Ch 2 파일 입출력
2장부터 4장까지는 파일에 대해 다루는데, 2장에서는 파일 입출력의 기본을 알아보고 파일을 다루는 가장 기본적이고 간단한 방법인 시스템 콜(syscall)에 대해 이야기한다.
1. OS
-
OS = Kernel+ Shell
- 커널은 운영체제의 핵심으로 운영체제가 수행하는 모든 것이 저장됨.
- 쉘은 리눅스 환경에서 일반적으로 쓰는 명령어들을 읽어들여 해석하고 결과를 출력해주는 역할을 함. -
사용자 영역과 커널 영역이 나뉘어져 있고 각 영역엔 버퍼가 있음.
- syscall을 통해 파일 입출력을 하게 되면 커널을 통해 입출력을 수행함.
- 예를 들어 open() 이라는 시스템콜을 호출하면, kernel 모드에 들어가서 시스템 콜에 대한 명령어를 수행함.
2. 파일 디스크립터(fd)
- 본격적으로 시스템 콜을 보기 전에 파일 디스크립터(fd)에 대한 개념을 간단하게 살펴보자면,
- 프로세스마다 각각 파일 디스크립터 테이블을 가지고 있음. 이 테이블은 사용자 영역과 커널 영역 모두에서 프로세스 내에서 고유한 식별자로 사용됨.
- 커널은 프로세스 별로 열린 파일 목록인 파일 테이블을 관리함.
- 파일을 열면 파일 디스크립터가 반환되고 이 파일 디스크립터를 이용하여서 관련 시스템 콜의 다양한 연산을 수행.
- 프로세스는 최소한 0,1,2 세 가지 파일 디스크립터를 열어둠
3. 파일 열기
파일을 읽고 쓰기 전에 open()이나 creat() 시스템 콜을 사용해서 파일을 열어야 한다.
Open()
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open (const char *name, int flags);
int open(const char *name, int flags, mode_t mode);- 파일을 열고 파일 디스크립터를 얻음.
- 경로 이름이
name인 파일을 파일 디스크립터에 맵핑하고, 성공하면 이 파일 디스크립터를 반환함. - Open()
flags
- O_RDONLY(읽기 전용 모드), O_WRONLY(쓰기 전용 모드), O_RDWR(읽기/쓰기 모드) 중 하나를 포함해야함.
-flags매개 변수에 비트 OR연산으로 값을 더 추가해서 열기 동작 변경 가능
(예시)- O_APPEND: 덧붙이기 모드로 파일을 엶.
- O_CREAT: name에 적은 파일이 없으면 파일을 새로 만듦.
- O_TRUNC: 파일이 존재하고, 일반 파일이며 flags 인자에 쓰기가 가능하도록 명시되어 있으면 파일 길이를 0으로 자름.
...
mode
- 파일의 접근 권한 설정
(예시)- S_IRWXU: 소유자에게 읽기, 쓰기, 실행 권한 있음.
- S_IRWXG: 그룹에게 읽기, 쓰기, 실행 권한 있음.
- S_IRWXO: 그 외 모든 사용자에게 읽기, 쓰기, 실행 권한 있음.
...
creat()
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int creat (const char *name, mode_t mode);- O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC 조합이 일반적이라 아예 이런 동작 방식을 지원하는 creat() 시스템 콜을 만듦.
4. 읽기
가장 대표적인 읽기 메커니즘은 POSIX.1에 정의된 read() 시스템 콜을 사용하는 것.
read()
#include <unistd.h>
ssize_t read (int fd, void *buf, size_t len);- fd가 참조하는 파일의 현재 파일 offset에서
len바이트만큼buf로 읽어 들임. - 성공시
buf에 쓴 바이트 숫자를 반환. 실패시 -1 반환. - 읽을 데이터가 충분하면 한 번에
len바이트만큼 읽지만, 읽을 데이터가len바이트 보다 더 적을 경우 더 적게 읽기도 함.
5. 쓰기
파일에 데이터를 기록하기 위해 사용하는 가장 기본적이며 일반적인 시스템 콜은 write()임.
write()
#include <unistd.h>
ssize_t write (int fd, const void *buf, size_t count);count바이트 만큼 파일 디스크립터fd가 참조하는 파일의 현재 파일 위치에 시작지점이buf인 내용을 기록.- read()와 비슷하게 동작.
6. 파일 닫기
파일 디스크립터로 읽고 쓰는 작업을 마치고 나면 close() 시스템 콜을 이용해서 파일 맵핑을 끊어야 함.
close()
#include <unistd.h>
int close (int fd);- 열려있는 파일 디스크립터
fd에 연관된 파일과의 맵핑을 해제하며 프로세스에서 파일을 떼어냄. - 해제된 파일 디스크립터는 더이상 유효하지 않음.
코드를 입력하세요7. 탐색하기
파일 디스크립터에 연결된 파일의 오프셋을 특정 값으로 지정함.
lseek()
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t pos, int origin);origin인자
- SEEK_CUR:fd의 파일 오프셋을 현재 오프셋에서pos를 더한 값으로 설정.
- SEEK_END:fd의 파일 오프셋을 현재 파일 크기에서pos를 더한 값으로 설정.
- SEEK_SET:fd의 파일 오프셋을pos값으로 설정.
8. 동기식 입출력
애플리케이션에서 직접 데이터가 디스크에 기록되는 시점을 제어하고 싶을 때가 있음. 이런 때를 위해 리눅스 커널에서는 성능을 희생하는 대신 입출력을 동기화하는 옵션 제공.
fsync()
#include <unistd.h>
int fsync (int fd);- 파일 디스크립터
fd에 맵핑된 파일의 모든 변경점을 디스크에 기록. - 이때 파일 디스크립터
fd는 반드시 쓰기 모드로 열려야 함.
9. 다중 입출력
애플리케이션이 여러 개의 파일 디스크립터를 동시에 블록하고 그중 하나라도 블록되지 않고 읽고 쓸 준비가 되면 알려주는 기능. 어떤 파일 디스크립터에 이벤트가 발생했는 지 주기적으로 확인.
select()
#include <sys/select.h>
int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set, *exceptfds, struct timeval *timeout);
FD_CLR (int fd, fd_set *set);
FD_ISSET (int fd, fd_set *set);
FD_SET (int fd, fd_set *set);
FD_ZERO (fd_set *set);- 파일 디스크립터가 입출력을 수행할 준비가 되거나 옵션으로 정해진 시간이 경과할 때까지만 블록됨.
- 검사 대상 파일 디스크립터는 세 가지 집합으로 나뉘어 각각 다른 이벤트를 기다림.
-readfds: 데이터 읽기가 가능한지(블록되지 않고 read() 작업이 가능한지) 파악
-writefds: 블록되지 않고 write() 작업이 가능한지 감시
-exceptfds: 예외가 발생했거나 대역을 넘어서는 데이터가 존재하는지 감시 - select()에서 사용하는 파일 디스크립터 집합은 직접 조작하지 않고 매크로를 사용해서 관리
- FD_ZERO: 지정한 집합 내의 모든 파일 디스크립터 제거 (항상 select() 호출 전에 사용)
- FD_SET: 주어진 집합에 파일 디스크립터를 추가
- FD_CLR: 주어진 집합에서 파일 디스크립터 하나 제거
poll()
#include <poll.h>
int poll (struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);- select()의 몇 가지 결점을 보완하지만, 여전히 습관이나 이식성의 이유로 select()를 더 많이 사용함.
fds가 가리키는 단일 pollfd 구조체 배열을nfds개수만큼 사용.- pollfd 구조체
#include <poll.h>
struct pollfd{
int fd; //파일 디스크립터
short events; //감시할 이벤트
short revents; //발생한 이벤트