[Linux]The File

공부기록·2023년 10월 19일

File and FileSystem

file
- byte 단위의 연속된 data를 저장한다.
- 각 byte들은 disk에 존재할 수 있다.
- 외부디바이스에 동일한 interface를 갖고있다.
filesystem
- 파일과 데이터를 저장하거나 관리한다.
- 파일의 탐색과 접근이 용이하다.
- 하드디스크나 CD-ROM과 같은 저장소를 이용하여 데이터를 저장한다.

리눅스 명령어

이름	설명
open	파일을 설정값을 부여하여 열 수 있다.
create	빈 파일을 생성한다.
close	열려있던 파일을 닫는다.
read	파일 읽는다.
write	파일에 내용을 입력한다.
lseek	file의 특정 byte로 이동한다.
unlink	파일을 제거한다.
remove	파일을 제거한다.
fcntl	파일을 제어한다.

File Descriptor

모든 파일은 fd값을 갖는다.
read나 write의 인자로 쓰인다.
0 ~ 2 는 고정되어있다.

file descriptor	의미
0	표준 입력
1	표준 출력
2	표준 에러

open( )

보통 O_CREAT와 함께 쓰여 생성하면서 열린다.

#include <fcntl.h> 

int open(const char *pathname, int flags, [mode_t mode]);

/*성공시 fd, 실패시 -1을 반환한다.*/

flag
- O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR
- O_APPEND, O_CREAT,
- O_EXCL : O_CREAT와 같이 쓰일때 파일이 존재하면 ERROR를 출력한다
- O_TRUNC : 파일이 존재하면 해당파일을 초기화시킨다.
mode : O_CREAT와 함께 쓰이는 인자로 허용 권한을 의미한다.

creat( )

  #include <fcntl.h> 

  int creat(const char *pathname, mode_t mode);

  /*성공시 fd, 실패시 -1을 반환한다.*/

파일이 이미 존재하면 두번째인자는 무시되고 truncate 된다.
creat는 읽기전용으로 열린다.

  fd1 = creat(“/tmp/newfile”, 0644);
  fd2 = open(“/tmp/newfile”, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);
  //fd1 = fd2

File Permission

file의 권한 설정
file type - user - group - others 순
-rwxrwxrwx
권한 변경

	$ chmod g+w 파일명
    $ chmod 764 파일명

mode_t

usr : user, grp : group, oth : other
r : read, w : write, x : execution, rwx : 셋 다

이름	설명
S_IRUSR	유저 읽기 허용
S_IWUSR	유저 쓰기 허용
S_IXUSR	유저 실행 허용
S_IRWXU	유저 읽기, 쓰기, 실행 허용
S_IRGRP	그룹 읽기 허용
S_IROTH	외부 읽기 허용
S_ISUID	set user ID on execution
S_ISGID	set group ID on execution

	int fd;
    mode_t fdmode = { S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH );
    fd = open("file", O_RDWR | O_CREAT, fdmode);

new file의 owner와 권한

file을 생성할 때에는 parent 디렉토리에 write permission 허용되어야한다. 새로운 file을 link해야되기 때문이다.
euid와 guid는 현 process의 것으로 설정된다.

close( )

  #include <unistd.h>

  int close(int filedes);

  /*성공시 0, 실패시 -1 반환*/

read( )

지정된 byte수만큼 복사한 다음 현재 file position에서 다음에 읽을 곳으로 file position을 다시 지정한다.

	#include <unistd.h>

	ssize_t read(int fd, void *buf, size_t bytes);

	/*성공시 읽어드린 byte수, EOF을 만나면 0, 실패시 -1을 반환*/

write( )

memory에서 지정된 byte만큼 file에 작성한 다음 file position을 다음으로 다시 지정한다.
원래 있던 파일에 write하면 기존데이터가 새로운 데이터로 덮어쓰기된다.
O_APPEND를 이용하여 offset을 끝으로 지정하면 기존 파일을 이어쓸 수 있다.

  #include <unistd.h>

  ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t byte);

  /*성공시 쓰여진 byte수, 실패시 -1 반환*/

file copy 예제

	int copyfile(const char *name1, const char *name2){
    	int infile, outfile;
        ssize_t nread;
        char buf[BUFSIZE]; /*BUFSIZE 512*/
        
        if((infile = open(name1, O_RDONLY)) == --1)
        	return -1;
        if((outfile = open(name2, FMODE, PERM) == -1){
        	close(infile);
            return -2;
        }
        
        /*buf에 infile의 내용을 적고 그 값을 outfile에 적어넣음*/
        while(nread = read(infile, buf, BUFSIZE) > 0){
        	if(write(outfile, buf, nread) < nread){
            	close(infile);
                close(outfile);
                return -3;
            {
        }
        
        close(infile)
        close(outfile)
        
        if(nread == -1) return -4;
        else return 0;
   }
   
   int main(){
   		infile("test.in", "test.out");
   }

read,write의 BUFSIZE는 증가할수록 성능이 향상한다. BUFSIZE가 증가하면 시스템콜이 줄어 모드가 SWITCHING하는 비용을 줄일 수 있기도하다.
write의 시스템콜이 빠른 이유 : 진짜 쓰는게 아니라 data를 buffer로 변환시킨 것이라서

lseek( )

  #include <unistd.h>

  off_t lseek(int fd, off_t offset, int start_flag);

  /*성공 new fiel offset, 실패시 -1 반환*/

file offset : read나 write가 어디서 일어날지를 나타내는 표시이다.
start_flag
- SEEK_SET : 파일의 첫 position
- SEEK_CUR : 현재 position
- SEEK_END : 파일의 끝 position

	fd = open(fname, O_RDWR);
    lseek(fd, (off_t)0, SEEK_END); /* file position을 끝으로 설정*/
    write(fd, outbuf, OBSIZE);
    
    ==
    
    fd = open(fname, O_WRONLY | O_APPEND);
    write(fd, outbuf, OBSIZE);
    
    /*filesize 반환*/
    off_t filesize;
    filesize = lseek(fd, (off_t)0, SEEK_END);

process table

process state
process ID
uid, guid
program file
file descriptor table
memory mapping
saved registers
stack pointer

process table entry

fd flags
file pointer

file table

file status flags(read, write)
current file offset
v-node pointer

v-node structure

v-node information
i-node information
current file size

같은 file이라도 open때마다 새로운 fd값 생성.
각갹의 file table이 생성된다.

dup( ) & dup2( )

	#include <unistd.h>

	int dup(int filedes);
	int dup2(int filedes, int filedes2);

	/*성공시 새 파일의 fd값, 실패시 -1 반환*/

process table entry에서 다른 fd값이 가진 두 process가 같은 file table을 가르키게된다.
두 table은 같은 v-node table을 가르킨다.

	#include <unistd.h>
    
    fd3 = dup(1);
    fd4 = open("test", O_RDONLY); //fd4 = 4
    
    dup2(3, fd4);

fd3과 fd4는 같은 file table을 가르키게되고 count는 2가된다.

## fcntl( ) - 이미 실행되어있는 파일의 속성을 변경시킨다.

	#include <fcntl.h>

	int fcntl(int filedes, int cmd, ...);

	/*성공시 cmd에 따른 값이, 실패시 -1이 반환된다.*/

cmd
- F_DUPFD : 존재하는 fd값을 복제한다.
- F_GETFD or F_STEFD : get/set file descriptor flags
- F_GETFL or F_GETFL : get/set file status flags

	#include <fcntl.h>

    int filestatus(int filedes)
    {
      int arg1;
		
      /*fd에 해당하는 file의 status 값을 가져와 저장한다.*/
      if (( arg1 = fcntl (filedes, F_GETFL)) == -1)
      {
        printf ("filestatus failed\n"); 
        return (-1);
      }

      printf ("File descriptor %d: ",filedes);

      /*
      	access mode bit를 이용하여 접근 권한을 확인할 수 있다.
      */
      switch ( arg1 & O_ACCMODE){
        case O_WRONLY: printf ("write-only"); break;
        case O_RDWR:   printf ("read-write"); break;
        case O_RDONLY: printf ("read-only");  break;
        default: printf("No such mode");
      }
		
      /* 특정 flag가 설정되어있는지 확인하는 법 */
      if (arg1 & O_APPEND)
        printf (" -append flag set");

      printf ("\n");
      return (0);
    }

Redirection

fd 0에는 표준입력이 연결되어있음. file table이 /dev/fd/0's v-node를 가르키게 된다.

	$ prog_name
    $ prog_name < infile

	dup2(infile, 0);

fd 0의 filetable의 v-node ptr은 infile's v-node를 가르키게된다.

fd 1은 표준출력을 담당한다. file table이 dev/fd/1's v-node를 가르키게 된다.

	prog_name > outfile

	dup2(outfile, 1);

fd 1의 file table의 v-node ptr은 outfile's v-node를 가르키게된다.
입력을 표준 입력으로 받고 출력을 표준 출력으로 내보낸다.

	#incldue <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SIZE 512
    
    main(){
    	ssize_t nread;
        char buf[SIZE];
        
        while((nread = read(0, buf, SIZE)) > 0)
        	write(1, buf, nread);
        exit(0);
    }

	$ io
    This is line 1 (enter)
    This is line 1
    <Ctrl-D>
    $

read는 terminal로 입력받고 다음 라인에 다시 출력한다.

표준 I/O Library

UNIX I/O (system call)
- 데이터를 byte의 연속으로 처리한다.
Standard I/O
- Buffering 자동화
- 프로그래머 친화적 인터페이스
- 이용에 용이한 라이브러리 제공
Standard는 File* 이용하고 UNIX는 file desciptor를 이용하여 file에 접근한다.

	#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>

    main()
    {
        FILE *stream;

        if ( ( stream = fopen ("junk", "r")) == NULL)
        {
           printf ("Could not open file junk\n");
           exit (1);
        }
	}

Standard I/O Library
- fopen and fclose
- reading and writing bytes : fread and fwrite
- reading and wrtiing text lines : fgets and fputs
- fscanf and fprintf

fopen( )

	#include <stdio.h>
    
    FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);
    
    /* 성공시 file pointer, 실패시 error */

type
- r or rb : open for reading
- w or wb : truncate to 0 length or create for writing
- a or ab : append
- r+ or r+b or rb+ : open for reading and writing
- w+ or w+b or wb+ : truncate to 0 length or for reading and writing
- a+ or a+b or ab+ : open or create for reading and writing at end of file

getc( ) , putc( )

	#include <stdio.h>
    
    int getc(FILE *istream);
    /* 성공시 다음 character를, EOF on end of file */
    
    
    int putc(int c, FILE *ostream);
    /* 성공시 c, 실패시 EOF */

	int c;
    FILE *istream, *ostream;
    
    while((c=getc(istream)) != EOF)
    	putc(c, ostream);

Buffering

사용중인 buffer는 처음 실행시 malloc을 호출한다.

fprintf( )

writing error message

	#include <stdio.h>
    
    int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);
    
    /* 성공시 output된 char의 갯수를, 실패시 음수를 반환한다. */

	#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>

    int notfound(const char *progname, const char *filename)
    {
        fprintf (stderr, "%s: file %s not found\n", progname, filename);
        exit (1);
    }

Error Handling

system call 발생시
- 성공시는 0을 반환하고, error 발생시 -1을 반환한다.
- errno에 설정된 error code가 설정된다.
- error code는 E로 시작한다.

	#include <string.h>
    #include <stdio.h>
    
    char *strerror(int errnum);
    void perror(count char *msg);

에러사항 출력

	#include <stdio.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    
    void main(int argc, char** argv){
    	int fd;
        if((fd = open("nonesuch", O_RDONLY)) == -1)
        	fprintf(stderr, "ENOENT: %s\n", stderror(errno));
        
        errno = EACESS; //permission denied.
        
        /* errono의 값과 연관된 메세지가 출력된 다음 줄바꾸기 문자가 이어진다. */
        perror(argv[0]);

    ENOENT: No such files or directory
    a.out: Permission denied

	#include <stdio.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    
    main() {
    	int fd;
        
        fd = open(“nonesuch”, O_RDONLY); //errno = ENOENT
    	fprintf(stderr, "error %d\n", errno); 
    	perror(“first position”);
        
    	fd = open(“existfile”, O_RDONLY); //errno = EACESS
    	fprintf(stderr, "error %d\n", errno); 
    	perror(“second Position”);
	}

    error 2
    First position : There is no such files
    error 3
    Second position : There is no access permission

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리눅스 명령어

File Descriptor

open( )

creat( )

File Permission

mode_t

new file의 owner와 권한

close( )

read( )

write( )

file copy 예제

lseek( )

process table

process table entry

file table

v-node structure

dup( ) & dup2( )

Redirection

표준 I/O Library

fopen( )

getc( ) , putc( )

Buffering

fprintf( )

Error Handling

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[Linux]UNIX의 역사

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리눅스 명령어

File Descriptor

open( )

creat( )

File Permission

mode_t

new file의 owner와 권한

close( )

read( )

write( )

file copy 예제

lseek( )

File Share

process table

process table entry

file table

v-node structure

dup( ) & dup2( )

Redirection

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fopen( )

getc( ) , putc( )

Buffering

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