vq78sLJJhEs1Sr6M/VpxBvy.kGeMVDr2SC/EN8Utx5OSIx8Fs/,16630,0,99999,7,-1,-1,4294967295
tarena,$6$kea9L4dJ$PeK8uyZ8MesNW6zG1fMMnJIol4icj0nLKAg7Vq78sLJJhEs1Sr6M/VpxBvy.kGeMVDr2SC/EN8Utx5OSIx8Fs/,16630,0,99999,7,-1,-1,4294967295

2、思考

这让我想起，在Ubuntu 10.04版本上，设置 超级用户 root 登录密码了。

$sudo passwd root
Enter new UNIX password: <--- 新的Root用户
Password: <--- 输入你当前用户davinci的密码
密码
Retype new UNIX password: <--- 重复新的Root用户密码
passwd：已成功更新密码

（1）可以写个程序验证密码是不是 root：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
char *passwd;
char key[] = "root";
passwd = crypt(key, "$6$MNQKabSO$");
printf("root: %s\n", passwd);
return 0;
}
编译：gcc test -lcrypt
输出结果：
root: $6$MNQKabSO$UcLm09JPH7JdppbRZBrj4XoWUQIWRhqhwdzJ9F2mGlwSXo5V.ylP4.gaReQSw3sZSSuczM1iqnMKBrwnbDlgz/

（2）示例总结

该示例证明，我的超级用户 root的密码确实是 root。注意到示例中出现了一个新的函数 crypt。参看：百度百科 -- crypt 函数

#define _XOPEN_SOURCE       /* See feature_test_macros(7) */
#include <unistd.h>
char *crypt(const char *key, const char *salt);

#define _GNU_SOURCE         /* See feature_test_macros(7) */
#include <crypt.h>
char *crypt_r(const char *key, const char *salt, struct crypt_data *data);

Link with -lcrypt.
返回值：返回一个以 NULL 结尾的密码字符串

注意，编译时需要链接 -lcrypt，否则会出现 undefined reference to `crypt' 错误。

1）参数解析

第一个参数：要加密的明文。
必需。规定要编码的字符串。
第二个参数：密钥
可选。用于增加被编码字符数目的字符串，以使编码更加安全。如果未提供 salt 参数，则每次调用该函数时会随机生成一个。（1）salt 这个字符串如果以$1$开头，以$结尾，那么这表示让crypt用MD5的方式加密，加密后出来的密文格式就是 $1$...$<密文正文> ，夹在$1$和$之间的字符串就是我们指定的密钥文字。这个密钥文字最多不能超过8个字符。（2）如果salt字符串不是（1）方式的格式，那默认就用DES加密方法。DES加密时，salt只能取两个字符，也就是说，salt最多不能 超过2个字符，多出的字符会被丢弃，用DES加密出来的密文前两个字符就是密钥。后面紧跟着的就是真正的密文。
（3）参数 salt 为两个字符组成的字符串，由 a-z,A-Z,0-9,".",和 "/" 所组成。

2）函数功能

crypt() 函数返回加密的字符串。它使用的是一种单向算法。解密函数是没有的。
扩展：getpass 函数通常会与 crypt 加密函数一同使用

#include <unistd.h>
char *getpass( const char *prompt);

函数功能：getpass() 函数用于从控制台输入一行字符串，关闭了回显（输入时不显示输入的字符串），适用于用密码的输入。函数说明：getpass() 会显示参数 prompt 所指的字符串，然后从 /dev/tty 中读取所输入的密码，若无法从 /dev/tty 中读取则会转从标准输入设备中读取密码。所输入的密码长度限制在 128 个字符，包含结束字符 NULL， 超过长度的字符及换行字符 /n 将会被忽略。在输入密码时 getpass() 会关闭字符回应，并忽略一些信号如 CTRL-C 或 CTRL-Z 所产生的信号
返回值：返回一个指向以NULL结尾的密码字符串
附加说明：为了系统安全考虑，在般在使用getpass()输入密码后，该密码最好尽快处理完毕，然后将该密码字符串清除
示例说明：

//示例一
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <crypt.h>
int main()
{
char passwd[13];
char *key;
char slat[2];
key = getpass("Input first passward:");
slat[0] = key[0];
slat[1] = key[1];

strcpy(passwd,crypt(key,slat));
key = getpass("Input second passward:");

slat[0] = passwd[0];
slat[1] = passwd[1];
printf("After crypt(),1st passwd:%s\n",passwd);
printf("After crypt(),2st passwd:%s\n",passwd);
return 0;
}
编译：
# gcc test.c -lcrypt

输出结果：
Input first passward://root
Input second passward://root
After crypt(),1st passwd:roK20XGbWEsSM
After crypt(),2st passwd:roK20XGbWEsSM

三、组文件

UNIX 组文件包含的字段包含在 /usr/include/grp.h 中所定义的 group 结构中。

/* The group structure.	 */
struct group
{
char *gr_name;		/* Group name.	*/
char *gr_passwd;		/* Password.	*/
__gid_t gr_gid;		/* Group ID.	*/
char **gr_mem;		/* Member list.	*/
};

其中，字段 gr_mem 是一个指针数组，其中每个指针指向一个属于该组的用户名。该数组以 null 指针结尾。组文件是 /etc/group

# cat /etc/group
root:x:0:
tarena:x:1000:

对组文件的访问函数如下，形式基本与口令文件和阴影文件相同。

#include <grp.h>
struct group *getgrgid(gid_t gid);
struct group *getgrnam(const char *name);
//两个函数返回值：如果成功返回指针，出错则返回NULL。

struct group *getgrent(void);  //如果成功返回指针，出错或者到达文件结尾则返回NULL
void setgrent(void);
void endgrent(void);

四、附属组 ID

我们不仅可以属于口令文件记录项中组 ID 所对应的组，也可属于多至 16 个另外的组。文件访问权限检查相应被修改为：不仅将进程的有效组 ID 相计较，而且也将所有附属组 ID 与文件的组 ID 进行比较。为了获取和设置附属组 ID，提供了下列 3 个函数。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int getgroups(int size, gid_t list[]);

#include <grp.h>
int setgroups(size_t size, const gid_t *list);
Feature Test Macro Requirements for glibc (see feature_test_macros(7)):
setgroups(): _BSD_SOURCE

#include <sys/types.h>
#include <grp.h>
int initgroups(const char *user, gid_t group);
Feature Test Macro Requirements for glibc (see feature_test_macros(7)):
initgroups(): _BSD_SOURCE

1、函数解析

（1）getgroups 将进程所属用户的各附属组 ID 填写到数组 grouplist 中，填写入数组的附属组 ID 数最多为 gidsetsize 个。实际填写到数组中的附属组 ID 数由函数返回。返回值：成功返回附属组 ID 数量，若出错，返回 -1.（2）setgroups 由root调用，为进程设置附加组ID表，grouplist是组ID数组，ngroups指定了数组中的元素个数。返回值：如果成功返回0，出错则返回-1.（3）initgroups 用来从组文件(/etc/group)读取整个组文件，然后对username确定其组的成员关系，然后调用setgroups。为该用户初始化附加组ID表。除了在组文件中找到username是成员的所有组，initgroups也在附加组ID表中包括了 basegid，basegid是username在口令文件中的组ID。返回值：如果成功返回0，出错则返回-1.

五、其他数据文件

一般情况下，对于每个数据文件至少有 3 个函数：（1）get 函数：读下一个记录，如果需要，还会打开该文件。此种函数通常返回指向一个结构的指针。当已达到文件尾端时返回空指针。大多数 get 函数返回指向一个静态存储类结构的指针，如果要保存其内容，则需复制它。（2）set 函数：打开相应数据文件（如果尚未打开），然后反绕该文件。如果希望在相应文件起始处开始处理，则调用此函数。（3）end 函数：关闭相应数据文件。如前所述，在结束了对应数据文件的读、写操作后，总应调用此函数以关闭相关文件。下面列出了 UNIX 常用的文件对应的函数：

六、系统标识

1、uname 函数，返回与主机和操作系统有关的信息。

#include <sys/utsname.h>
int uname(struct utsname * name);
返回值：成功返回非负值，失败返回 -1

（1）参数解析

通过该函数的参数向其传递一个 utsname 结构的地址，然后该函数填写此结构。其结构定义在 /usr/include/i386-linux-gnu/sys/utsname.h

/* Structure describing the system and machine.  */
struct utsname
{
/* Name of the implementation of the operating system.  */
char sysname[_UTSNAME_SYSNAME_LENGTH];

/* Name of this node on the network.  */
char nodename[_UTSNAME_NODENAME_LENGTH];

/* Current release level of this implementation.  */
char release[_UTSNAME_RELEASE_LENGTH];
/* Current version level of this release.  */
char version[_UTSNAME_VERSION_LENGTH];

/* Name of the hardware type the system is running on.  */
char machine[_UTSNAME_MACHINE_LENGTH];

#if _UTSNAME_DOMAIN_LENGTH - 0
/* Name of the domain of this node on the network.  */
# ifdef __USE_GNU
char domainname[_UTSNAME_DOMAIN_LENGTH];
# else
char __domainname[_UTSNAME_DOMAIN_LENGTH];
# endif
#endif
};

（2）示例说明

每个字符串都以 null 字节结尾。

#include <stdio.h>
#include <sys/utsname.h>
#include <stdlib.h>

int main (void)
{
struct utsname uts;
if (uname (&uts) == -1)
perror ("fail to uname"), exit (1);
else
printf ("%s %s %s %s %s\n", uts.sysname, uts.nodename,
uts.release, uts.version, uts.machine);

return 0;
}
输出结果：
Linux ubuntu 3.2.0-23-generic-pae #36-Ubuntu SMP Tue Apr 10 22:19:09 UTC 2012 i686

（3）Linux 下的 uname 命令

uname 命令用于打印当前系统相关信息（内核版本号、硬件架构、主机名称和操作系统类型等）。

选项：

-a或--all：显示全部的信息；
-m或--machine：显示电脑类型；
-n或-nodename：显示在网络上的主机名称；
-r或--release：显示操作系统的发行编号；
-s或--sysname：显示操作系统名称；
-v：显示操作系统的版本；
-p或--processor：输出处理器类型或"unknown"；
-i或--hardware-platform：输出硬件平台或"unknown"；
-o或--operating-system：输出操作系统名称；
--help：显示帮助；
--version：显示版本信息。

示例：

# uname -a
Linux ubuntu 3.2.0-23-generic-pae #36-Ubuntu SMP Tue Apr 10 22:19:09 UTC 2012 i686 i686 i386 GNU/Linux

2、gethostname 函数

#include <unistd.h>
int gethostname(char * name, int namelen);
返回：若成功则为0，若出错则为-1

（1）函数解析

该函数只返回主机名，该名字通常是 TCP/IP 网络上主机的名字。namelen 参数指定 name 缓冲区长度，如若提供足够的空间，则通过 name 返回的字符串以 null 字节结尾。如若没有提供足够的空间，则没有说明通过 name 返回的字符串是否以 null 结尾。现在，gethostname 函数已在 POSIX.1 中定义，它指定的最大主机名长度是 HOST_NAME_MAX 不小于255参看：sysconf(3) - Linux man page

HOST_NAME_MAX - _SC_HOST_NAME_MAX
Max length of a hostname, not including the terminating null byte, as returned by gethostname(2). Must not be less than _POSIX_HOST_NAME_MAX (255).

而 uname 函数，查看结果为：#define _UTSNAME_LENGTH 65 即最大名字长度为 65

# grep "_UTSNAME_LENGTH" * -rn
i386-linux-gnu/sys/utsname.h:33:# define _UTSNAME_SYSNAME_LENGTH _UTSNAME_LENGTH
i386-linux-gnu/sys/utsname.h:36:# define _UTSNAME_NODENAME_LENGTH _UTSNAME_LENGTH
i386-linux-gnu/sys/utsname.h:39:# define _UTSNAME_RELEASE_LENGTH _UTSNAME_LENGTH
i386-linux-gnu/sys/utsname.h:42:# define _UTSNAME_VERSION_LENGTH _UTSNAME_LENGTH
i386-linux-gnu/sys/utsname.h:45:# define _UTSNAME_MACHINE_LENGTH _UTSNAME_LENGTH
i386-linux-gnu/sys/utsname.h:77:# define SYS_NMLN  _UTSNAME_LENGTH
i386-linux-gnu/bits/utsname.h:24:#define _UTSNAME_LENGTH 65
i386-linux-gnu/bits/utsname.h:29:#define _UTSNAME_DOMAIN_LENGTH _UTSNAME_LENGTH

（2）示例说明

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main (void)
{
char name[65];
gethostname(name, sizeof(name));
printf("hostname = %s\n", name);
return 0;
}
输出结果：
hostname = ubuntu

（3）Linux 下的 hostname 命令

hostname 命令用于显示和设置系统的主机名称。环境变量 HOSTNAME 也保存了当前的主机名。在使用 hostname 命令设置主机名后，系统并不会永久保存新的主机名，重新启动机器之后还是原来的主机名。如果需要永久修改主机名，需要同时修改/etc/hosts和/etc/sysconfig/network的相关内容。

选项：

-v：详细信息模式；
-a：显示主机别名；
-d：显示DNS域名；
-f：显示FQDN名称；
-i：显示主机的ip地址；
-s：显示短主机名称，在第一个点处截断；
-y：显示NIS域名。

示例：

# hostname
ubuntu

七、时间和日期例程

参看：C语言再学习 -- 时间函数

八、未讲部分

组文件 （简单介绍）附属组 ID （简单介绍）登录账户记录时间和日期例程