位运算和权限管理系统

 2016年01月12日    242     声明


在Linux文件系统中,用户对文件或目录有:执行三种权限,分别使用数字:421三个数字。三者之间可任意组合,如:用户拥有所有权限,则用数字7表示(4+2+1=7);用户拥有读、写权限则用数字6表示(4+2=6)。可以看出,基于数字加减的权限设置在使用中非常便利。其对权限的控制,本质上是基于位运算实现的。掌握位运算,不仅可以更加深入的理解Linux权限控制,更可以在自己项目中实现简单高效的、基于位运算的权限管理系统。


  1. Linux基于位运算的权限控制
  2. 或运算实现权限的添加
  3. 与运算实现权限的判断
  4. 非运算实现权限的减少
  5. 位移与权限码


1. Linux基于位运算的权限控制

Linux权限控制是基于位运算实现的。

在Linux权限系统中,执行权限分别对应三个状态位:

读   写   执行      二进制     十进制
0    0    1   ==>   001  ==>  1
0    1    0   ==>   010  ==>  2
1    0    0   ==>   100  ==>  4
0    1    1   ==>   011  ==>  3
1    0    1   ==>   101  ==>  5
1    1    0   ==>   110  ==>  6
1    1    1   ==>   111  ==>  7

如上所示,“执行”权限使用二进制为001,即:十进制1。“写入”权限使用二进制为010,即:十进制2。“读取”权限使用二进制为100,即:十进制4


2. 或运算实现权限的添加

增加权限使用|)运算实现。

如,为用户增加“读取”、“写入”两种权限

读   写   执行      二进制     十进制
0    1    0   ==>   010  ==>  2
1    0    0   ==>   100  ==>  4
1    1    0   ==>   110  ==>  6  // 或(|)运算结果

“读写”两种权限,权限码为6110),其由权限码2010)和4100)进行|)运算后实现,即:6 = 2|4,也可以由6=2+4计算得出。


3. 与运算实现权限的判断

在需要进行用户权限判断时,可以使用&)运算判断用户是否据有某项权限。

如,判断权限码为6用户是否有读取权限:

读   写   执行      二进制     十进制
1    1    0   ==>   110  ==>  6
1    0    0   ==>   100  ==>  4
1    0    0   ==>   100  ==>  4  // 与(&)运算结果

权限码6110)和4100)的与运算结果为4,即:4=6&4


判断权限码为6用户是否有执行权限:

读   写   执行      二进制      十进制
1    1    0   ==>   110   ==>  6
0    0    1   ==>   001   ==>  1
0    0    0   ==>   000   ==>  0  // 与(&)运算结果

权限码6110)和1001)的与运算结果为0,即:0=6&1

根据与运算的计算规律,当运算结果为所要判断权限本身值时,我们可以认为用户具有这个权限。而当运算结果为 0 时,我们可以认为用户不具有这个权限。


4. 非运算实现权限的减少

位运算同样可以实现用户权限的减少,减少用户权限使用^)运算。

如,将权限码为7用户,移除执行权限:

读   写   执行      二进制      十进制
1    1    1   ==>   111   ==>  7
0    0    1   ==>   001   ==>  1
1    1    0   ==>   110   ==>  6  // 非(^)运算结果

权限码7111)和1001)的非运算结果为6,即:6=7^1,也可以由6=7-1计算得出。


5. 位移与权限码

从上面的介绍可以看出,在权限管理系统中每操作的权限码都是唯一的。而基于位运算的权限管理系统,要求每个权限码的二进制数形式,都只能有一位值为1

所使用的权限码,可以将前一个权限码左位移一位得到下一个权限码,即:

  • 权限码1001),即:20
  • 2=1<<1,即:将001左移1位为010,也即:由20变为21
  • 4=2<<1,即:将010左移1位为100,也即:由21变为22
  • 8=4<<1,即:将100左移1位为1000,也即:由22变为23

简单的说,权限码都是2的幂数20、21、22、23、……2n依次对应权限码1、2、4、8……n


相关说明

基于位运算的权限管理,其运算运算对象是二进制数,优点是:运算速度快、效率高、节省存储空间、对权限控制非常灵活。所有语言都提供了位运算符,我们可以在不同语言实现的系统、甚至数据库中使用位运算实现对用户权限的管理。

位运算也有一些局限性,随着权限码增加,数据长度也相应的增长。这就要求权限码不能超过计算本身运算长度,在数据库中存储权限码时,权限码长度也不能的超过所使用数据类型。如:在32位系统中不能超过232,也就是权限数量不能多于32个。而mySQL数据库的BIGINT,其存储空间为8Byte,使用BIGINT存储存储码时,权限数不能多于64个(8*8-1)。