在學習 Linux 系統權限相關的主題時，我們首先關注的基本都是文件的 ugo 權限。ugo 權限信息是文件的屬性，它指明了用戶與文件之間的關系。但是真正操作文件的卻是進程，也就是說用戶所擁有的文件訪問權限是通過進程來體現的。本文主要介紹進程的權限，并通過示例解釋用戶身份與進程權限之間的關系。說明：本文的演示環境為 ubuntu 16.04。

基本概念

用戶
對于支持多任務的 Linux 系統來說，用戶就是獲取資源的憑證。

權限
權限用來控制用戶對計算機資源(CPU、內存、文件等)的訪問，一般會分為認證和授權兩步。比如用戶先經過認證機制(authentication)登錄系統，然后由授權系統(authorization)對用戶的操作進行授權。

進程
進程是任何支持多道程序設計的操作系統中的基本概念。通常把進程定義為程序執行時的一個實例。因此，如果有 10 個用戶同時運行 vi，就會有 10 個獨立的進程(盡管它們共享同一份可執行代碼)。
實際上，是進程在幫助我們完成各種任務。進程就是用戶訪問計算機資源的代理，用戶執行的操作其實是帶有用戶身份信息的進程執行的操作。

進程權限
既然是進程在為用戶執行具體的操作，那么當用戶要訪問系統的資源時就必須給進程賦予權限。也就是說進程必須攜帶發起這個進程的用戶的身份信息才能夠進行合法的操作。

從登陸過程觀察進程攜帶的用戶身份信息

在 Linux 系統啟動后，init 系統會 fork 出子進程執行 /sbin/getty 程序等待用戶登錄。當用戶進行登錄操作時，該子進程通過 exec 函數開始執行 /bin/login 程序(此時該進程已經變成了 login 進程)。由 login 進程驗證我們的用戶名和密碼并查詢 /etc/passwd 和 /etc/shadow 確定其合法性。如果是合法的用戶，該進程再次通過 exec 函數執行用戶的默認 shell 程序，此時的 login 進程就變成了 shell 進程(筆者機器上是 bash 進程)。并且該 shell 進程的有效身份被設置成為該用戶的身份，之后 fork 此 shell 進程的子進程都會繼承該有效身份。我們可以通過下圖來理解用戶從 tty 登錄系統的過程(此圖來自互聯網)：

上圖描述了 init 進程、getty 進程、login 進程和 shell 進程的交互。
簡單點說就是：用戶登錄后， shell 進程的有效用戶就是該用戶。下面我們來了解下進程的用戶信息。

進程的 real user id、effective user id 和 saved set user id

通過 cat /proc/status 命令，我們可以查看到進程所屬的用戶和組相關的信息：

通過 man proc 可以查詢到第一行的四個數字分別是 real user id, effective user id, saved set user id 和 filesystem UID，第二行則是對應的組 ID。這里我們只介紹第一行中的前三個 ID，即 real user id, effective user id 和 saved set user id。

real user id
real user id 是執行進程者的 user id，一般情況下就是用戶登錄時的 user id。子進程的 real user id 從父進繼承。通常這個是不更改的，也不需要更改。比如我以用戶 nick 登錄 Linux 系統，我接下來運行的所有命令的進程的 real user id 都是 nick 的 user id。

effective user id
如果要判斷一個進程是否對某個文件有操作權限，驗證的是進程的 effective user id，而不是 real user id。
通常我們是不建議直接使用 root 用戶進行操作的，但是在很多情況下，程序可能需要特殊的權限。比如 passwd 程序需要 root 權限才能夠為普通用戶修改密碼，一些 services 程序的操作也經常需要特殊的權限。為此，Linux 中設計了一些特殊的權限，請參考《Linux 特殊權限 SUID,SGID,SBIT》一文。這里我們以 passwd 程序為例，為二進制可執行文件 /usr/bin/passwd 設置 set-user-id bit=ON，這個可執行文件被用 exec 啟動之后的進程的 effective user id 就是這個可執行文件的 owner id，而并非父進程的 real user id。如果 set-user-id bit=OFF 的時候，這個被 exec 起來的進程的 effective user id 應該是等于進程的 user id 的。所以，effective user id 存在的意義在于，它可能和 real user id 不同。

saved set user id
saved set user id 相當于是一個 buffer，在 exec 函數啟動之后，它會拷貝 effective user id 位的信息覆蓋自己。對于非 root 用戶來說，可以在未來使用 setuid() 函數將 effective user id 設置成為 real user id 或 saved set user id 中的任何一個。但是不允許非 root 用戶用 setuid() 函數把 effective user id 設置成為任何第三個 user id。
對于 root 用戶來說，調用 setuid() 的時候，將會設置所有的這三個 user id。

從總體上來看，進程中 real user id, effective user id 和 saved set user id 的設計是為了讓 unprivilege user 可以獲得兩種不同的權限。同時我們也可以得出下面的結論：
Linux 系統通過進程的有效用戶 ID(effective user id) 和有效用戶組 ID(effective group id) 來決定進程對系統資源的訪問權限。

其實我們通過 ps aux 查看的結果中，第一列顯示的就是進程的 effective user：

Shell 中外部命令的執行方式

在 shell 中執行的命令分為內部命令和外部命令兩種。

內部命令：內建的，相當于 shell 的子函數

外部命令：在文件系統的某個路徑下的一個可執行文件

外部命令的執行過程如下：

Shell 通過 fork() 函數建立一個新的子進程，新的子進程為當前 shell 進程的一個副本。

在新的進程里，從 PATH 變量所列出的目錄中尋找指定的命令程序。當命令名稱包含有斜杠(/)符號時，將略過路徑查找步驟。

在新的進程里，通過 exec 系列函數，以所找到的新程序替換 shell 程序并執行。

子進程退出后，最初的 shell 會接著從終端讀取并執行下一條命令。

我們通過下面的例子來理解在 shell 中執行外部命令的過程，例子很簡單就是通過 cat 命令查看一個文本文件 test.log：

$ cat test.log

我們先來檢查一下當前用戶以及相關文件的權限：

當前用戶 nick 的 real user id 為 1000，/bin/cat 文件的所有者為 root，但是所有人都有執行權限，test.log 文件的所有者為 nick。我們結合下圖來介紹 cat test.log 命令的執行過程：

當我們在 shell 中執行一個外部程序的時候，默認情況下進程的 effective user ID 等于 real user ID，進程的 effective group ID 等于 real group ID(接下來的介紹中省略 group ID)。當我們以用戶 nick 登錄系統，并在 bash 中鍵入 cat test.log 命令并回車后。Bash 先通過 fork() 建立一個新的子進程，這個新的子進程是當前 bash 進程的一個副本。新的進程在 PATH 變量指定的路徑中搜索 cat 程序，找到 /bin/cat 程序后檢查其權限。/bin/cat 程序的所有者為 root，但是其他人具有讀和執行的權限，所以新進程可以通過 exec 函數用 cat 程序的代碼段替換當前進程中的代碼段(把 /bin/cat 程序加載到了內存中，此時的進程已經變成了 cat 進程，cat 進程會從 _start 函數開始執行)。由于 cat 進程是由用戶 nick 啟動的，所以 cat 進程的 effective user ID 是 1000(nick)。同時 cat 進程的 effective user ID 和 test.log 文件的 owner ID 相同(都是 1000)，所以 cat 進程擁有對此文件的 rw- 權限，那么順理成章地就可以讀寫 test.log 文件的內容了。

下面我們演示一個通過設置特殊權限 set uid ID 改變進程 effective user ID 的例子。
創建文件 root.log，權限為 640，此時只有 root 有權限讀寫該文件的內容，用戶 nick 連讀取該文件的權限都沒有：

然后通過設置特殊權限 set uid ID 讓運行 cat 程序的進程具有 root 權限：

$ sudo chmod 4755 /bin/cat 

現在可以了！因為運行 cat 程序的進程的 effective user ID 變成了 root。記得要把 /bin/cat 的權限改回去呀：

$ sudo chmod 755 /bin/cat

Shell 腳本的執行方式

在 shell 中執行腳本的方式和執行外部命令的方式差不多，比如我們要執行下面的腳本：

$ /bin/bash ./test.sh

這時同樣會 fork 出一個子進程。只不過腳本與程序相比沒有代碼段，也沒有 _start 函數，此時 exec 函數就會執行另外一套機制。比如我們在 test.sh 文件的第一行通過 #!/bin/bash 指定了一個解釋器，那么解釋器程序的代碼段會用來替換當前進程的代碼段，并且從解釋器的 _start 函數開始執行，而這個文本文件被當作命令行參數傳給解釋器。所以上面的命令執行過程為：Bash 進程 fork/exec 一個子 bash 進程用于執行腳本，子 bash 進程繼承父進程的環境變量、用戶信息等內容，父進程等待子 bash 進程終止。

總結

文件上的權限信息和用戶的信息都是靜態的，而進程是動態的，它把自身攜帶的用戶信息和將要進行的操作結合起來，從而實現權限管理。至此我們也基本上搞明白了 Linux 權限系統的工作原理。

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