💿 KAIST:PINTOS | Concept | create, open, close

시스템 콜(System Call)이란?

시스템 콜은 유저 프로그램이 커널에게 작업을 요청하는 창구입니다.
예를 들어, 사용자가 open("file.txt")라고 작성하면 이는 "이 파일을 열어달라"는 요청이며,
커널은 시스템 콜을 통해 이를 처리합니다.

PintOS에서는 sys_create, sys_open, sys_close 등의 함수를 통해 이 요청들을 처리합니다.

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내가 맡은 시스템 콜의 역할

시스템 콜	설명
create(const char *file, unsigned initial_size)	새 파일을 생성합니다. 파일 이름이 중복되면 실패할 수 있습니다.
open(const char *file)	파일을 열고, 해당 파일을 식별하는 번호(fd)를 반환합니다.
close(int fd)	열려 있던 파일을 닫고 관련 자원을 정리합니다.

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fd(File Descriptor)란?

fd는 "파일 디스크립터(File Descriptor)"의 줄임말로, 운영체제가 파일을 추상화된 숫자로 표현하는 방식입니다.
파일을 직접 다루지 않고도 해당 숫자만으로 접근할 수 있도록 합니다.

번호	의미
0	표준 입력(stdin)
1	표준 출력(stdout)
2 이상	사용자가 open한 파일의 번호

예를 들어, open("a.txt")를 호출하면 내부적으로 fd = 2와 같이 번호가 부여되고, 이후에는 이 번호로 파일을 읽거나 쓸 수 있습니다.

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fd_table의 구조

각 프로세스는 자신만의 fd_table을 가지고 있습니다. 이 배열은 프로세스가 열어 놓은 파일들을 추적하는 데 사용됩니다.

#define FD_MAX 128

struct thread {
  ...
  struct file *fd_table[FD_MAX];
  int next_fd; // fd는 2부터 시작
  ...
};

• open()을 호출하면 next_fd 자리부터 빈 슬롯을 찾아 해당 위치에 파일을 저장합니다.
• close(fd)를 호출하면 해당 fd 위치의 파일을 닫고 NULL로 초기화합니다.

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각 시스템 콜의 개념 및 예외 처리

1. create()

create("diary.txt", 0);

• 새로운 파일 "diary.txt"를 생성합니다.
• 두 번째 인자인 0은 파일의 초기 크기입니다.
• 만약 같은 이름의 파일이 이미 존재한다면 생성에 실패할 수 있습니다.
• 인자로 전달된 file이 NULL이라면 sys_exit(-1)을 호출하여 즉시 종료해야 합니다.

2. open()

int fd = open("diary.txt");

• 파일 "diary.txt"를 열고, 파일 디스크립터를 반환합니다.
• 파일 열기에 실패하면 -1을 반환합니다.
• 열린 파일은 fd_table[fd] 위치에 저장되며, 프로세스는 해당 번호로 파일을 다룹니다.

3. close()

close(fd);

• 열린 파일을 닫고, 관련된 자원을 해제합니다.
• fd가 유효하지 않거나 해당 위치에 파일이 없다면 아무 작업도 하지 않습니다.

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락(lock)이 필요한 이유

파일 시스템은 여러 스레드가 동시에 접근할 수 있는 공유 자원이므로, 동기화가 필요합니다.
파일을 열거나 닫는 도중 다른 스레드가 개입하면 상태가 꼬일 수 있기 때문에, file_lock이라는 전역 락을 사용하여 임계 구역을 보호합니다.

lock_acquire(&file_lock);
filesys_open(file);
lock_release(&file_lock);

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프로세스 종료 시 열린 파일 정리

프로세스가 종료될 때 close()를 직접 호출하지 않았더라도, process_exit() 혹은 process_cleanup() 내에서 모든 열린 파일들을 정리해 주어야 합니다.

for (int i = 2; i < FD_MAX; i++) {
  if (fd_table[i] != NULL) {
    file_close(fd_table[i]);
    fd_table[i] = NULL;
  }
}

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전체 흐름 정리

[ 유저 프로그램 ]         → [ PintOS 커널 ]
open("a.txt")          → syscall_entry() → syscall_handler()
                                          ↓
                                     sys_open()
                                          ↓
                                filesys_open()
                                          ↓
                            fd_table[next_fd] = file*

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구현 시 체크리스트

• struct thread에 fd_table[]과 next_fd 필드 추가
• sys_create()에서 filesys_create() 호출 및 NULL 검사
• sys_open()에서 filesys_open() 호출, 실패 시 -1 반환
• sys_close()에서 file_close() 호출 및 fd_table 정리
• file_lock을 전역으로 선언하고 모든 파일 작업에 적용
• process_exit()에서 열린 파일 전체 순회하여 닫기
• syscall_handler()에 SYS_CREATE, SYS_OPEN, SYS_CLOSE case 등록

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마무리 요약

• 시스템 콜은 유저가 커널에게 파일 생성, 열기, 닫기 등을 요청하는 수단입니다.
• fd_table은 각 프로세스의 열린 파일 목록이며, 이 구조를 잘 관리해야 합니다.
• 락 없이 파일 작업을 수행하면 데이터 손상이나 동시성 오류가 발생할 수 있습니다.
• 파일 시스템 콜은 이후 구현할 read, write, fork 등에 반드시 연동되므로 기초를 튼튼히 잡아야 합니다.