Unix 系统数据文件那些事儿

海阔天空任吾飞 · 发表于 2023-1-9 09:52:51

前言

Unix like 系统和 windows 的最大区别就是有一套标准的系统信息数据文件，一般存放在 /etc/ 目录下，并且提供了一组近似的接口访问和查询信息，这些基础设施让系统管理看起来井井有条，下面就来盘点一下。
总览

下面这个表列出了 unix 系统常用的几种数据文件：

信息类别	文件路径	结构	查询	遍历
口令文件	/etc/passwd	passwd	getpwnam / getpwuid	setpwent / getpwent / endpwent
阴影口令	/etc/shadow	spwd	getspnam	setspent / getspent / endspent
组文件	/etc/group	group	getgrname / getgrgid	setgrent / getgrent / endgrent
主机	/etc/hosts	hostent	gethostbyname / gethostbyaddr	sethostnet / gethostent / endhostent
网络	/etc/networks	netent	getnetbyname / getnetbyaddr	setnetent / getnetent / endnetent
协议	/etc/protocols	protoent	getprotobyname / getprotobynumber	setprotoent / getprotoent / endprotoent
服务	/etc/services	servent	getservbyname / getservbyport	setservent / getservent / endservent
用户登录	/var/run/utmp /var/log/wtmp	utmp	getutid / getutline	setutent / getutent / endutent

从表中可以看到不论是查询还是遍历，接口具有某种一致性：

查询接口遵循：getxxname / getxxbyname / getxxbyxx，name、xid 与 by 后面的关键字为 key，查询成功返回结构体指针，失败返回 NULL；
遍历接口遵循：setxxent / getxxent / endxxent，其中：
- set 用于 rewind 到文件开始，避免之前的调用移动遍历指针
- get 第一次调用时打开文件，之后从上次遍历的位置向下遍历，直到结尾返回 NULL
- end 用于明确关闭文件

有了上面的铺垫，下面分类来说明一下。
口令文件

在 CentOS 上 struct passwd 的定义位于文件中：

/* 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. */
};

复制代码

其中 POSIX.1 标准只定义了其中 5 个：pw_name / pw_uid / pw_gid / pw_dir / pw_shell，大多数平台至少和 linux 一样包含了 7 个字段，有的甚至包含 10 个，例如 MacOS：

struct passwd {
char *pw_name; /* user name */
char *pw_passwd; /* encrypted password */
uid_t pw_uid; /* user uid */
gid_t pw_gid; /* user gid */
__darwin_time_t pw_change; /* password change time */
char *pw_class; /* user access class */
char *pw_gecos; /* Honeywell login info */
char *pw_dir; /* home directory */
char *pw_shell; /* default shell */
__darwin_time_t pw_expire; /* account expiration */
};

复制代码

多了 pw_class / pw_change / pw_expire。而 linux 中这些信息是存储在阴影口令文件中的，下一节再对它们进行说明。
注意 MacOS 中的 pwd.h 不位于 /usr/include 目录，可以使用以下命令定位系统头文件路径：

> gcc -v -E -x c++ -
Apple clang version 12.0.5 (clang-1205.0.22.11)
Target: x86_64-apple-darwin20.6.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin
"/Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin/clang" -cc1 -triple x86_64-apple-macosx11.0.0 -Wdeprecated-objc-isa-usage -Werror=deprecated-objc-isa-usage -Werror=implicit-function-declaration -E -disable-free -disable-llvm-verifier -discard-value-names -main-file-name - -mrelocation-model pic -pic-level 2 -mframe-pointer=all -fno-strict-return -fno-rounding-math -munwind-tables -target-sdk-version=12.1 -fvisibility-inlines-hidden-static-local-var -target-cpu penryn -debugger-tuning=lldb -target-linker-version 650.9 -v -resource-dir /Library/Developer/CommandLineTools/usr/lib/clang/12.0.5 -isysroot /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk -I/usr/local/include -stdlib=libc++ -internal-isystem /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/include/c++/v1 -internal-isystem /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/local/include -internal-isystem /Library/Developer/CommandLineTools/usr/lib/clang/12.0.5/include -internal-externc-isystem /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/include -internal-externc-isystem /Library/Developer/CommandLineTools/usr/include -Wno-reorder-init-list -Wno-implicit-int-float-conversion -Wno-c99-designator -Wno-final-dtor-non-final-class -Wno-extra-semi-stmt -Wno-misleading-indentation -Wno-quoted-include-in-framework-header -Wno-implicit-fallthrough -Wno-enum-enum-conversion -Wno-enum-float-conversion -Wno-elaborated-enum-base -fdeprecated-macro -fdebug-compilation-dir /Users/yunhai01/code/cnblogs -ferror-limit 19 -stack-protector 1 -fstack-check -mdarwin-stkchk-strong-link -fblocks -fencode-extended-block-signature -fregister-global-dtors-with-atexit -fgnuc-version=4.2.1 -fcxx-exceptions -fexceptions -fmax-type-align=16 -fcommon -fcolor-diagnostics -clang-vendor-feature=+disableNonDependentMemberExprInCurrentInstantiation -fno-odr-hash-protocols -mllvm -disable-aligned-alloc-awareness=1 -o - -x c++ -
clang -cc1 version 12.0.5 (clang-1205.0.22.11) default target x86_64-apple-darwin20.6.0
ignoring nonexistent directory "/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/local/include"
ignoring nonexistent directory "/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/Library/Frameworks"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
/usr/local/include
/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/include/c++/v1
/Library/Developer/CommandLineTools/usr/lib/clang/12.0.5/include
/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/include
/Library/Developer/CommandLineTools/usr/include
/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/System/Library/Frameworks (framework directory)
End of search list.
^C

复制代码

在 #include search starts here 后的第一个包含 MacOS 版本号的 usr/include 的目录就是，这里是第三行：/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/include。
passwd 结构体的各个字段和数据文件中的字段是一一对应的，在 CentOS 上有以下的文件内容：

> cat /etc/passwd
root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
bin:x:1:1:bin:/bin:/sbin/nologin
daemon:x:2:2:daemon:/sbin:/sbin/nologin
adm:x:3:4:adm:/var/adm:/sbin/nologin
lp:x:4:7:lp:/var/spool/lpd:/sbin/nologin
sync:x:5:0:sync:/sbin:/bin/sync
shutdown:x:6:0:shutdown:/sbin:/sbin/shutdown
halt:x:7:0:halt:/sbin:/sbin/halt
mail:x:8:12:mail:/var/spool/mail:/sbin/nologin
operator:x:11:0:operator:/root:/sbin/nologin
games:x:12:100:games:/usr/games:/sbin/nologin
ftp:x:14:50:FTP User:/:/sbin/nologin
nobody:x:99:99:Nobody:/:/sbin/nologin
systemd-network:x:192:192:systemd Network Management:/:/sbin/nologin
dbus:x:81:81:System message bus:/:/sbin/nologin
polkitd:x:999:998:User for polkitd:/:/sbin/nologin
libstoragemgmt:x:998:997:daemon account for libstoragemgmt:/var/run/lsm:/sbin/nologin
abrt:x:173:173::/etc/abrt:/sbin/nologin
rpc:x:32:32:Rpcbind Daemon:/var/lib/rpcbind:/sbin/nologin
sshd:x:74:74:Privilege-separated SSH:/var/empty/sshd:/sbin/nologin
postfix:x:89:89::/var/spool/postfix:/sbin/nologin
ntp:x:38:38::/etc/ntp:/sbin/nologin
chrony:x:997:995::/var/lib/chrony:/sbin/nologin
tcpdump:x:72:72::/:/sbin/nologin
work:x:1000:1000::/home/work:/bin/bash
centos:x:1001:1002:Cloud User:/home/centos:/bin/bash

复制代码

字段以冒号分隔，分别对应着 pw_name / pw_passwd / pw_uid / pw_gid / pw_gecos / pw_dir / pw_shell 字段，其中：

pw_name 是用户名。nobody 表示任何人都可以访问的账户，但只能访问 other 组设置权限的文件
pw_passwd 是加密后的口令，因安全问题已转移到阴影口令文件中，后面再说
pw_getcos 是 real name，放一些解释性的文字，可以为空
pw_dir 是初始目录，login 后所在的目录
pw_shell 是启动 shell，可以指定一些特殊的 shell 来禁止用户登录

nobody

在 CentOS 上，这个账户的用户 ID 和组 ID 都是 99，不提供任何特权；
在 Ubuntu 上这个值变为 65534：

nobody:x:65534:65534:nobody:/nonexistent:/usr/sbin/nologin

复制代码

在 MacOS 上这个值变为 -2：

nobody:*:-2:-2:Unprivileged User:/var/empty:/usr/bin/false

复制代码

nologin

pw_shell 如果指定以下程序，则表示禁止使用该账户登录系统：

/sbin/nologin
/usr/bin/false
/usr/bin/true
/dev/null
……

上面的例子使用的是 nologin，mac 上使用 false 比较多一些。对比一下，使用 /sbin/nologin 可读性较优，登录时会打印一行提示信息：

This account is currently not available.

复制代码

其次是 /dev/null：

su: failed to execute /dev/null: Permission denied

复制代码

true / false 不返回任何信息，账户也不会切换。
空密码

pw_passwd 域在 CentOS 上永远保持 x，即使账户的密码为空也是如此，先来看看如何在 linux 创建空密码的账户：

> sudo useradd mayun -d /home/mayun -m
> sudo passwd -d mayun
> sudo passwd -S mayun
mayun NP 2022-10-30 1 99999 7 -1 (Empty password.)
> su mayun

复制代码

并不像一些人想象的，useradd 不给 -p 参数就是空密码，此时新创建的账号无法登录，需要使用 passwd 设置密码后才可以。这里使用 passwd -d 选项删除账户密码，并通过 -S 选项验证 (Empty password.)。另外 useradd 中的 -d 和 -m 参数也是必需的 (-d 指定 pw_dir，-m 表示立即创建)，不然在 Ubuntu 图形界面无法登录。查看 passwd 文件内容，增加了一行：

mayun:x:1002:1003::/home/mayun:/bin/bash

复制代码

可见 pw_passwd 域仍为 'x'，那空密码在哪里体现呢？请参考阴影口令一节。
ssh 免密登录

空密码的账号无法通过 ssh 登录：

> ssh mayun@192.168.1.118
mayun@192.168.1.118's password:
Permission denied, please try again.

复制代码

因为这里 ssh 要求必需输入密码。可通过设置 ssh key 来实现免密登录，主要分以下几步。
1. 创建专门用于 ssh 免密登录的密钥对

> ssh-keygen -b 4096 -t rsa
Generating public/private rsa key pair.
Enter file in which to save the key (/Users/yunhai01/.ssh/id_rsa): /Users/yunhai01/.ssh/id_rsa_ssh
Enter passphrase (empty for no passphrase):
Enter same passphrase again:
Your identification has been saved in /Users/yunhai01/.ssh/id_rsa_ssh.
Your public key has been saved in /Users/yunhai01/.ssh/id_rsa_ssh.pub.
The key fingerprint is:
SHA256:2M+iLH6QvLqETuJ+E88Jr5DrMKMUObZ/Y/f3ze1o9h0 yunhai01@bogon
The key's randomart image is:
+---[RSA 4096]----+
| |
| |
| |
| . o |
| = . .. S |
|..=o+ o |
|**. *o. . o E |
|O++ooX.o . . =.+|
|+*+**o= ... .+.==|
+----[SHA256]-----+

复制代码

注意这里没有使用默认文件名 id_rsa，因为已经有访问 github 代码仓库的其它密钥存在，这里命名为 id_rsa_ssh 以做区分。
2. 将密钥同步到要登录的远程机器

> ssh-copy-id -i .ssh/id_ras_ssh mayun@192.168.1.118
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: Source of key(s) to be installed: "/Users/yunhai01/.ssh/id_rsa_ssh.pub"
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: attempting to log in with the new key(s), to filter out any that are already installed
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: 1 key(s) remain to be installed -- if you are prompted now it is to install the new keys
mayun@192.168.1.118's password:
Number of key(s) added: 1
Now try logging into the machine, with: "ssh 'mayun@192.168.1.118'"
and check to make sure that only the key(s) you wanted were added.

复制代码

注意这一步需要用户密码，所以必需暂时为 mayun 账户创建密码，稍后 ssh 连接成功后可以再删除。同步后的公钥将记录在远程账户 $HOME/.ssh/authorized_keys 文件中，用于稍后 sshd 的连接校验。
3. 指定密钥登录远程账户

> ssh -i .ssh/id_rsa_ssh mayun@192.168.1.118
Welcome to Ubuntu 20.04.5 LTS (GNU/Linux 5.15.0-53-generic x86_64)
* Documentation: https://help.ubuntu.com
* Management: https://landscape.canonical.com
* Support: https://ubuntu.com/advantage
642 updates can be applied immediately.
To see these additional updates run: apt list --upgradable
New release '22.04.1 LTS' available.
Run 'do-release-upgrade' to upgrade to it.
Your Hardware Enablement Stack (HWE) is supported until April 2025.
Last login: Sat Nov 26 12:41:04 2022 from 192.168.1.18
>

复制代码

注意这一步需要通过 -i 明确指定使用的密钥文件，否则还是需要输入密码。也可以通过 ssh config 配置文件来避免指定密钥：

> cat ~/.ssh/config
……
# ssh
Host 192.168.1.118
HostName 192.168.1.118
User mayun
IdentityFile ~/.ssh/id_rsa_ssh

复制代码

注意 Host 字段必需指定 ip，除非在 hosts 文件中进行了映射。
4. 总结
ssh 免密配置是用户到用户的，假设有两台机器 M 和 N，M 上分别有 U 和 P 两个账户，N 上分别有 S 和 T 两个账户，U 远程登录 S 需要设置一遍密钥，同机器的 P 想免密访问 S 也需要设置一遍，不能复用 U 的设置；同理，U 想要登录 T 也需要重新设置一遍，不能复用 S 的设置。U->S / U->T / P->S / P->T 这四对关系中，可以使用不同密钥，也可以使用相同密钥，即使使用相同密钥，S 和 T的 ~/.ssh/authorized_keys 文件中都会有两条记录，分别记录 U 和 T 的公钥。你学会了吗？
账号注释

pw_getcos 说是 real name，其实是一串可被解释的注释信息，例如使用 sudo vipw 编译 /etc/passwd 文件中的第 5 列：

mayun:x:1002:1003:Jack Ma,Alibaba HangZhou China,12345678,18810245201:/home/mayun:/bin/bash

复制代码

为新增用户添加一些额外信息，再通过以下命令就可以展示这些信息：

> finger -s mayun
Login Name Tty Idle Login Time Office Office Phone Host
mayun Jack Ma pts/4 * Oct 30 19:24 Alibaba Ha 12345678

复制代码

可以看到显示了 Name / Office Address / Office Phone 三项，如果使用 -p 选项：

> finger -p mayun
Login: mayun Name: Jack Ma
Directory: /home/mayun Shell: /bin/bash
Office: Alibaba HangZhou China, 12345678 Home Phone: +1-881-024-5201
Last login Sun Oct 30 19:24 (CST) on pts/4
No mail.

复制代码

可以展示额外的 Home Phone 信息，并且各个字段也能显示全了。不过 finger 已经是老古董命令了，即使在 CentOS 6.3 上也需要安装一下才能使用。
另外需要说明的是 vipw 命令，相比直接 vi /etc/passwd，它可以串行化对口令文件的更改，并且确保所做的更改与其它相关文件保持一致。
遍历顺序

使用 setpwent / getpwent / endpwent 接口遍历 passwd 数据文件时，得到的顺序是否和文件中记录的顺序一致？借用书上一个例子做个演示：

#include <pwd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include "../apue.h"
struct passwd* my_getpwnam (char const* name)
{
struct passwd *ptr = 0;
setpwent ();
while ((ptr = getpwent ()) != NULL)
{
printf ("%s\n", ptr->pw_name);
if (strcmp (name, ptr->pw_name) == 0)
break;
}
endpwent ();
return (ptr);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct passwd pwd;
struct passwd *result;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s username\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
result = my_getpwnam(argv[1]);
if (result == NULL) {
perror("getpwnam");
exit(EXIT_FAILURE);
}
pwd = *result;
printf("Name: [%p] %s; UID: %ld\n", pwd.pw_gecos, pwd.pw_gecos, (long) pwd.pw_uid);
exit(EXIT_SUCCESS);
}

复制代码

这个例子演示了如何使用遍历接口模拟 getpwnam 的，这里主要的修改是在 my_getpwnam 中增加了对遍历用户名的输出，这样当给一个不存在的用户名后，就可以把整个文件过一遍啦：

> ./getpwnam_ent abc > users.txt

复制代码

再对比 users.txt 与 /etc/passwd 的区别，在一台 Ubuntu 笔记本上，得到下面的结果：
查看代码

> paste -d':' users.txt /etc/passwd
root:root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
daemon:daemon:x:1:1:daemon:/usr/sbin:/usr/sbin/nologin
bin:bin:x:2:2:bin:/bin:/usr/sbin/nologin
sys:sys:x:3:3:sys:/dev:/usr/sbin/nologin
sync:sync:x:4:65534:sync:/bin:/bin/sync
games:games:x:5:60:games:/usr/games:/usr/sbin/nologin
man:man:x:6:12:man:/var/cache/man:/usr/sbin/nologin
lp:lp:x:7:7:lp:/var/spool/lpd:/usr/sbin/nologin
mail:mail:x:8:8:mail:/var/mail:/usr/sbin/nologin
news:news:x:9:9:news:/var/spool/news:/usr/sbin/nologin
uucp:uucp:x:10:10:uucp:/var/spool/uucp:/usr/sbin/nologin
proxy:proxy:x:13:13:proxy:/bin:/usr/sbin/nologin
www-data:www-data:x:33:33:www-data:/var/www:/usr/sbin/nologin
backup:backup:x:34:34:backup:/var/backups:/usr/sbin/nologin
list:list:x:38:38:Mailing List Manager:/var/list:/usr/sbin/nologin
irc:irc:x:39:39:ircd:/var/run/ircd:/usr/sbin/nologin
gnats:gnats:x:41:41:Gnats Bug-Reporting System (admin):/var/lib/gnats:/usr/sbin/nologin
nobody:nobody:x:65534:65534:nobody:/nonexistent:/usr/sbin/nologin
systemd-network:systemd-network:x:100:102:systemd Network Management,,,:/run/systemd:/usr/sbin/nologin
systemd-resolve:systemd-resolve:x:101:103:systemd Resolver,,,:/run/systemd:/usr/sbin/nologin
systemd-timesync:systemd-timesync:x:102:104:systemd Time Synchronization,,,:/run/systemd:/usr/sbin/nologin
messagebus:messagebus:x:103:106::/nonexistent:/usr/sbin/nologin
syslog:syslog:x:104:110::/home/syslog:/usr/sbin/nologin
_apt:_apt:x:105:65534::/nonexistent:/usr/sbin/nologin
tss:tss:x:106:111:TPM software stack,,,:/var/lib/tpm:/bin/false
uuidd:uuidd:x:107:114::/run/uuidd:/usr/sbin/nologin
tcpdump:tcpdump:x:108:115::/nonexistent:/usr/sbin/nologin
avahi-autoipd:avahi-autoipd:x:109:116:Avahi autoip daemon,,,:/var/lib/avahi-autoipd:/usr/sbin/nologin
usbmux:usbmux:x:110:46:usbmux daemon,,,:/var/lib/usbmux:/usr/sbin/nologin
rtkit:rtkit:x:111:117:RealtimeKit,,,:/proc:/usr/sbin/nologin
dnsmasq:dnsmasq:x:112:65534:dnsmasq,,,:/var/lib/misc:/usr/sbin/nologin
cups-pk-helper:cups-pk-helper:x:113:120:user for cups-pk-helper service,,,:/home/cups-pk-helper:/usr/sbin/nologin
speech-dispatcher:speech-dispatcher:x:114:29:Speech Dispatcher,,,:/run/speech-dispatcher:/bin/false
avahi:avahi:x:115:121:Avahi mDNS daemon,,,:/var/run/avahi-daemon:/usr/sbin/nologin
kernoops:kernoops:x:116:65534:Kernel Oops Tracking Daemon,,,:/:/usr/sbin/nologin
saned:saned:x:117:123::/var/lib/saned:/usr/sbin/nologin
nm-openvpn:nm-openvpn:x:118:124:NetworkManager OpenVPN,,,:/var/lib/openvpn/chroot:/usr/sbin/nologin
hplip:hplip:x:119:7:HPLIP system user,,,:/run/hplip:/bin/false
whoopsie:whoopsie:x:120:125::/nonexistent:/bin/false
colord:colord:x:121:126:colord colour management daemon,,,:/var/lib/colord:/usr/sbin/nologin
geoclue:geoclue:x:122:127::/var/lib/geoclue:/usr/sbin/nologin
pulse:pulse:x:123:128:PulseAudio daemon,,,:/var/run/pulse:/usr/sbin/nologin
gnome-initial-setup:gnome-initial-setup:x:124:65534::/run/gnome-initial-setup/:/bin/false
gdm:gdm:x:125:130:Gnome Display Manager:/var/lib/gdm3:/bin/false
yunh:yunh:x:1000:1000:yunh,Baidu Beijing China,010-82335469,13552560213:/home/yunh:/bin/bash
systemd-coredump:systemd-coredump:x:999:999:systemd Core Dumper:/:/usr/sbin/nologin

复制代码

结果是完全相同的，但在另外两台工作笔记本上，出现了不一致的结果，主要表现在两个方面：

工作的 CentOS 虚拟机上遍历接口返回了更多的内容
工作的 MacOS 笔记本上顺序与原文件不一致

下面是 CentOS 对比结果：
查看代码

> paste -d':' users.txt /etc/passwd
root:root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
bin:bin:x:1:1:bin:/bin:/sbin/nologin
daemon:daemon:x:2:2:daemon:/sbin:/sbin/nologin
adm:adm:x:3:4:adm:/var/adm:/sbin/nologin
lp:lp:x:4:7:lp:/var/spool/lpd:/sbin/nologin
sync:sync:x:5:0:sync:/sbin:/bin/sync
shutdown:shutdown:x:6:0:shutdown:/sbin:/sbin/shutdown
halt:halt:x:7:0:halt:/sbin:/sbin/halt
mail:mail:x:8:12:mail:/var/spool/mail:/sbin/nologin
operator:operator:x:11:0:operator:/root:/sbin/nologin
games:games:x:12:100:games:/usr/games:/sbin/nologin
ftp:ftp:x:14:50:FTP User:/:/sbin/nologin
nobody:nobody:x:99:99:Nobody:/:/sbin/nologin
systemd-network:systemd-network:x:192:192:systemd Network Management:/:/sbin/nologin
dbus:dbus:x:81:81:System message bus:/:/sbin/nologin
polkitd:polkitd:x:999:998:User for polkitd:/:/sbin/nologin
libstoragemgmt:libstoragemgmt:x:998:997:daemon account for libstoragemgmt:/var/run/lsm:/sbin/nologin
abrt:abrt:x:173:173::/etc/abrt:/sbin/nologin
rpc:rpc:x:32:32:Rpcbind Daemon:/var/lib/rpcbind:/sbin/nologin
sshd:sshd:x:74:74:Privilege-separated SSH:/var/empty/sshd:/sbin/nologin
postfix:postfix:x:89:89::/var/spool/postfix:/sbin/nologin
ntp:ntp:x:38:38::/etc/ntp:/sbin/nologin
chrony:chrony:x:997:995::/var/lib/chrony:/sbin/nologin
tcpdump:tcpdump:x:72:72::/:/sbin/nologin
work:work:x:1000:1000::/home/work:/bin/bash
centos:centos:x:1001:1002:Cloud User:/home/centos:/bin/bash
mayun:mayun:x:1002:1003:Jack Ma,Alibaba HangZhou China,12345678,18810245201:/home/mayun:/bin/bash
zhaomingfu:
jiangze:
shifanjie:
yangmoda:
zhuxiaoxi:
xulei26:
wangzishuo:
yuehongda:
yueguangbin:
lifengjie:
yugeyang:
wangming04:
houhuikun:
liuxinran01:
hanzecheng:
yanghongjun:
lizheyuan:
zhanyongdong:
huxiaoran01:
liuchenghui01:
yunhai01:
liyanan14:
suoning:
panchenglong:
shenhuiyang:
donghan:
chenyun05:
xianghao01:
zhouqi03:
mengzhe:
zhaokexin04:
liuchao15:
niukanglong:
zhengyongpan:
wangjunhan:
shiyiyu:
liuguangming:
piaoxiaoyu:
guochuanlei:
hulingxuan:
ranyunchao:
liushuai06:
songpeipei:
guanzhicheng02:
yuanxueran:
liqilin01:
lirui04:
gaocongcong:
jiahongpeng:
wangyuanyuan14:
chezhuo:
huangfengzhi:
yanxin08:
tanrenzong:
pankai01:
wuyinping:

复制代码

可以看到通过接口得到的结果前半部分顺序是一致的，后半部分是多出来的。何时会出现接口返回比数据文件多的情况？摘录一段书中的原文作为解答：
用户和组数据是用网络信息服务 (Network Information Service, NIS) 实现的。这使管理员可以编辑数据库的主副本，然后将它自动分发到组织中的所有服务器上。客户端系统可以联系服务器查看用户和组的有关信息。NIS+ 和轻量级目录访问协议 (Lightweight Directory Access Protocol, LDAP) 提供了类似功能。很多系统通过配置文件 /etc/nsswitch.conf 来控制管理每一类信息的方法。

看上面例子中多出来的信息，确实和网络中真实的用户信息相吻合，这是第一种不一致的场景。
MacOS 上的情况更复杂一些，/etc/passwd 的内容比较多就不全贴出来了：

> cat /etc/passwd | wc -l
120

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一共有 120 行，除去开头的注释是 110 条记录。再来看通过接口遍历的结果：

> ./getpwnam_ent abc | wc -l
getpwnam: Undefined error: 0
221

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居然有 221 行，发现其中有大量重复记录，排序去重后变为 111 条记录：

> ./getpwnam_ent abc | sort | uniq | wc -l
getpwnam: Undefined error: 0
111

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将它和 /etc/passwd 去掉头部注释后的排序内容做个比较：

> paste -d':' users.txt passwd.txt
_amavisd:_amavisd:*:83:83:AMaViS Daemon:/var/virusmails:/usr/bin/false
......
daemon:daemon:*:1:1:System Services:/var/root:/usr/bin/false
nobody:nobody:*:-2:-2:Unprivileged User:/var/empty:/usr/bin/false
root:root:*:0:0:System Administrator:/var/root:/bin/sh
yunhai01:

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遍历结果只比数据文件多了一条记录：yunhai01，这正是我在这台 MacOS 上的账户名称。不过即使除去这条记录，原始的遍历顺序和数据文件也是不一致的，摘录书中一段话强行解释一下：
在 FreeBSD 中，……，还会产生该文件的散列版本。/etc/pwd.db 是 /etc/passwd 的散列版本，……。这些为大型系统提供了更好的性能。
散列版本应该是根据用户名或 uid 对内容进行排序以提高查找性能的副本，但是并没有在我的机器上找到 /etc/pwd.db 这个文件。出现重复记录确实是个问题，这样会导致对部分用户 (本例中除 yunhai01 外) 进行两次操作，属于系统级 bug。幸好对于 MacOS 来说，只在单用户模式下 (维护模式) 才会使用这些信息，平时都是通过 netinfo 存储的，问题不大。。
典型案例

补充一下接口使用案例，ls -l 选项因为需要根据 uid 展示用户名，用到了 getpwuid；login 程序因为需要根据用户名查询用户信息，用到了 getpwnam。
前者使用 strace 没有看到 getpwuid 调用：

> strace ls -lh |& less
......
open("/etc/passwd", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=1276, ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f1f48875000
read(3, "root:x:0:0:root:/root:/bin/bash\n"..., 4096) = 1276
read(3, "", 4096) = 0
close(3) = 0
......

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只看到了 open /etc/passwd 的内容。不过这不能说明问题，毕竟 strace 只能跟踪系统调用，而 getpwuid 属于库函数，它底层也是通过打开 passwd 文件来查询信息的，因此不能说明什么。网上有一个通过 stat 模拟 ls -l 的例子，确实用到了 getpwuid 来显示用户信息，具体可参考附录。
login 是在用户登录时被调用的，strace 无从下口，只能改天拿来 linux 源码分析下了。。
阴影口令

先来探讨一下这个文件存在的必要性，我们都知道文件中存储的都是经过加密的口令，使用的是非可逆的加密算法，从密文无法倒推回明文，那为何还怕密文泄露呢？引用书上的一段话做个说明：
但是可以对口令进行猜测，将猜测的口令经过单向算法变换成加密形式，然后将其与用户的加密口令相比较……用户往往以非随机方式选择口令……一个经常重复的试验是先得到一份口令文件，然后用试探方法猜测口令
对这段话深有同感，有太多服务器或测试机使用了 123qwe!@#、1qaz@WSX、111qqq!!!… 这类符合操作系统要求却又简单好记的密码。如果将加密口令字段移入另外一个需要更高权限的单独文件中 (如 /etc/shadow)，普通用户就无法获取用于猜测口令的原始信息从而避免了很多风险。访问阴影口令文件的程序会非常有限 (如 login / passwd)，况且这些程序通常是设置用户 ID 为 root 的，也能正常运行 (关于 set-user-id，可以参考之前写的：《[apue] linux 文件访问权限那些事儿》)。
在 CentOS 上 struct spwd 的定义位于文件中：

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. */
};

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阴影口令不是 POSIX.1 标准的一部分，大多数实现至少要求包含其中 2 个：sp_namp / sp_pwdp，其它字段用于控制口令改动频率 (sp_lstchg / sp_min / sp_max / sp_warn) 及账户保持活动状态的时间 (sp_inact / sp_expire)，freebsd 和 MacOS 甚至没有阴影口令，账户的额外信息是放在 passwd 文件中的 (pw_change / pw_expire)，而 linux 和 Solaris 在这一点上非常接近但是也有细微差别：

Solaris 中整数字段均定义均为 int；linux 上为 long int
sp_inact 在 Solaris 上表示用户上次登录以来所经过的天数；linux 上为口令过期的尚余天数

spwd 结构体的各个字段和数据文件中的字段是一一对应的，在 CentOS 上有以下的文件内容：

> sudo cat /etc/shadow
root:$6$hT9cNMJc$Ej4tEC3hSHv4jepws0wDgXbIO6lK6GOJ4Yzm1iECfKiq9Bl.zeoNCzr.bI7I3NhPnBezZTK51clj5LuzyXDXc1:18717:0:99999:7:::
bin:*:17632:0:99999:7:::
daemon:*:17632:0:99999:7:::
adm:*:17632:0:99999:7:::
lp:*:17632:0:99999:7:::
sync:*:17632:0:99999:7:::
shutdown:*:17632:0:99999:7:::
halt:*:17632:0:99999:7:::
mail:*:17632:0:99999:7:::
operator:*:17632:0:99999:7:::
games:*:17632:0:99999:7:::
ftp:*:17632:0:99999:7:::
nobody:*:17632:0:99999:7:::
systemd-network:!!:17850::::::
dbus:!!:17850::::::
polkitd:!!:17850::::::
libstoragemgmt:!!:17850::::::
abrt:!!:17850::::::
rpc:!!:17850:0:99999:7:::
sshd:!!:17850::::::
postfix:!!:17850::::::
ntp:!!:17850::::::
chrony:!!:17850::::::
tcpdump:!!:17850::::::
work:$6$NHiZrcs5$igsfZKouoJNEYJMezMfG.sDQYA4Xt6Nu1jEkfz/7/C1qs96aXiAsgRJoeYBo7fAf4oeUkV8T3424ZQ4RIrOix0:18058:1:99999:7:::
centos:!!:18108:1:99999:7:::
mayun::19295:1:99999:7:::

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字段仍以冒号分隔，做个简单说明：

sp_pwdp 除了密文口令外，还可以有以下选择：*、!!、空，其中除了空表示没有口令外，其它含义目前不清楚
sp_lstchg 是上次更新口令时间，单位是 1970.1.1 开始计算的天数，例如上例中 work 用户的值 18058 表示：1970+18058/365=2019.61，大概是 2019 年中，以上仅是粗略算法，精细一点的可以使用日期计算器
sp_min 是最小口令更改间隔，小于这个天数会被系统拒绝，0 表示随时改
sp_max 是最大口令更改间隔，超出这个天数系统会让用户强制更新密码，99999 大概是 274 年，终其一生应该不用改了
sp_warn 是过期前提醒天数，一般是一周内 (7)，设置为 -1 表示不提醒
sp_inact 是过期后多少天内账号变为 inactive 状态，此时可登陆但不能操作，必需更新密码
sp_expire 是多少天后账号会过期，此时无法登陆

使用 chage 命令可以修改与账户改动频率控制相关的字段，感兴趣的可自行 man 查阅用法。
遍历结果

使用 setspent / getspent / endspent 对 shadow 文件进行遍历时，顺序和文件顺序一致，这一点和 passwd 文件结论一样，同样的，使用一个书上的一个例子稍加改进进行试验：

#include <shadow.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include "../apue.h"
struct spwd* my_getspnam (char const* name)
{
struct spwd *ptr = 0;
setspent ();
while ((ptr = getspent ()) != NULL)
{
printf ("%s\t%s\t%ld\t%ld\t%ld\t%ld\t%ld\t%ld\n",
ptr->sp_namp, ptr->sp_pwdp, ptr->sp_lstchg,
ptr->sp_min, ptr->sp_max, ptr->sp_warn,
ptr->sp_inact, ptr->sp_expire);
if (strcmp (name, ptr->sp_namp) == 0)
break;
}
endpwent ();
return (ptr);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct spwd pwd;
struct spwd *result;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s username\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
result = my_getspnam(argv[1]);
if (result == NULL) {
perror("my_getspnam");
exit(EXIT_FAILURE);
}
pwd = *result;
printf("Name: %s; Pwd: %s\n", pwd.sp_namp, pwd.sp_pwdp);
exit(EXIT_SUCCESS);
}

复制代码

这个例子演示了如何使用遍历接口模拟 getspnam 的，这里主要的修改是在 my_getspnam 中增加了对遍历信息的输出，这样当给一个不存在的用户名后，就可以把整个文件过一遍啦：
查看代码

> sudo ./getspnam_ent abc
root $6$hT9cNMJc$Ej4tEC3hSHv4jepws0wDgXbIO6lK6GOJ4Yzm1iECfKiq9Bl.zeoNCzr.bI7I3NhPnBezZTK51clj5LuzyXDXc1 18717 0 99999 7 -1 -1
bin * 17632 0 99999 7 -1 -1
daemon * 17632 0 99999 7 -1 -1
adm * 17632 0 99999 7 -1 -1
lp * 17632 0 99999 7 -1 -1
sync * 17632 0 99999 7 -1 -1
shutdown * 17632 0 99999 7 -1 -1
halt * 17632 0 99999 7 -1 -1
mail * 17632 0 99999 7 -1 -1
operator * 17632 0 99999 7 -1 -1
games * 17632 0 99999 7 -1 -1
ftp * 17632 0 99999 7 -1 -1
nobody * 17632 0 99999 7 -1 -1
systemd-network !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
dbus !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
polkitd !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
libstoragemgmt !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
abrt !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
rpc !! 17850 0 99999 7 -1 -1
sshd !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
postfix !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
ntp !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
chrony !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
tcpdump !! 17850 -1 -1 -1 -1 -1
work $6$NHiZrcs5$igsfZKouoJNEYJMezMfG.sDQYA4Xt6Nu1jEkfz/7/C1qs96aXiAsgRJoeYBo7fAf4oeUkV8T3424ZQ4RIrOix0 18058 1 99999 7 -1 -1
centos !! 18108 1 99999 7 -1 -1
mayun 19295 1 99999 7 -1 -1
zhaomingfu !! 12000 0 999999 7 -1 -1
jiangze !! 12000 0 999999 7 -1 -1
shifanjie !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yangmoda !! 12000 0 999999 7 -1 -1
zhuxiaoxi !! 12000 0 999999 7 -1 -1
xulei26 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
wangzishuo !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yuehongda !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yueguangbin !! 12000 0 999999 7 -1 -1
lifengjie !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yugeyang !! 12000 0 999999 7 -1 -1
wangming04 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
houhuikun !! 12000 0 999999 7 -1 -1
liuxinran01 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
hanzecheng !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yanghongjun !! 12000 0 999999 7 -1 -1
lizheyuan !! 12000 0 999999 7 -1 -1
zhanyongdong !! 12000 0 999999 7 -1 -1
huxiaoran01 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
liuchenghui01 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yunhai01 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
liyanan14 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
suoning !! 12000 0 999999 7 -1 -1
panchenglong !! 12000 0 999999 7 -1 -1
shenhuiyang !! 12000 0 999999 7 -1 -1
donghan !! 12000 0 999999 7 -1 -1
chenyun05 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
xianghao01 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
zhouqi03 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
mengzhe !! 12000 0 999999 7 -1 -1
zhaokexin04 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
liuchao15 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
niukanglong !! 12000 0 999999 7 -1 -1
zhengyongpan !! 12000 0 999999 7 -1 -1
wangjunhan !! 12000 0 999999 7 -1 -1
shiyiyu !! 12000 0 999999 7 -1 -1
liuguangming !! 12000 0 999999 7 -1 -1
piaoxiaoyu !! 12000 0 999999 7 -1 -1
guochuanlei !! 12000 0 999999 7 -1 -1
hulingxuan !! 12000 0 999999 7 -1 -1
ranyunchao !! 12000 0 999999 7 -1 -1
liushuai06 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
lulintong !! 12000 0 999999 7 -1 -1
songpeipei !! 12000 0 999999 7 -1 -1
guanzhicheng02 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yuanxueran !! 12000 0 999999 7 -1 -1
liqilin01 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
lirui04 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
gaocongcong !! 12000 0 999999 7 -1 -1
jiahongpeng !! 12000 0 999999 7 -1 -1
wangyuanyuan14 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
chezhuo !! 12000 0 999999 7 -1 -1
huangfengzhi !! 12000 0 999999 7 -1 -1
yanxin08 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
tanrenzong !! 12000 0 999999 7 -1 -1
pankai01 !! 12000 0 999999 7 -1 -1
wuyinping !! 12000 0 999999 7 -1 -1
my_getspnam: No such file or directory

复制代码

观察到几点现象：

sp_pwdp 中的 * / !! 保留原样输出
文件中空的 sp_inact / sp_expire 字段变为了 -1
输出比 shadow 文件中的要多，考虑是 NIS 服务提供的网络用户信息

特别是最后一点，当不使用 sudo 提权时，不同机器表现不一致，有的无法从 shadow 文件中获取信息，只能获取 NIS 服务提供的这部分；有的直接失败返回 EACCESS。
一个崩溃

这个代码是复制上一个例子的，复制后无意间少改了一个地方，导致程序一启动就崩溃：

> git diff
diff --git a/06.chapter/getspnam_ent.c b/06.chapter/getspnam_ent.c
index c7021ff..903f96d 100644
--- a/06.chapter/getspnam_ent.c
+++ b/06.chapter/getspnam_ent.c
@@ -11,8 +11,9 @@ my_getspnam (char const* name)
{
struct spwd *ptr = 0;
setspent ();
- while ((ptr = getpwent ()) != NULL)
+ while ((ptr = getspent ()) != NULL)
{
if (strcmp (name, ptr->sp_namp) == 0)
break;
}

复制代码

原来是将 getpwent 返回的 struct passwd* 强转成了 struct spwd*，之后访问成员导致崩溃，可是这里并没有 (struct spwd*) 强转操作，C 语言不应该报个编译错？

> make
gcc -Wall -g -c getspnam_ent.c -o getspnam_ent.o
getspnam_ent.c: In function ‘my_getspnam’:
getspnam_ent.c:14:3: warning: implicit declaration of function ‘getpwent’ [-Wimplicit-function-declaration]
while ((ptr = getpwent ()) != NULL)
^
getspnam_ent.c:14:15: warning: assignment makes pointer from integer without a cast [enabled by default]
while ((ptr = getpwent ()) != NULL)
^
gcc -Wall -g getspnam_ent.o apue.o -o getspnam_ent

复制代码

看起来像是因为没有包含从而不识别 getpwent，将它的返回值推断为 int 了，但那也转不到 struct spwd*，而且即使包含了这个头文件也仍然是个 warning，谜之 C 语言……
最终破案了，原来是没有把 apue.h 放在最前面，里有一句定义至关重要：

#define _XOPEN_SOURCE 600 /* Single Unix Specification, Version 3 */

复制代码

在 XSI 扩展中定义的接口必需定义上面的版本号才可以使用：

#if defined __USE_SVID || defined __USE_MISC || defined __USE_XOPEN_EXTENDED
/* Rewind the password-file stream.
This function is a possible cancellation point and therefore not
marked with __THROW. */
extern void setpwent (void);
/* Close the password-file stream.
This function is a possible cancellation point and therefore not
marked with __THROW. */
extern void endpwent (void);
/* Read an entry from the password-file stream, opening it if necessary.
This function is a possible cancellation point and therefore not
marked with __THROW. */
extern struct passwd *getpwent (void);
#endif

复制代码

组文件

在 CentOS 上 struct group 的定义位于文件中：

/* 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. */
};

复制代码

POSIX.1 标准定义了上面全部 4 个字段，下面做个简单说明：

gr_name 是组名，可通过 getgrname 查找组信息
gr_passwd 是组密码，可通过 gpasswd 修改删除组的密码；和 struct passwd 一样，密码不直接保存在这个文件，而是存放于 shadow 文件：/etc/gshadow；当然这是非标准的部分，并不是所有平台都支持
gr_gid 是组的唯一 id，可通过 getgrgid 查找组信息
gr_mem 是一个指针数组，可以保存多个属于该组的用户名，以 NULL结尾。

这些字段和数据文件中的字段是一一对应的，在 CentOS 上有以下的文件内容：

> cat /etc/group
root:x:0:
bin:x:1:
daemon:x:2:
sys:x:3:
adm:x:4:
tty:x:5:
disk:x:6:
lp:x:7:
mem:x:8:
kmem:x:9:
wheel:x:10:
cdrom:x:11:
mail:x:12:postfix
man:x:15:
dialout:x:18:
floppy:x:19:
games:x:20:
tape:x:33:
video:x:39:
ftp:x:50:
lock:x:54:
audio:x:63:
nobody:x:99:
users:x:100:
utmp:x:22:
utempter:x:35:
input:x:999:
systemd-journal:x:190:
systemd-network:x:192:
dbus:x:81:
polkitd:x:998:
libstoragemgmt:x:997:
ssh_keys:x:996:
abrt:x:173:
rpc:x:32:
sshd:x:74:
slocate:x:21:
postdrop:x:90:
postfix:x:89:
ntp:x:38:
chrony:x:995:
tcpdump:x:72:
stapusr:x:156:
stapsys:x:157:
stapdev:x:158:
yunhai01:x:1000:
cgred:x:994:
mayun:x:1001:

复制代码

字段以冒号分隔，分别对应着 gr_name / gr_passwd / gr_gid / gr_mem 字段，其中：

组密码一直保持 'x'
组成员为空表示只包含和组名同名的用户，当一个用户属于多个组时，这里就会有非空信息了，例如上面的 postfix 用户，下面讲到附加组时还会举更多的例子

遍历顺序

使用 setgrent / getgrent / endgrend 遍历组文件时，顺序和文件顺序一致，这一点和 passwd 文件结论一样，同样的，使用一个书上的一个例子稍加改进进行验证：

#include "../apue.h"
#include <grp.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
struct group* my_getgrnam (char const* name)
{
struct group *ptr = 0;
setgrent ();
while ((ptr = getgrent ()) != NULL)
{
if (strcmp (name, ptr->gr_name) == 0)
break;
printf ("%s\n", ptr->gr_name);
}
endgrent ();
return (ptr);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct group grp;
struct group *result;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s group\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
result = my_getgrnam(argv[1]);
if (result == NULL) {
perror("getgrnam");
exit(EXIT_FAILURE);
}
grp = *result;
printf("Name: %s; GID: %d\n", grp.gr_name, grp.gr_gid);
for (int i=0; grp.gr_mem[i] != 0; ++i)
printf (" %s\n", grp.gr_mem[i]);
exit(EXIT_SUCCESS);
}

复制代码

这个例子演示了如何使用遍历接口模拟 getgrnam 的，这里主要的修改是在 my_getgrnam 中增加了对遍历信息的输出，这样当给一个不存在的用户名后，就可以把整个文件过一遍啦：

> ./getgrnam_ent abc
root
bin
daemon
sys
adm
tty
disk
lp
mem
kmem
wheel
cdrom
mail
man
dialout
floppy
games
tape
video
ftp
lock
audio
nobody
users
utmp
utempter
input
systemd-journal
systemd-network
dbus
polkitd
libstoragemgmt
ssh_keys
abrt
rpc
sshd
slocate
postdrop
postfix
ntp
chrony
tcpdump
stapusr
stapsys
stapdev
work
nogroup
cgred
centos
mayun
DOORGOD
getgrnam: Success

复制代码

相比 /etc/group 文件，多了 NIS 返回的部分数据：

> paste /etc/group group.txt
root:x:0: root
bin:x:1: bin
daemon:x:2: daemon
sys:x:3: sys
adm:x:4:centos adm
tty:x:5: tty
disk:x:6: disk
lp:x:7: lp
mem:x:8: mem
kmem:x:9: kmem
wheel:x:10:centos wheel
cdrom:x:11: cdrom
mail:x:12:postfix mail
man:x:15: man
dialout:x:18: dialout
floppy:x:19: floppy
games:x:20: games
tape:x:33: tape
video:x:39: video
ftp:x:50: ftp
lock:x:54: lock
audio:x:63: audio
nobody:x:99: nobody
users:x:100: users
utmp:x:22: utmp
utempter:x:35: utempter
input:x:999: input
systemd-journal:x:190:centos systemd-journal
systemd-network:x:192: systemd-network
dbus:x:81: dbus
polkitd:x:998: polkitd
libstoragemgmt:x:997: libstoragemgmt
ssh_keys:x:996: ssh_keys
abrt:x:173: abrt
rpc:x:32: rpc
sshd:x:74: sshd
slocate:x:21: slocate
postdrop:x:90: postdrop
postfix:x:89: postfix
ntp:x:38: ntp
chrony:x:995: chrony
tcpdump:x:72: tcpdump
stapusr:x:156: stapusr
stapsys:x:157: stapsys
stapdev:x:158: stapdev
work:x:1000: work
nogroup:x:1001: nogroup
cgred:x:994: cgred
centos:x:1002: centos
mayun:x:1003: mayun
DOORGOD

复制代码

其中 DOORGOD 即是 NIS 提供的，由 NIS 提供的用户都在这个组中：

> ls -lhrt
total 132K
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.4K May 15 2021 getgrnam.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 11K May 15 2021 wtmp2.txt
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 174 May 15 2021 utmp.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 566 May 15 2021 uname.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.6K May 15 2021 timeshift.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.8K May 15 2021 timeprintf.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 958 May 15 2021 time.c.org
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 958 May 15 2021 time.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.3K May 15 2021 setgrps.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 15K May 15 2021 ls.out
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 339 May 15 2021 hostname.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.3K May 15 2021 getspnam.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.2K May 15 2021 getservnam_ent.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 841 May 15 2021 getservnam.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.2K May 15 2021 getpwnam.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.1K May 15 2021 getprotonam_ent.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 800 May 15 2021 getprotonam.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 988 May 15 2021 getnetnam_ent.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 906 May 15 2021 getnetnam.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.1K May 15 2021 gethostnam_ent.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 992 May 15 2021 gethostnam.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 1.1K May 15 2021 getgrps.c
-rw-r--r-- 1 yunhai01 DOORGOD 342 Nov 13 00:08 shadow.sh
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 974 Nov 13 00:49 getspnam_ent.c
-rw-r--r-- 1 yunhai01 DOORGOD 868 Nov 27 16:34 getpwnam_ent.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 945 Nov 27 16:34 getgrnam_ent.c
-rw-rw-r-- 1 yunhai01 DOORGOD 3.3K Nov 27 16:35 Makefile
-rw-r--r-- 1 yunhai01 DOORGOD 337 Nov 27 16:48 group.txt

复制代码

附加组

早期 unix 系统中，一个用户只能属于一个组，当临时需要借用另一组权限时，使用 newgrp {group} 命令切换，完成后再使用无参数的 newgrp 返回。如果新的组有密码，需要输入匹配的密码才可以加入。后面随着系统的发展，引入了附加组的概念，一个用户除了属于一个主组 (initial group) 外，还可以属于最多不超过 NGROUPS_MAX (65536 CentOS) 个附加组，相应的文件权限检查时，除了将进程有效组 ID 与主组 ID 进行比较外，还与所有附加组 ID 进行比较，只有有一个能匹配上，就可以通过权限检查。这样一来就避免了频繁的切换组。关于文件权限的内容，可以参考我之前写的这篇：《[apue] linux 文件系统那些事儿》。
在开始用例子说明添加用户到组之前，先熟悉下与用户和用户组相关的几个命令：

useradd / userdel / usermod 是用户的增删改；
groupadd / groupdel / groupmod 是用户组的增删改；
passwd / gpaaswd 分别是用户和组密码的增删改。

其中：

useradd / usermod 都可以通过 -g 参数指定主组、-G 参数指定附加组，多个组名之前以逗号分隔
usermod -G 指定的附加组列表会直接替换用户的附加组，如果仅添加，需要指定 -a 选项。对于删除，usermod 比较无力，需要得到用户之前的所有附加组，去掉想删除的组后直接使用 -G 设置
除了 usermod 从用户角度出发，gpasswd 从用户组的角度出发也可以修改组包含的用户列表，主要是通过 -a 选项添加用户，-d 选项删除用户，-M 选项直接设置组的所有用户。对比下来，想删除某个用户的附加组，使用 gpasswd -d 更方便一些

下面演示为 mayun 账户添加多个附加组：

> sudo usermod -a -G centos,sshd,work,ntp,dbus,games,ftp,man mayun
> sudo gpasswd -M centos,sshd,work,ntp,dbus,games,ftp,daemon mayun
> id mayun
uid=1002(mayun) gid=1003(mayun) groups=1003(mayun),15(man),20(games),50(ftp),81(dbus),74(sshd),38(ntp),1000(work),1002(centos)
> cat /etc/group
root:x:0:
bin:x:1:
daemon:x:2:
sys:x:3:
adm:x:4:centos
tty:x:5:
disk:x:6:
lp:x:7:
mem:x:8:
kmem:x:9:
wheel:x:10:centos
cdrom:x:11:
mail:x:12:postfix
man:x:15:mayun
dialout:x:18:
floppy:x:19:
games:x:20:mayun
tape:x:33:
video:x:39:
ftp:x:50:mayun
lock:x:54:
audio:x:63:
nobody:x:99:
users:x:100:
utmp:x:22:
utempter:x:35:
input:x:999:
systemd-journal:x:190:centos
systemd-network:x:192:
dbus:x:81:mayun
polkitd:x:998:
libstoragemgmt:x:997:
ssh_keys:x:996:
abrt:x:173:
rpc:x:32:
sshd:x:74:mayun
slocate:x:21:
postdrop:x:90:
postfix:x:89:
ntp:x:38:mayun
chrony:x:995:
tcpdump:x:72:
stapusr:x:156:
stapsys:x:157:
stapdev:x:158:
work:x:1000:mayun
nogroup:x:1001:
cgred:x:994:
centos:x:1002:mayun
mayun:x:1003:centos,sshd,work,ntp,dbus,games,ftp,daemon
> sudo usermod -G mayun mayun
> id mayun
uid=1002(mayun) gid=1003(mayun) groups=1003(mayun)
> sudo gpasswd -M mayun mayun

复制代码

脚本使用 usermod 为用户 mayun 添加附加组，使用 gpasswd 为用户组 mayun 添加用户，通过 id 展示用户所属组信息，也通过查看 /etc/group 验证了这一点，最后恢复原状。
典型用例

关于附加组有如下几个 api：

int getgroups(int gidsetsize, gid_t grouplist[]);
int setgroups(int ngroups, const gid_t gidlist[]);
int initgroups(const char *name, gid_t basegid);

复制代码

下面结合使用场景对他们做个简单说明：

getgropus 随时可以调用，gidsetsize 应与 grouplist 维度匹配，如果 gidsetsize = 0，则返回 grouplist 的维度，以便用户分配存储空间接收它们
只有超级用户可以调用 setgroups 来为调用进程设置附加组 ID 列表，ngroups 不能大于 NGROUPS_MAX
只有超级用户可以调用 initgroups 来初始化账户的附加组列表，它通过 setgrent/getgrent/endgrent 读取组文件，遍历其中包含成员为 name 的组，然后调用 setgroups 设置这它们，此外还会设置 basegid 作为初始组，它是 name 在口令文件中的对应的组 ID，用以区分组 ID 和附加组 ID
login 进程会在用户登录时调用 initgroups

主机

在 CentOS 上 hostent 结构体的定义位于文件中：

struct hostent
{
char *h_name; /* Official name of host. */
char **h_aliases; /* Alias list. */
int h_addrtype; /* Host address type. */
int h_length; /* Length of address. */
char **h_addr_list; /* List of addresses from name server. */
};

复制代码

其中：

h_name 表示主机名，这通常是用域名表示的，如 baidu.com
h_addrtype 一般为 AF_INET 或 AF_INET6
h_addr_list 用来存放多个地址指针，以 NULL 结尾。为了向后兼容，通常将 h_addr 定义为链表中第一个元素

/etc/hosts 文件一般只有很少的内容，除非明确指定域名到 IP 的映射，一般不更改这个文件，我的 CentOS 上它有以下内容：

127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
10.9.225.242 goodcitizen.bcc-gzhxy.baidu.com goodcitizen.bcc-gzhxy.baidu.com
140.82.114.3 github.com
140.82.114.10 nodeload.github.com
140.82.114.6 api.github.com
140.82.114.10 codeload.github.com
203.208.39.193 dl.google.com

复制代码

第一列是 IP 地址，第二列是域名。可以看到为了增加国内 github 的解析我增加了一些内容，这样 ping github.com 时将直接使用指定的 IP 进行连接。
通过 sethostent/gethostent/endhostent 遍历的信息将仅限文件内容，而 gethostbyname/gethostbyaddr 则可以返回任意合法域名的地址，它的取值范围远远大于 /etc/hosts 的范围，这是和其它 api 最大的不同点。下面的这个程序演示了这一点，首先验证文件遍历的方式：

#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include "../apue.h"
struct hostent* my_gethostnam (char const* name)
{
struct hostent *ptr = 0;
sethostent (1);
while ((ptr = gethostent ()) != NULL)
{
printf ("searching %s\n", ptr->h_name);
if (strcmp (name, ptr->h_name) == 0)
break;
}
endhostent ();
return (ptr);
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
struct hostent *result;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s hostname\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
result = my_gethostnam(argv[1]);
if (result == NULL) {
perror("gethostnam");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Name: %s; type: %d\n", result->h_name, result->h_addrtype);
int i = 0;
char **p = result->h_addr_list;
while (p && p[i])
{
printf(" %s\n", inet_ntoa(*(struct in_addr*)p[i]));
i++;
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}

复制代码

这个例子演示了如何使用遍历接口模拟 gethostbynam 的，这里主要的修改是在 my_gethostnam 中增加了对遍历信息的输出，这样当给一个不存在的域名后，就可以把整个文件过一遍啦：

> ./gethostnam_ent baidu.com
searching localhost
searching localhost
searching goodcitizen.bcc-gzhxy.baidu.com
searching github.com
searching nodeload.github.com
searching api.github.com
searching codeload.github.com
searching dl.google.com
gethostnam: Success

复制代码

可以看到因为给定的域名不在 hosts 文件中，所以即使是合法的域名最后也没有找到。如果将这里的 my_gethostbynam 替换为标准的 gethostbynam，结果就大不相同了：

> ./gethostnam baidu.com
Name: baidu.com; type: 2
220.181.38.251
220.181.38.148

复制代码

如果给定的域名是 hosts 中已经存在的，则不管是否有网络都可以得到结果：

> ./gethostnam github.com
Name: github.com; type: 2
140.82.114.3

复制代码

因此可以这样理解，hosts 仅仅是在系统自动解析域名的基础上增加了自定义域名映射的功能，而且具有更高优先级。另外遍历的时候只返回文件中的内容也好理解，如果将网络上的 DNS 信息遍历一遍，那绝对是一件不可能完成的任务，也没有必要。gethostbynam 对于没有 DNS 缓存的域名，也是通过在网络上发送 DNS 请求来实现的，所以当网络不通时，这个接口也无法正常工作了。
uname

上面的内容主要是获取网络主机名地址的，那如何获取本地主机名呢？POSIX 提供了两个接口，首先来看 uname：

/* 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];
};
int uname(struct utsname *name);

复制代码

uname 返回 utsname 结构体，分别包含了系统名称、主机名称、发布名称、版本、机器类型，下面是在 CentOS 上调用的输出：

> ./uname
sizeof (struct utsname) = 390
sysname: Linux
nodename: goodcitizen.bcc-gzhxy.baidu.com
release: 3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64
version: #1 SMP Tue Nov 8 15:48:59 UTC 2022
machine: x86_64

复制代码

系统命令 uname 可以直接输出这些信息：

> uname -s
Linux
> uname -n
goodcitizen.bcc-gzhxy.baidu.com
> uname -r
3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64
> uname -v
#1 SMP Tue Nov 8 15:48:59 UTC 2022
> uname -m
x86_64
> uname -a
Linux goodcitizen.bcc-gzhxy.baidu.com 3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64 #1 SMP Tue Nov 8 15:48:59 UTC 2022 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

复制代码

可以看到示例中各选项与字段的对应关系。
gethostname

int gethostname(char *name, size_t namelen);
int sethostname(const char *name, int namelen);

复制代码

gethostname 只输出主机名称，看源码它直接调用 uname 并返回 nodename 字段，名称长度限制为 HOST_NAME_MAX (CentOS 64)。 sethostname 则只有超级用户可以调用，通常在系统自举时设置，由 /etc/rc 或 init 取自一个启动文件。
网络

在 CentOS 上 netent 结构体位于文件中：

struct netent {
char *n_name; /* official network name */
char **n_aliases; /* alias list */
int n_addrtype; /* net address type */
uint32_t n_net; /* network number */
}

复制代码

对应的文件是 /etc/networks，在 CentOS 上只找到寥寥几条记录：

default 0.0.0.0
loopback 127.0.0.0
link-local 169.254.0.0

复制代码

关于 getnetbyname 及 getnetbyaddr，一直没明白有什么用处，所以这节就简单带过了，用法和上一节别无二致。
协议

在 CentOS 上 protoent 结构体位于文件中：

struct protoent {
char *p_name; /* official protocol name */
char **p_aliases; /* alias list */
int p_proto; /* protocol number */
}

复制代码

其中：

p_name 是协议名，如 icmp、tcp、ip
p_proto 是协议号，对应着 IPPROTO_XXX 的定义，例如 IPPROTO_ICMP = 1，IPPROTO_TCP = 6, IPPROTO_IP = 0

/etc/protocols 包含了所有的协议，内容比较多，这里就不贴整个文件了，取一些典型的数据列出来：

> cat /etc/protocols
...
ip 0 IP # internet protocol, pseudo protocol number
hopopt 0 HOPOPT # hop-by-hop options for ipv6
icmp 1 ICMP # internet control message protocol
igmp 2 IGMP # internet group management protocol
ggp 3 GGP # gateway-gateway protocol
ipv4 4 IPv4 # IPv4 encapsulation
st 5 ST # ST datagram mode
tcp 6 TCP # transmission control protocol
cbt 7 CBT # CBT, Tony Ballardie <A.Ballardie@cs.ucl.ac.uk>
egp 8 EGP # exterior gateway protocol
igp 9 IGP # any private interior gateway (Cisco: for IGRP)
bbn-rcc 10 BBN-RCC-MON # BBN RCC Monitoring
nvp 11 NVP-II # Network Voice Protocol
pup 12 PUP # PARC universal packet protocol
argus 13 ARGUS # ARGUS
emcon 14 EMCON # EMCON
xnet 15 XNET # Cross Net Debugger
chaos 16 CHAOS # Chaos
udp 17 UDP # user datagram protocol
mux 18 MUX # Multiplexing protocol
dcn 19 DCN-MEAS # DCN Measurement Subsystems
hmp 20 HMP # host monitoring protocol
prm 21 PRM # packet radio measurement protocol
xns-idp 22 XNS-IDP # Xerox NS IDP
trunk-1 23 TRUNK-1 # Trunk-1
trunk-2 24 TRUNK-2 # Trunk-2
leaf-1 25 LEAF-1 # Leaf-1
leaf-2 26 LEAF-2 # Leaf-2
rdp 27 RDP # "reliable datagram" protocol
irtp 28 IRTP # Internet Reliable Transaction Protocol
iso-tp4 29 ISO-TP4 # ISO Transport Protocol Class 4
netblt 30 NETBLT # Bulk Data Transfer Protocol
...
> cat /etc/protocols | wc -l
162

复制代码

第一列是协议名，第二列是协议号，第三列是别名。# 号开头的为注释不是有效记录。
通过 setprotoent/getprotoent/endprotoent 遍历的内容与文件内容完全一致，且顺序一致。这里就不再演示了。
与 /etc/networks 一样，我没找到这些接口的使用场景，一般在编程阶段就要确定使用的协议类型，直接指定头文件中的 IPPROTO_XX 即可，有什么必要通过 getprotobynam 来查询一遍呢？除非是为了某种可拓展性，当不同协议经过抽象后除了协议部分的代码完全一致时，可以通过在配置文件中指定协议名的方式来快速切换底层的实现，那么这时就可以使用 getprotobynam 来查询对应的协议号，这样一看还是有点用的哈~
服务

在 CentOS 上 servent 结构体位于文件中：

struct servent {
char *s_name; /* official service name */
char **s_aliases; /* alias list */
int s_port; /* port number */
char *s_proto; /* protocol to use */
}

复制代码

其中：

s_name 表示服务名，如 ssh、http、https、ftp 等
s_port 表示连接的端口号，注意字节顺序是网络序，展示前需要转换为主机序
s_proto 表示底层传输层协议，如 tcp、udp 等

/etc/services 包含了所有的服务，在 CentOS 上有以下内容 (内容有缩减)：

> cat /etc/services | wc -l
11176
> cat /etc/services
...
# 21 is registered to ftp, but also used by fsp
ftp 21/tcp
ftp 21/udp fsp fspd
ssh 22/tcp # The Secure Shell (SSH) Protocol
ssh 22/udp # The Secure Shell (SSH) Protocol
telnet 23/tcp
telnet 23/udp
# 24 - private mail system
lmtp 24/tcp # LMTP Mail Delivery
lmtp 24/udp # LMTP Mail Delivery
smtp 25/tcp mail
smtp 25/udp mail
time 37/tcp timserver
time 37/udp timserver
rlp 39/tcp resource # resource location
rlp 39/udp resource # resource location
nameserver 42/tcp name # IEN 116
nameserver 42/udp name # IEN 116
nicname 43/tcp whois
nicname 43/udp whois
...

复制代码

第一列是服务名，第二列是端口号与协议名，通过斜杠分隔。# 号开头的为注释不是有效记录。
通过 setservent/getservent/endservent 遍历的内容与文件内容完全一致，且顺序一致，这里就不再演示了。
getaddrinfo

为了简化 gethostbynam/gethostbyaddr 与 getservbynam/getservbyport 调用，Linux 上推出了一组新的接口：

int getnameinfo(const struct sockaddr *sa, socklen_t salen,
char *host, size_t hostlen,
char *serv, size_t servlen, int flags);
int getaddrinfo(const char *node, const char *service,
const struct addrinfo *hints,
struct addrinfo **res);
void freeaddrinfo(struct addrinfo *res);
const char *gai_strerror(int errcode);

复制代码

其中：

getnameinfo = gethostbyaddr + getservbyport，根据地址查询主机名与服务名
getaddrinfo = gethostbyname + getservbyname，根据主机名与服务名查询地址信息
freeaddrinfo 用来释放与地址相关的内存，这块内存由 getaddrinfo 返回
gai_strerror 用来解释 getaddrinfo 的返回值

addrinfo 结构体定义如下：

struct addrinfo {
int ai_flags;
int ai_family;
int ai_socktype;
int ai_protocol;
socklen_t ai_addrlen;
struct sockaddr *ai_addr;
char *ai_canonname;
struct addrinfo *ai_next;
};

复制代码

不多做解释了，感兴趣的读者可以查看 man 手册页，这里主要关注一下 ai_next 字段，返回的多个地址可以通过这个字段串连成链表，比之前直观了不少。
除了简化用户调用，这组接口最大的好处是可重入性，无需担心静态存储区覆盖的问题，同时也能助力消除 ipv4 与 ipv6 的依赖问题 (allows programs to eliminate IPv4-versus-IPv6 dependencies)。
用户登录

用户登录相关的信息主要存储于 utmp/wtmp/btmp 三个文件中，下面一一说明。
utmp

一般位于 /var/run/utmp，记录当前登录进系统的各个用户。login 程序在用户登录时会填写一条 utmp 记录到该文件，注销时， init 进程将 utmp 文件中相应的记录擦除 (每个字节都填 0)，utmp 结构的定义位于文件中：

#define UT_LINESIZE 32
#define UT_NAMESIZE 32
#define UT_HOSTSIZE 256
struct exit_status { /* Type for ut_exit, below */
short int e_termination; /* Process termination status */
short int e_exit; /* Process exit status */
};
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, or kernel version for run-level messages */
struct exit_status ut_exit; /* Exit status of a process marked as DEAD_PROCESS; not used by Linux init(8) */
long ut_session; /* Session ID */
struct timeval ut_tv; /* Time entry was made */
int32_t ut_addr_v6[4]; /* Internet address of remote host; IPv4 address uses just ut_addr_v6[0] */
char __unused[20]; /* Reserved for future use */
};
/* Backward compatibility hacks */
#define ut_name ut_user
#define ut_time ut_tv.tv_sec
#define ut_addr ut_addr_v6[0]

复制代码

注释基本可以解释各个字段的含义，书上老版本的结构体只介绍了 ut_line / ut_name / ut_time 三个字段，后两个通过 define 定义到了 ut_user 和 ut_tv.tv_sec 字段。另外 64 位的 ut_tv / ut_session 类型会不一样，这里为了简化没有列出完整的定义，感兴趣的可以 man utmp 自行查看。
utmpdump

由于 /var/run/utmp 是二进制的，无法直接查看，想要看这个文件的内容，只能通过 utmpdump 命令转换后查看：

> utmpdump /var/run/utmp
Utmp dump of /var/run/utmp
[2] [00000] [~~ ] [reboot ] [~ ] [3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:20 2022 CST]
[1] [00051] [~~ ] [runlevel] [~ ] [3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:29 2022 CST]
[6] [01321] [tyS0] [LOGIN ] [ttyS0 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:29 2022 CST]
[6] [01320] [tty1] [LOGIN ] [tty1 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:29 2022 CST]
[7] [03628] [ts/0] [yunhai01] [pts/0 ] [172.31.43.62 ] [172.31.43.62 ] [Sun Jan 01 11:48:53 2023 CST]
[8] [24901] [ts/1] [ ] [pts/1 ] [ ] [172.31.23.41 ] [Wed Dec 14 15:18:50 2022 CST]
[8] [04965] [ts/2] [ ] [pts/2 ] [ ] [172.31.22.20 ] [Wed Dec 21 18:49:00 2022 CST]
[8] [27816] [ts/3] [ ] [pts/3 ] [ ] [172.31.23.41 ] [Fri Dec 30 18:28:00 2022 CST]

复制代码

其中各个列和字段并不是一一对应的关系，不过关键的进程 ID、用户名、主机名、ip 地址、登录时间还是很好分辨的：

第一列为 ut_type，取值如下 (其中 7 表示当前正在登录)：

#define EMPTY 0 /* Record does not contain valid info (formerly known as UT_UNKNOWN on Linux) */
#define RUN_LVL 1 /* Change in system run-level (see init(8)) */
#define BOOT_TIME 2 /* Time of system boot (in ut_tv) */
#define NEW_TIME 3 /* Time after system clock change (in ut_tv) */
#define OLD_TIME 4 /* Time before system clock change (in ut_tv) */
#define INIT_PROCESS 5 /* Process spawned by init(8) */
#define LOGIN_PROCESS 6 /* Session leader process for user login */
#define USER_PROCESS 7 /* Normal process */
#define DEAD_PROCESS 8 /* Terminated process */
#define ACCOUNTING 9 /* Not implemented */

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第二列是 ut_pid，通过 pstree 可以验证 (其中状态 7 对应的 PID 3628 为 sshd 进程)：

> pstree -nph
...
├─sshd(1282)───sshd(3628)───sshd(3751)───bash(3777)───bash(3807)─┬─man(29705)───less(29719)
│ └─pstree(30238)
...

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第三列为 ut_id，有一些例外：
- 当状态为 RUN_LVL (1：运行级别改变) 或 BOOT_TIME (2：系统重启) 时，为 ~~
- ttyX 表示终端名。注意因为长度限制，ttyS0 会被截断为 tyS0
- pts/X 表示伪终端名。同样因为长度限制，pts/0 会被截断为 ts/0
第四列为 ut_user，也有例外：
- 当状态为 RUN_LVL 时为 runlevel
- 当状态为 BOOT_TIME 时为 reboot
- 空表示非活跃用户 (DEAD_PROCESS)
第五列为 ut_line，是 ut_id 的完整版
第六列为 ut_host，有例外：
- 当状态为 RUN_LVL 或 BOOT_TIME 时为内核版本号
- 本地登录为空
第七列为 ut_addr，v4 地址仅使用 ut_addr_v6[0] 表示，全零表示本地登录
第八列为 ut_time

各个列具体列含义可参考文末链接。
字段变更

系统启动后首先启动 init 进程，该进程首先会清理 utmp 文件，这主要是通过：

将 ut_type 设置为 DEAD_PROCESS (8)
对于查找不到 ut_pid 信息且并状态不为 DEAD_PROCESS / RUN_LVL 记录，清空其 ut_user / ut_host / ut_time 字段

下面是进程生命周期过程中各个字段的变更逻辑：

init 进程根据 inittab 新建进程时如果没有匹配的空记录 (通过 ut_id) 则插入一条新的 utmp 记录，ut_id 设置为 inittab 中对应的字段，并且设置 ut_pid 和 ut_time 字段，最后设置 ut_type 为 INIT_PROCESS (5)。
mingettty 或 agetty 进程根据 pid 查找入口设置 ut_line，修改 ut_type 为 LOGIN_PROCESS (6)，更新 ut_time 字段
login 进程校验用户登录信息后，设置 ut_type 为 USER_PROCESS (7)，设置 ut_host 和 ut_addr 字段，更新 ut_time 字段
上面是通过 sshd 伪终端登录的情况，直接通过 xterm 登录 (本地登录) 的情况则简单很多，xterm 直接设置 ut_type 为 USER_PROCESS，ut_id 设置为终端名称的末 4 位。
init 或 xterm 进程检测到进程退出后，设置对应记录的 ut_type 为 DEAD_PROCESS，清理 ut_user / ut_host / ut_time 字段 (ut_time 被清理存疑)

遍历内容

通过 setutent/getutent/endutent 可以遍历的 utmp 文件内容，像之前一样，写一个 demo 演示一下：

#include "../apue.h"
#include <utmp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
struct utmp* my_getutnam (char const* name)
{
struct utmp *ptr = 0;
setutent ();
while ((ptr = getutent ()) != NULL)
{
struct in_addr addr = { 0 };
addr.s_addr = ptr->ut_addr_v6[0];
printf("type: %d, pid: %u, line: %s, utid: %.4s, user: %s, host: %s, exit: %d, sess: %d, time: %d, addr: %s\n",
ptr->ut_type, ptr->ut_pid, ptr->ut_line, ptr->ut_id, ptr->ut_user, ptr->ut_host, ptr->ut_exit.e_exit,
ptr->ut_session, ptr->ut_tv.tv_sec, inet_ntoa(addr));
if (strcmp (name, ptr->ut_user) == 0)
break;
}
endutent ();
return (ptr);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct utmp tmp;
struct utmp *result;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s username\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
result = my_getutnam(argv[1]);
if (result == NULL) {
perror("getutnam");
exit(EXIT_FAILURE);
}
tmp = *result;
printf ("find record!\n");
exit(EXIT_SUCCESS);
}

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运行 demo 得到如下输出：

$ ./getutnam_ent abc
type: 2, pid: 0, line: ~, utid: ~~, user: reboot, host: 3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64, exit: 0, sess: 0, time: 1670401340, addr: 0.0.0.0
type: 1, pid: 51, line: ~, utid: ~~, user: runlevel, host: 3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64, exit: 0, sess: 0, time: 1670401349, addr: 0.0.0.0
type: 6, pid: 1321, line: ttyS0, utid: tyS0, user: LOGIN, host: , exit: 0, sess: 1321, time: 1670401349, addr: 0.0.0.0
type: 6, pid: 1320, line: tty1, utid: tty1, user: LOGIN, host: , exit: 0, sess: 1320, time: 1670401349, addr: 0.0.0.0
type: 7, pid: 28957, line: pts/0, utid: ts/0, user: yunhai01, host: 172.31.23.41, exit: 0, sess: 0, time: 1672645341, addr: 172.31.23.41
type: 8, pid: 24901, line: pts/1, utid: ts/1, user: , host: , exit: 0, sess: 0, time: 1671002330, addr: 172.31.23.41
type: 8, pid: 4965, line: pts/2, utid: ts/2, user: , host: , exit: 0, sess: 0, time: 1671619740, addr: 172.31.22.20
type: 8, pid: 27816, line: pts/3, utid: ts/3, user: , host: , exit: 0, sess: 0, time: 1672396080, addr: 172.31.23.41
getutnam: No such file or directory

复制代码

输出与 utmpdump 基本相同，并且验证了 ut_line 字段是完整的 (伪) 终端名称，而 ut_id 只是其最后四位。
典型案例

who 命令的实现依赖 utmp 的信息：

> who
yunhai01 pts/0 2023-01-01 11:48 (172.31.43.62)

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通过 strace 的信息可以观察到这一点：

> strace who |& grep -E 'open|access'
access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/usr/lib/locale/locale-archive", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
access("/var/run/utmpx", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/var/run/utmp", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/etc/nsswitch.conf", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/lib64/libnss_files.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/etc/group", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/etc/localtime", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3

复制代码

重点看 open 调用，有打开 /var/run/utmp 的记录，通过 starce 日志还发现在此之前尝试过 /var/run/utmpx 文件，这个可能是 linux 上衍生出的新的 utmp 文件，不过在我这台 CentOS 上并没有这个文件，所以走的还是老 utmp 文件。
除 who 之外，w 命令也是通过 utmp 命令获取正在登录用户的信息：

> w
12:42:54 up 24 days, 20:20, 1 user, load average: 0.04, 0.15, 0.18
USER TTY FROM LOGIN@ IDLE JCPU PCPU WHAT
yunhai01 pts/0 172.31.43.62 11:48 6.00s 4.12s 0.00s w

复制代码

并且打印了用户当前正在执行的命令及负载信息。通过 starce 也能看到同样的结论：

> strace w |& grep utmp
read(4, "grep\0--color=auto\0utmp\0", 2047) = 23
access("/var/run/utmpx", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/var/run/utmp", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
access("/var/run/utmpx", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/var/run/utmp", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 5

复制代码

通过日志发现 w 命令一次打开两个 utmp 文件句柄。
wtmp

一般位于 /var/log/wtmp，用于跟踪各个登录和注销事件。login 程序在用户登录时会填写一条记录到该文件，注销时，init 进程将一个新记录添写到 wtmp 文件，其中 ut_name 字段清空。在系统重新启动、更改系统时间和日期的前后，都会在 wtmp 文件中添写特殊的记录项。wtmp 文件中记录的也是 utmp 结构体，因此可以通过 utmpdump 来查看：

> utmpdump /var/log/wtmp
[2] [00000] [~~ ] [reboot ] [~ ] [3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 15:58:12 2022 CST]
[1] [00051] [~~ ] [runlevel] [~ ] [3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 15:58:21 2022 CST]
[5] [01320] [tyS0] [ ] [ttyS0 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 15:58:24 2022 CST]
[5] [01319] [tty1] [ ] [tty1 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 15:58:24 2022 CST]
[6] [01319] [tty1] [LOGIN ] [tty1 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 15:58:24 2022 CST]
[6] [01320] [tyS0] [LOGIN ] [ttyS0 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 15:58:24 2022 CST]
[7] [01319] [tty1] [root ] [tty1 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 15:59:52 2022 CST]
[7] [01749] [ts/0] [yunhai01] [pts/0 ] [172.31.43.62 ] [172.31.43.62 ] [Wed Dec 07 16:02:22 2022 CST]
[8] [01319] [tty1] [ ] [tty1 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:05 2022 CST]
[8] [01320] [tyS0] [ ] [ttyS0 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:05 2022 CST]
[8] [01749] [ ] [ ] [pts/0 ] [ ] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:05 2022 CST]
[1] [00000] [~~ ] [shutdown] [~ ] [3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64] [0.0.0.0 ] [Wed Dec 07 16:22:11 2022 CST]
...

复制代码

各个列与 utmp 文件一致。last 命令读取 wtmp 内容并展示给用户：

> last
yunhai01 pts/0 172.31.22.20 Sat Jan 7 18:15 still logged in
yunhai01 pts/0 172.31.43.62 Sun Jan 1 11:47 - 11:48 (00:00)
yunhai01 pts/3 172.31.43.61 Wed Dec 21 20:54 - 14:13 (17:18)
yunhai01 pts/2 172.31.22.20 Wed Dec 21 14:21 - 18:49 (04:27)
yunhai01 pts/0 172.31.23.41 Tue Dec 13 11:52 - 11:26 (12+23:34)
...
reboot system boot 3.10.0-1160.80.1 Wed Dec 7 16:22 - 18:44 (31+02:22)
yunhai01 pts/0 172.31.43.62 Wed Dec 7 16:02 - 16:22 (00:19)
root tty1 Wed Dec 7 15:59 - 16:22 (00:22)
reboot system boot 3.10.0-1160.80.1 Wed Dec 7 15:58 - 16:22 (00:23)
yunhai01 pts/0 172.31.43.62 Wed Dec 7 15:28 - 15:53 (00:25)
yunhai01 tty1 Wed Dec 7 15:18 - 15:18 (00:00)
yunhai01 pts/0 172.31.43.62 Wed Dec 7 14:49 - 15:18 (00:29)
reboot system boot 3.10.0-1160.80.1 Wed Dec 7 14:48 - 15:22 (00:33)
yunhai01 pts/0 172.31.43.62 Wed Dec 7 14:45 - 14:48 (00:02)
reboot system boot 3.10.0-1160.80.1 Wed Dec 7 14:45 - 14:48 (00:03)
yunhai01 pts/0 172.31.43.62 Wed Dec 7 14:44 - 14:45 (00:00)
reboot system boot 3.10.0-1160.80.1 Wed Dec 7 14:43 - 14:48 (00:04)
...
yunhai01 pts/0 172.31.22.20 Fri Nov 18 11:39 - 14:26 (02:46)
root pts/0 172.31.22.20 Fri Nov 18 11:12 - 11:15 (00:02)
reboot system boot 3.10.0-1160.76.1 Fri Nov 18 11:00 - 14:48 (19+03:48)
wtmp begins Fri Nov 18 11:00:28 2022

复制代码

last 读取 wtmp 文件并整理其中的记录，将同一用户的登录登出记为一条记录，分别打印用户名、终端、主机、登录登出时间，通过选项可以控制打印的内容，也可以筛选特定用户、终端的记录，例如只看 pts/2 的记录：

> last pts/2
yunhai01 pts/2 172.31.22.20 Wed Dec 21 14:21 - 18:49 (04:27)
yunhai01 pts/2 172.31.22.20 Tue Dec 20 15:34 - 17:39 (02:04)
yunhai01 pts/2 172.31.23.41 Tue Dec 20 12:15 - 13:52 (01:36)
yunhai01 pts/2 172.31.22.20 Mon Dec 19 16:56 - 07:22 (14:25)
yunhai01 pts/2 172.31.22.20 Mon Dec 19 10:28 - 15:47 (05:19)
yunhai01 pts/2 172.31.22.20 Fri Dec 2 14:31 - 16:42 (02:10)
wtmp begins Fri Nov 18 11:00:28 2022

复制代码

也可以只看用户名：

> last root
root tty1 Wed Dec 7 15:59 - 16:22 (00:22)
root pts/0 172.31.22.20 Fri Nov 18 11:17 - 11:39 (00:21)
root pts/0 172.31.22.20 Fri Nov 18 11:12 - 11:15 (00:02)
wtmp begins Fri Nov 18 11:00:28 2022

复制代码

默认的展示顺序是新的记录在上面、旧的记录在下面。
btmp

wtmp 记录是登录成功的用户，对于失败的因为没有走到 login 这一步，所以并不会记录下来，btmp 文件是专门用来记录登录失败信息的，一般位于 /var/log/btmp，其中记录的也是 utmp 结构体，可以通过 utmpdump 查看：

> sudo utmpdump /var/log/btmp
Utmp dump of /var/log/btmp
[6] [32150] [ ] [yunhai01] [ssh:notty ] [172.31.43.61 ] [172.31.43.61 ] [Fri Jan 06 10:57:52 2023 CST]
[6] [32344] [ ] [yunhai01] [ssh:notty ] [172.31.22.20 ] [172.31.22.20 ] [Sat Jan 07 18:15:18 2023 CST]

复制代码

各个列与 wtmp 无异，只有终端名因未分配而留空。lastb 命令负责读取 btmp 文件：

> sudo lastb
[sudo] password for yunhai01:
yunhai01 ssh:notty 172.31.22.20 Sat Jan 7 18:15 - 18:15 (00:00)
yunhai01 ssh:notty 172.31.43.61 Fri Jan 6 10:57 - 10:57 (00:00)
btmp begins Fri Jan 6 10:57:52 2023

复制代码

当怀疑有人尝试破解密码，可以通过 lastb 来定位攻击来源。
最后补充一点，btmp 并不属于 POSIX 标准的一部分，在 mac 上就没有 lastb 命令。
结语

本文介绍了 unix 系统数据文件相关的内容，其中介绍的很多接口都是不可重入的，因此只能在单线程非信号处理器中使用，其实现代 unix 都提供了可重入版本，在现有接口上增加 _r 后缀即可，例如这样就可以在更多的场景中使用它们了。感兴趣的可以查看 man 手册页。
参考

[1]. mac vscode c/c++ 解决include路径问题
[2]. linux用户实现root用户空密码登入
[3]. 【Ubuntu 20.04】useradd 创建用户无法登录图形界面解决方案
[4]. Linux多个文件按列合并的多种场景操作方式
[5]. mac下的strace命令
[6]. Linux笔记：使用stat函数实现ls -l的功能（getpwuid函数 getgrgid函数使用）
[7]. linux /etc/shadow文件详解
[8]. linux用户认证机制
[9]. 模拟密码登陆过程
[10]. ssh免密码登录
[11]. ssh配置指定密钥文件登录linux
[12]. SSH 免密登录（设置后仍需输入密码的原因及解决方法）
[13]. linux用户剔除辅助组,用usermod、gpasswd、Shell Script、Manual Method将用户添加到组
[14]. 使用 utmpdump 监控 CentOS 用户登录历史

来源:https://www.cnblogs.com/goodcitizen/p/things_about_unix_system_data_file_and_information.html
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