1 유닉스 시스템 프로그래밍 개요

학습목표 유닉스 시스템 관련 표준을 이해한다. 유닉스 시스템 프로그래밍이 무엇인지 이해한다. 시스템 호출과 라이브러리 함수의 차이를 이해한다. 유닉스 시스템의 기본 명령을 사용할 수 있다. C 컴파일러와 make 도구를 사용할 수 있다.

목 차 유닉스 시스템의 역사 유닉스 시스템 표준 유닉스 시스템 프로그래밍이란 시스템 호출과 라이브러리 함수의 비교 유닉스 기본 명령 컴파일 환경과 Makefile 오류처리함수 동적 메모리 할당 함수 명령행 인자

유닉스 시스템의 역사 (1) 유닉스 시스템의 역사 1969, AT&T산하의 벨연구소에서 켄 톰슨과 데니스 리치가 개발 1973, C언어를 이용하여 재개발  고급 언어로 작성한 최초의 운영체제 이후 상용유닉스(시스템V) 계열과 BSD 계열로 분리하여 각각 발전 다양한 계열의 유닉스 운영체제 등장  유닉스 운영체제간의 프로그램 호환성 대두 1989, AT&T와 썬마이크로시스템즈가 두 계열의 장점을 결합하여 SVR4를 공동개발 현재 사용하는 대부분의 유닉스의 기반임 유닉스 운영체제에서의 응용 프로그램 호환성을 위해 다양한 표준화 작업 진행

유닉스 시스템의 역사 (2) 유닉스 시스템의 역사

POSIX(Portable Operating System Interface X) 유닉스 시스템 표준 (1) ANSI C 표준 미국 표준협회(ANSI)에서 표준화한 C 언어 명세 : ANSX3.159-1989 ISO가 이를 받아들여 ISO/IEC 9899:1990으로 발표, ISO/IEC 9899:1999로 발전(www.iso.org) POSIX(Portable Operating System Interface X) 서로 다른 유닉스 시스템 사이에서 상호 이식이 가능한 응용프로그램을 개발하기 위한 표준으로 IEEE에서 제정 POSIX.1(IEEE Std 1003.1) : C언어 응용 프로그래밍 인터페이스 표준 POSIX.2(IEEE Std 1003.2) : 표준 쉘과 유틸리티 프로그램 인터페이스 표준 ISO, IEC에서도 표준으로 채택

유닉스 시스템 표준 (2) X/Open 가이드 시스템 V 인터페이스 정의(SVID) 단일 유닉스 규격(SUS) X/Open 이식성 가이드 : XPG3, XPG4 1996년 오픈소프트웨어재단과 합병하여 오픈그룹(The Open Group)으로 새 출발함 오픈 그룹이 UNIX에 대한 상표권 소유 시스템 V 인터페이스 정의(SVID) 프로그램과 장치에서 이용할 수 있는 시스템 호출과 C라이브러리 표준 포함 POSIX와 X/Open 규격이 이에 기반함. 단일 유닉스 규격(SUS) 오스틴 그룹이 관리, IEEE와 오픈 그룹의 작업에 기반하여 SUSv3 발표

유닉스 시스템 프로그래밍? (1) “유닉스 시스템 프로그래밍”이란? 시스템 호출(System Call) 유닉스 운영체제 서비스 입출력장치 및 파일 시스템 접근 프로세스 생성 및 관리 사용자 및 시스템 정보 제공 네트워크 연결 및 데이터 전송 등 유닉스 시스템이 제공하는 서비스를 이용해 프로그램을 작성할 수 있도록 제공되는 프로그래밍 인터페이스 Windows’s Win32 API 기본적인 형태는 C 언어의 함수 형태로 제공 반환값 = 시스템호출명(인자, …); 예) int fd = open(“/tmp/test.txt”, O_RW);

유닉스 시스템 프로그래밍? (2) 시스템 호출(System Call) User Application API(시스템 라이브러리) System Call Interface User Level Kernel Level File System Buffer Cache Charater Device Driver Block Process Management (IPC-interprocess Communication, scheduling, Memory Management Process Acounting, etc) Hardware Interface

라이브러리 함수(Library Functions) 유닉스 시스템 프로그래밍? (3) 라이브러리 함수(Library Functions) 라이브러리 : 미리 컴파일된 함수들을 묶어서 제공하는 특수한 형태의 파일 예: C 표준 라이브러리 자주 사용하는 기능을 독립적으로 분리하여 구현 프로그램의 개발과 디버깅을 쉽게 하고 컴파일을 빠르게 수행  프로그램 생산성 향상 /lib, /usr/lib에 위치, lib*.a 또는 lib*.so 형태로 제공 정적 라이브러리(Static Library) : lib*.a 프로그램을 컴파일할 때에 실행파일 내부에 적재되어 실행파일 일부를 구성 동일 라이브러리 코드가 중복 적재 가능 공유 라이브러리(Shared Library) : lib*.so 프로그램 실행 시에 필요한 라이브러리를 적재 여러 프로그램이 라이브러리 코드를 공유  메모리의 효율적인 사용

시스템 호출과 라이브러리 함수의 비교 (1) 시스템 호출 라이브러리 함수 커널의 해당 서비스 모듈을 직접 호출하여 작업하고 결과를 리턴 라이브러리 함수 일반적으로 커널 모듈을 직접 호출 안함 일반적으로 시스템 호출에 대한 wrapper function main() { 라이브러리 함수(); 시스템 호출(); } 라이브러리 함수 { … 시스템 호출 코드 응용 프로그램 라이브러리 커널 모듈 #n 사용자 영역 커널 영역 시스템 호출

라이브러리 함수 : man 페이지가 섹션 3에 속함 시스템 호출과 라이브러리 함수의 비교 (2) 시스템 호출 : man 페이지가 섹션 2에 속함 라이브러리 함수 : man 페이지가 섹션 3에 속함 System Calls open(2) NAME open, openat - open a file SYNOPSIS #include <sys/types.h> Standard C Library Functions fopen(3C) NAME fopen - open a stream SYNOPSIS #include <stdio.h>

시스템 호출과 라이브러리 함수의 비교 (3) 시스템 호출의 오류 처리방법 성공하면 0을 반환, 실패하면 -1을 반환 전역변수 errno에 오류 코드 저장 :man 페이지에서 코드값 확인 가능 01 #include <unistd.h> 02 #include <stdio.h> 03 04 extern int errno; 05 06 int main(void) { 07 if (access("unix.txt", F_OK) == -1) { 08 printf("errno=%d\n", errno); 09 } 10 11 return 0; 12 } [예제 1-1] 시스템 호출 오류 처리하기 ex1_1.c # vi /usr/include/sys/errno.h ...... /* * Error codes */ #define EPERM 1 /* Not super-user */ #define ENOENT 2 /* No such file or directory */ # ex1_1.out errno=2

시스템 호출과 라이브러리 함수의 비교 (4) 라이브러리 함수의 오류 처리방법 오류가 발생하면 NULL을 반환, 함수의 리턴값이 int 형이면 -1 반환 errno 변수에 오류 코드 저장 01 #include <stdlib.h> 02 #include <stdio.h> 03 04 extern int errno; 05 06 int main(void) { 07 FILE *fp; 08 09 if ((fp = fopen("unix.txt", "r")) == NULL) { 10 printf("errno=%d\n", errno); 11 exit(1); 12 } 13 fclose(fp); 14 15 return 0; 16 } [예제 1-2] 라이브러리 함수 오류 처리하기 ex1_2.c # ex1_2.out errno=2 man fopen에서 확인

유닉스 기본 명령 (1) 쉘(Shell) 명령어 해석기(Command Interpreter) 유닉스 운영체제와 사용자 사이의 인터페이스를 담당 스크립트(Shell script) 처리 가능 다양한 쉘 연산(Shell Operations) 지원 리다이렉션(redirection), 파이프라인(pipeline) 등 환경변수(Environment Variables) 지원 프로그램 실행 환경 설정, 프로그램간의 간단한 통신 지원 PATH, HOME, CC, CFLAGS 등 Unix Kernel Shell csh, bash 명령어 시스템호출

유닉스 기본 명령 (2) 로그인/로그아웃 프로세스 관련 명령 명령 기능 주요 옵션 예제 telnet 유닉스시스템에 접속 - telnet hanb.co.kr logout 유닉스시스템에서 접속해제 exit 명령 기능 주요 옵션 예제 ps 현재 실행 중인 프로세스의 정보를 출력 -ef : 모든 프로세스에 대한 상세 정보 출력 ps -ef ps -ef | grep ftp kill 프로세스 강제 종료 -9 : 강제 종료 kill 5000 kill -9 5001

유닉스 기본 명령 (3) 파일/디렉토리 조작 명령 명령 기능 주요 옵션 예제 pwd 현재 디렉토리 경로 출력 - ls 디렉토리 내용 출력 -a : 숨김파일출력 -l : 파일 상세정보 출력 ls -a /tmp ls -l cd 현재 디렉토리 변경 cd /tmp cd ~han01 cp 파일/디렉토리 복사 -r : 디렉토리 복사 cp a.txt b.txt cp -r dir1 dir2 mv 파일/디렉토리 이름변경과 이동 mv a.txt b.txt mv a.txt dir1 mv dir1 dir2 rm 파일/디렉토리 삭제 -r : 디렉토리 삭제 rm a.txt rm -r dir1 mkdir 디렉토리 생성 mkdir dir1 rmdir 빈 디렉토리 삭제 mkdir dir2 cat 파일 내용 출력 cat a.txt more 파일 내용을 쪽단위로 출력 more a.txt chmod 파일 접근권한 변경 chmod 755 a.exe chmod go+x a.exe grep 패턴 검색 grep abcd a.txt

유닉스 기본 명령 (4) 기타 명령 명령 기능 주요 옵션 예제 su 사용자 계정 변경 - : 변경할 사용자의 환경 초기화 파일 실행 su - su - han02 tar 파일/디렉토리 묶기 -cvf : tar파일생성 -tvf : tar파일내용보기 -xvf : tar파일풀기 tar cvf a.tar * tar tvf a.tar tar xvf a.tar whereis 파일 위치 검색 - whereis ls which which telnet

유닉스 기본 명령 (5) vi 편집기 내부 명령 기능 명령 입력모드전환 i,a,o,O 명령모드전환 <Esc> 커서이동 j,k,h,l 또는 방향키 행이동 #G (50G, 143G 등) 또는 :행번호 한글자수정 r 여러글자수정 #s (5s, 7s 등) 단어수정 cw 명령취소 u, U 검색하여수정 :%s/aaa/bbb/g 복사 #yy (5yy, 10yy 등) 붙이기 p 커서이후삭제 D(shidt-d) 글자삭제 x, #x(3x,5x 등) 행삭제 (잘라내기) dd, #dd(3dd, 4dd 등) 저장하고종료 :wq! 또는 ZZ 저장않고종료 :q! 행 붙이기 J(shift-j) 화면다시표시 ctrl+l 행번호보이기 :set nu 행번호없애기 :set nonu

C언어 컴파일 환경 (1) 컴파일러(Compiler) 텍스트로 작성한 프로그램을 시스템이 이해할 수 있는 기계어로 변환 보통 컴파일 과정과 라이브러리 링크 과정을 묶어서 수행 #include main() { printf(“…\n”); } test.c 0111010101010 11100001101010101010101010 1111000011111 1110101010101 test.o 0111010101010 11100001101010101010101010 1111000011111 1110101010101 111100010101011010101010111101010101010 test.o+printf.o pritnf.o (libC.a) 0111010101010 11100001101010101010101010 1111000011111 1110101010101 111100010101011010101010111101010101010 a.out 컴파일 링크 실행파일

C언어 컴파일 환경 (2) GNU C 컴파일러 : gcc 대부분 GNU C 컴파일러 사용(www.sunfreeware.com) /usr/bin 또는 /usr/local/bin 디렉토리에 설치됨 C컴파일러 사용 # vi ~/.profile ...... PATH=$PATH:/usr/bin export PATH # . ~/.profile 바뀐 .profile 적용 # gcc test.c # ls a.out test.c # gcc -o test test.c # ls test test.c 기본 실행파일명은 a.out 실행파일명 지정은 -o 옵션

C언어 컴파일 환경 (3) make / Makefile 소스 파일이 여러 개를 묶어서 실행파일을 생성하는 도구 # vi ~/.profile ...... PATH=$PATH:/usr/bin export PATH 01 #include <stdio.h> 02 extern int addnum(int a, int b); 03 04 int main(void) { 05 int sum; 06 07 sum = addnum(1, 5); 08 printf("Sum 1~5 = %d\n", sum); 09 10 return 0; 11 } [예제 1-3] 01 int addnum(int a, int b) { 02 int sum = 0; 04 for (; a <= b; a++) 05 sum += a; 06 return sum; 07 } ex1_3_addnum.c ex1_3_main.c

C언어 컴파일 환경 (4) ex1_3_main.c와 ex1_3_addnum.c를 묶어서 add라는 실행파일 생성 01 # Makefile 02 03 CC=gcc 04 CFLAGS= 05 OBJS=ex1_3_main.o ex1_3_addnum.o 06 LIBS= 07 all: add 08 09 add: $(OBJS) 10 $(CC) $(CFLAGS) -o add $(OBJS) $(LIBS) 11 12 ex1_3_main.o: ex1_3_main.c $(CC) $(CFLAGS) -c ex1_3_main.c 14 ex1_3_addnum.o: ex1_3_addnum.c 15 $(CC) $(CFLAGS) -c ex1_3_addnum.c 16 17 clean: 18 rm -f $(OBJS) add core [예제 1-3] make 명령 사용하기 Makefile ex1_3_main.c와 ex1_3_addnum.c를 묶어서 add라는 실행파일 생성 # make gcc -c ex1_3_main.c gcc -c ex1_3_addnum.c gcc -o add ex1_3_main.o ex1_3_addnum.o # ls Makefile add* ex1_3_addnum.c ex1_3_addnum.o ex1_3_main.c ex1_3_main.o # add Sum 1~5 = 15

오류 처리 함수 (1) 오류 메시지 출력 : perror(3) # ex1_4.out #include <stdio.h> void perror(const char *s); 01 #include <sys/errno.h> 02 #include <unistd.h> 03 #include <stdlib.h> 04 #include <stdio.h> 05 06 int main(void) { 07 if (access("unix.txt", R_OK) == -1) { 08 perror("unix.txt"); 09 exit(1); 10 } 11 12 return 0; 13 } [예제 1-4] perror 함수 사용하기 ex1_4.c 오류에 따라 메시지 자동 출력 # ex1_4.out unix.txt: No such file or directory

오류 처리 함수 (2) 오류 메시지 출력 : strerror(3) # ex1_5.out #include <string.h> char *strerror(int errnum); 01 #include <sys/errno.h> 02 #include <unistd.h> 03 #include <stdlib.h> 04 #include <stdio.h> 05 #include <string.h> 06 07 extern int errno; 08 09 int main(void) { 10 char *err; 11 12 if (access("unix.txt", R_OK) == -1) { 13 err = strerror(errno); 14 printf(“오류:%s(unix.txt)\n", err); 15 exit(1); 16 } 17 18 return 0; 19 } [예제 1-5] strerror 함수 사용하기 ex1_5.c 오류에 따라 메시지를 리턴 # ex1_5.out 오류: No such file or directory(unix.txt)

동적 메모리 할당 (1) 메모리 할당 : malloc(3) 메모리 할당과 초기화 : calloc(3) 인자로 지정한 크기의 메모리 할당 메모리 할당과 초기화 : calloc(3) nelem * elsize 만큼의 메모리를 할당하고, 0으로 초기화 #include <stdlib.h> void *malloc(size_t size); char *ptr ptr = malloc(sizeof(char) * 100); #include <stdlib.h> void *calloc(size_t nelem, size_t elsize); char *ptr ptr = calloc(10, 20);

동적 메모리 할당 (2) 메모리 추가 할당: realloc(3) 메모리 해제 : free(3) 이미 할당받은 메모리(ptr)에 size 크기의 메모리를 추가로 할당 메모리 해제 : free(3) 사용을 마친 메모리 반납 #include <stdlib.h> void *realloc(void *ptr, size_t size); char *ptr, *new; ptr = malloc(sizeof(char) * 100); new = realloc(ptr, 100); #include <stdlib.h> void free(void *ptr);

명령행 인자 (1) 명령행 : 사용자가 명령을 입력하는 행 명령행 인자 : 명령을 입력할 때 함께 지정한 인자(옵션, 옵션인자, 명령인자 등) 명령행 인자의 전달 : main 함수로 자동 전달 int main(int argc, char *argv[]) 01 #include <stdio.h> 02 03 int main(int argc, char *argv[]) { 04 int n; 05 06 printf("argc = %d\n", argc); 07 for (n = 0; n < argc; n++) 08 printf("argv[%d] = %s\n", n, argv[n]); 09 10 return 0; 11 } [예제 1-6] 명령행 인자 출력하기 ex1_6.c # ex1_6.out -h 100 argc = 3 argv[0] = ex1_6.out argv[1] = -h argv[2] = 100

명령행 인자 (2) 옵션 처리함수: getopt(3) argc, argv : main 함수에서 받은 것을 그대로 지정 optstring : 사용할 수 있는 옵션 문자, 옵션에 인자가 있을 경우 문자 뒤에 ‘:’추가 optarg : 옵션의 인자 저장 optind : 다음에 처리할 argv의 주소 optopt : 오류를 발생시킨 문자 opterr : 오류 메시지를 출력하지 않으려면 0으로 지정 #include <stdio.h> int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring); extern char *optarg; extern int optind, opterr, optopt;

명령행 인자 (3) 유닉스 명령의 옵션 규칙 옵션의 이름은 한 글자여야 하며, 모든 옵션의 앞에는 하이픈(-)이 있어야 한다. 인자가 없는 옵션은 하나의 ’ –’ 다음에 묶여서 올 수 있다(-xvf) 옵션의 첫 번째 인자는 공백이나 탭으로 띄고 입력한다. 인자가 있어야 하는 옵션에서 인자를 생략할 수 없다. 명령행에서 모든 옵션은 명령의 인자보다 선행하여야 한다. 옵션의 끝을 나타내기 위해 --를 사용할 수 있다.

명령행 인자 (3) 옵션 처리 [예제 1-7] getopt 함수 사용하기 ex1_7.c # ex1_7.out 01 #include <stdio.h> 02 03 int main(int argc, char *argv[]) { 04 int n; 05 extern char *optarg; 06 extern int optind; 07 08 printf("Current Optind : %d\n", optind); 09 while ((n = getopt(argc, argv, "abc:")) != -1) { 10 switch (n) { 11 case 'a': 12 printf("Option : a\n"); 13 break; 14 case 'b': 15 printf("Option : b\n"); 16 break; 17 case 'c': printf("Option : c, Argument=%s\n", optarg); 19 break; 20 } 21 printf("Next Optind : %d\n", optind); 22 } 23 24 return 0; 25 } [예제 1-7] getopt 함수 사용하기 ex1_7.c # ex1_7.out Current Optind : 1 # ex1_7.out -a Option : a Next Optind : 2 # ex1_7.out -c ex1_7.out: option requires an argument -- c # ex1_7.out -c name Option : c, Argument=name Next Optind : 3 # ex1_7.out -x ex1_7.out: illegal option -- x

프로그래밍 표준 유닉스 시스템 프로그래밍 시스템 호출과 라이브러리 함수 유닉스 시스템 프로그래밍과 관련 표준으로는 ANSI C, IEEE의 POSIX, X/Open그룹의 XPG3, XPG4, SVID, SUS가 있다. 유닉스 시스템 프로그래밍 시스템 호출 : 유닉스 시스템이 제공하는 다양한 서비스를 이용하여 프로그램을 구현할 수 있도록 제공되는 프로그래밍 인터페이스 유닉스 시스템 프로그래밍 : 이러한 시스템 호출을 사용하여 프로그램을 작성하는 것 시스템 호출과 라이브러리 함수 시스템 호출은 기본적인 형식은 C언어의 함수 형태로 제공된다. 시스템 호출은 직접 커널의 해당 모듈을 호출하여 작업을 하고 결과를 리턴한다. 라이브러리 함수들은 커널 모듈을 직접 호출하지 않는다. 라이브러리 함수가 커널의 서비스를 이용해야 할 경우에는 시스템 호출을 사용한다. man 명령을 사용할 때 시스템 호출은 섹션 2에 있고, 라이브러리 함수들은 섹션 3에 배 치된다. 따라서 'man -s 2 시스템 호출명'과 같이 사용한다. 시스템 호출은 오류 발생시 -1을 반환하고 라이브러리 함수는 NULL 값을 반환한다.

유닉스 시스템 프로그래밍 도구 기본 명령 : pwd, ls, cd, mkdir, cp, mv, rm, ps, kill, tar, vi 컴파일 : GNC C 컴파일러(gcc) 컴파일 도구 : make명령과 Makefile 오류처리함수 : perror, strerror 동적메모리 할당 함수 : malloc, calloc, realloc, free 명령행인자 처리 함수 : getopt