[apue] Unix 系统数据文件那些事儿

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.  */
};

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 */
};

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

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

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

在 MacOS 上这个值变为 -2:

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

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.

其次是 /dev/null:

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

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

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

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.

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]-----+

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.

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
>

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

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

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  

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.

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 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "../apue.h"

struct passwd* my_getpwnam (char const* name)
{
  struct passwd *ptr = 0; 
  setpwent (); 
  while ((ptr = getpwent ()) != NULL)
  {
    printf ("%sn", 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 usernamen", 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: %ldn", pwd.pw_gecos, pwd.pw_gecos, (long) pwd.pw_uid);
      exit(EXIT_SUCCESS);
}

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

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

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:

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

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

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

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:

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/bashn"..., 4096) = 1276
read(3, "", 4096)                       = 0
close(3)                                = 0
......

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.  */
};

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:::

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 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "../apue.h"

struct spwd* my_getspnam (char const* name)
{
  struct spwd *ptr = 0; 
  setspent (); 
  while ((ptr = getspent ()) != NULL)
  {
    printf ("%st%st%ldt%ldt%ldt%ldt%ldt%ldn", 
            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 usernamen", 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: %sn", pwd.sp_namp, pwd.sp_pwdp);
      exit(EXIT_SUCCESS);
}

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

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; 
   }

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

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 */

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

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. */
};

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:

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 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

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 ("%sn", 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 groupn", argv[0]);
          exit(EXIT_FAILURE);
      }

      result = my_getgrnam(argv[1]);
      if (result == NULL) {
          perror("getgrnam");
          exit(EXIT_FAILURE);
      }

      grp = *result; 
      printf("Name: %s; GID: %dn", grp.gr_name, grp.gr_gid);
      for (int i=0; grp.gr_mem[i] != 0; ++i)
        printf ("  %sn", grp.gr_mem[i]); 
      exit(EXIT_SUCCESS);
}

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

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

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

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

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);

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.  */
};

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

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 
#include  
#include 
#include  
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "../apue.h"

struct hostent* my_gethostnam (char const* name)
{
  struct hostent *ptr = 0; 
  sethostent (1); 
  while ((ptr = gethostent ()) != NULL)
  {
    printf ("searching %sn", 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 hostnamen", argv[0]);
          exit(EXIT_FAILURE);
      }

      result = my_gethostnam(argv[1]);
      if (result == NULL) {
          perror("gethostnam");
          exit(EXIT_FAILURE);
      }

      printf("Name: %s; type: %dn", result->h_name, result->h_addrtype);

      int i = 0; 
      char **p = result->h_addr_list; 
      while (p && p[i])
      {
        printf("  %sn", inet_ntoa(*(struct in_addr*)p[i])); 
        i++; 
      }
      exit(EXIT_SUCCESS);
}

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

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

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

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);

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

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

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);

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 */
}

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

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 */
}

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 
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

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 */
}

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
...

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);

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;
};

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]

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]

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 */
  •  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)
...
  • 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:

  1. 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)。
  2. 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
  3. 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
  4. 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。
  5. 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 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

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: %sn", 
            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 usernamen", 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);
}

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

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)

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

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

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--color=autoutmp", 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

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]
...

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

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

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

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]

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

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

文章来源于互联网:[apue] Unix 系统数据文件那些事儿

THE END
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