【操作系统百科】xattr/ACL/capabilities

文件的基本权限（rwx + uid/gid）不够灵活——POSIX ACL 做细粒度访问控制、capability 做特权分解、SELinux label 做强制访问控制。这些都存在 xattr（扩展属性）里。

一、先看图

flowchart TD
    INODE[inode] --> XATTR[xattr 存储<br/>inline / block]
    XATTR --> USER["user.*<br/>用户自定义"]
    XATTR --> SECURITY["security.*<br/>SELinux label<br/>AppArmor<br/>capabilities"]
    XATTR --> SYSTEM["system.*<br/>POSIX ACL"]
    XATTR --> TRUSTED["trusted.*<br/>需 CAP_SYS_ADMIN"]
    classDef ns fill:#388bfd22,stroke:#388bfd,color:#adbac7;
    classDef store fill:#a371f722,stroke:#a371f7,color:#adbac7;
    class INODE,XATTR store
    class USER,SECURITY,SYSTEM,TRUSTED ns

二、xattr 基础

2.1 API

setxattr("/path", "user.mykey", "value", 5, 0);
getxattr("/path", "user.mykey", buf, sizeof(buf));
listxattr("/path", buf, sizeof(buf));
removexattr("/path", "user.mykey");

Shell：

setfattr -n user.mykey -v "hello" /tmp/file
getfattr -d /tmp/file

2.2 四命名空间

• user.：任意用户可设（对普通文件）
• security.：安全模块用（SELinux、AppArmor、capability）
• system.：POSIX ACL（system.posix_acl_access、system.posix_acl_default）
• trusted.：只有 CAP_SYS_ADMIN 进程能读写

2.3 存储

ext4：小 xattr inline 在 inode 里（256 字节内）；大的放额外 block。

btrfs / XFS：类似，各有自己的 xattr item。

三、POSIX ACL

3.1 为什么

传统 rwx 只有 owner/group/other 三类。要给特定用户 alice 读权限，其他人不行 → 需要 ACL。

3.2 设置

setfacl -m u:alice:r /tmp/data
setfacl -m g:devteam:rw /tmp/data
getfacl /tmp/data

3.3 内核实现

ACL 存在 system.posix_acl_access（文件 ACL）和 system.posix_acl_default（目录默认 ACL，新建文件继承）。

内核在 permission() 里检查 ACL。

3.4 注意事项

• ls -l 权限位后面多一个 + 表示有 ACL
• chmod 会覆盖 ACL 的 mask 条目
• 备份工具需要 --xattrs --acls 才能保留

四、文件 capabilities

传统特权模型：root 拥有一切。capabilities 把特权拆成 40+ 个独立 cap。

文件级 capability：

setcap cap_net_bind_service=+ep /usr/bin/myserver
getcap /usr/bin/myserver

存在 security.capability xattr 里。exec 时内核合并到进程有效 capability set。

常用 cap：

• CAP_NET_BIND_SERVICE：绑定 <1024 端口
• CAP_NET_RAW：raw socket
• CAP_SYS_PTRACE：ptrace 其他进程
• CAP_DAC_OVERRIDE：跳过文件权限检查

五、SELinux / AppArmor label

ls -Z /etc/passwd
# system_u:object_r:passwd_file_t:s0 /etc/passwd

Label 存在 security.selinux xattr。内核在每次文件操作时用 LSM hook 检查。

容器场景：需要 --security-opt label=type:container_file_t 或 --privileged。

六、备份与 xattr

# tar 保留 xattr
tar --xattrs --xattrs-include='*' -cf backup.tar /data

# rsync 保留
rsync -avX /src/ /dst/

# cp 保留
cp --preserve=xattr file1 file2

不保留 → ACL、capability、SELinux label 全丢。

七、容器镜像与 xattr

OCI 镜像层是 tar 包——需要保留 security.* 和 system.* xattr。

overlay2 存储驱动：

• whiteout 用 trusted.overlay.opaque xattr 标记
• metacopy 用 xattr 标记”只复制元数据”

构建镜像时工具（buildkit、podman）需要正确处理 xattr。

八、xattr 大小限制

• ext4：单个 xattr 值最大约 65536 字节（受 block size）
• btrfs：限制较宽
• XFS：名+值 ≤ 64KB
• 总 xattr 空间受 inode/block 限制

过多 xattr → inode 扩展开销增大、备份慢。

九、观察

getfattr -d -m - /tmp/file          # 列出所有命名空间 xattr
getfacl /tmp/file                    # ACL
getcap /usr/bin/*                    # 扫描 capability
ls -Z /etc/                          # SELinux label

# 统计 xattr 使用
debugfs -R "stat <inode_no>" /dev/sda1 | grep -i xattr

十、小结

• xattr 是 inode 的元数据扩展点
• POSIX ACL、capability、SELinux label 都用 xattr 存储
• 备份/迁移/容器镜像必须保留 xattr
• 文件 capability 替代 setuid → 更细粒度的特权

参考文献

• man 7 xattr
• Documentation/filesystems/ext4/attributes.rst
• man 5 acl
• include/uapi/linux/capability.h
• Tetsuo Handa, “Linux capabilities overview.” 2018

工具

• setfattr/getfattr
• setfacl/getfacl
• setcap/getcap
• ls -Z（SELinux）
• attr(1)

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