운영체제 | File Descriptor

성수당·2025년 9월 12일

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🥔 File Descriptor란?

운영체제에서 File Descriptor(파일 디스크립터) 는 파일, 소켓, 파이프 등의 자원을 참조하기 위한 정수(integer) 핸들이다.
C 언어나 유닉스 계열 시스템 프로그래밍에서는 파일을 열거나 생성할 때, 정수 형태의 고유 번호가 반환되며, 이 값을 통해 입출력을 제어할 수 있다.

쉽게 말해, “운영체제가 리소스를 추상화해서 핸들링할 수 있게 해주는 숫자” 다.

🥔 파일 디스크립터의 기본 구조

디스크립터 번호	의미
`0`	표준 입력 (`stdin`)
`1`	표준 출력 (`stdout`)
`2`	표준 에러 (`stderr`)

프로세스가 시작되면 이 세 가지 디스크립터는 기본적으로 열려 있으며, 이를 통해 터미널 입출력이 가능하다.

🥔 File Descriptor의 작동 방식

int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
read(fd, buf, sizeof(buf));
close(fd);

open() 함수는 파일을 열고, 파일 디스크립터(fd) 를 반환
이후 read(), write(), lseek(), close() 등의 시스템 콜은 이 fd를 통해 동작

내부적으로는 파일 디스크립터 테이블 → 파일 테이블 → VFS 구조체 → 디바이스 드라이버 순으로 연결된다.

🥔 파일 디스크립터 테이블

프로세스마다 파일 디스크립터 테이블(File Descriptor Table) 을 가지고 있으며,
이는 열려 있는 모든 파일(또는 I/O 자원)에 대한 포인터를 저장하는 배열이다.

각 엔트리는 0, 1, 2 ... 와 같은 정수 값
실제 파일을 가리키는 포인터는 커널이 관리

🥔 File Descriptor vs File Pointer

항목	File Descriptor (`int`)	File Pointer (`FILE *`)
라이브러리	시스템 콜 (`open`)	표준 I/O (`fopen`)
사용 방식	`read()`, `write()` 등	`fscanf()`, `fprintf()` 등
버퍼링	비버퍼링	사용자 공간 버퍼링 있음
속도	빠름 (저수준)	느림 (고수준)

fopen() 등은 내부적으로 open()을 호출하여 디스크립터를 얻고, 사용자 버퍼를 추가로 구성함

🥔 파일 디스크립터의 장점

파일뿐 아니라 소켓, 파이프, 터미널, 디바이스 등 다양한 리소스를 추상적으로 다룰 수 있음
정수 하나로 자원을 식별하므로 프로세스 간 통신, 멀티플렉싱(select, epoll 등) 에 유리함
dup(), dup2() 등을 활용하면 표준 출력 리디렉션 등의 기능도 쉽게 구현 가능

🥔 예시: 출력 리디렉션

int fd = open("output.txt", O_WRONLY);
dup2(fd, 1); // stdout을 output.txt로 리디렉션
printf("이 메시지는 파일로 출력됩니다.\n");

표준 출력 1(stdout)을 output.txt 파일로 덮어씀 → 이후 printf()는 터미널 대신 파일에 출력됨

🥔 관련 시스템 콜

함수	설명
`open()`	파일 열기, 디스크립터 반환
`read()`	디스크립터로부터 데이터 읽기
`write()`	디스크립터에 데이터 쓰기
`close()`	디스크립터 닫기
`dup()`	디스크립터 복제
`dup2()`	특정 번호로 복제 (`1` → `fd` 등)
`fcntl()`	디스크립터 속성 설정