4장 파일

4.1 시스템 호출

컴퓨터 시스템 구조 유닉스 커널(kernel) 하드웨어를 운영 관리하여 다음과 같은 서비스를 제공 파일 관리(File management) 프로세스 관리(Process management) 메모리 관리(Memory management) 통신 관리(Communication management) 주변장치 관리(Device management)

시스템 호출 시스템 호출은 커널에 서비스 요청을 위한 프로그래밍 인터페이스 응용 프로그램은 시스템 호출을 통해서 커널에 서비스를 요청한다.

시스템 호출 과정

시스템 호출 요약 주요 자원 시스템 호출 파일 open(), close(), read(), write(), dup(), lseek() 등 프로세스 fork(), exec(), exit(), wait(), getpid(), getppid() 등 메모리* malloc(), calloc(), free() 등 시그널 signal(), alarm(), kill(), sleep() 등 프로세스 간 통신 pipe(), socket() 등

4.2 파일

유닉스에서 파일 연속된 바이트의 나열 특별한 다른 포맷을 정하지 않음 디스크 파일뿐만 아니라 외부 장치에 대한 인터페이스

파일 열기: open() 파일을 사용하기 위해서는 먼저 open() 시스템 호출을 이용하 여 파일을 열어야 한다. 파일 디스크립터는 열린 파일을 나타내는 번호이다. #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int open (const char *path, int oflag, [ mode_t mode ]); 파일 열기에 성공하면 파일 디스크립터를, 실패하면 -1을 리턴

파일 열기: open() oflag O_RDONLY 읽기 모드, read() 호출은 사용 가능 O_WRONLY 쓰기 모드, write() 호출은 사용 가능 O_RDWR 읽기/쓰기 모드, read(), write() 호출 사용 가능 O_APPEND 데이터를 쓰면 파일끝에 첨부된다. O_CREAT 해당 파일이 없는 경우에 생성하며 mode는 생성할 파일의 사용권한을 나타낸다.

파일 열기: open() oflag O_TRUNC 파일이 이미 있는 경우 내용을 지운다. O_EXCL O_CREAT와 함께 사용되며 해당 파일이 이미 있으면 오류 O_NONBLOCK 넌블로킹 모드로 입출력 하도록 한다. O_SYNC write() 시스템 호출을 하면 디스크에 물리적으로 쓴 후 반환된다

파일 열기: 예 fd = open("account",O_RDONLY); fd = open(argv[1], O_RDWR); fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, 0600); fd = open("tmpfile", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0600); fd = open("/sys/log", O_WRONLY|O_APPEND|O_CREAT, 0600); if ((fd = open("tmpfile", O_WRONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0666))==-1)

fopen.c #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) == -1) perror(argv[1]); printf("파일 %s 열기 성공\n", argv[1]); close(fd); exit(0); }

파일 생성: creat() creat() 시스템 호출 path가 나타내는 파일을 생성하고 쓰기 전용으로 연다. 생성된 파일의 사용권한은 mode로 정한다. 기존 파일이 있는 경우에는 그 내용을 삭제하고 연다. 다음 시스템 호출과 동일 open(path, WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode); #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int creat (const char *path, mode_t mode ); 파일 생성에 성공하면 파일 디스크립터를, 실패하면 -1을 리턴

파일 닫기: close() close() 시스템 호출은 fd가 나타내는 파일을 닫는다. #include <unistd.h> int close( int fd ); fd가 나타내는 파일을 닫는다. 성공하면 0, 실패하면 -1을 리턴한다.

데이터 읽기: read() read() 시스템 호출 fd가 나타내는 파일에서 nbytes 만큼의 데이터를 읽고 읽은 데이터는 buf에 저장한다. #include <unistd.h> ssize_t read ( int fd, void *buf, size_t nbytes ); 파일 읽기에 성공하면 읽은 바이트 수, 파일 끝을 만나면 0, 실패하면 -1을 리턴

fsize.c #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #define BUFSIZE 512 /* 파일 크기를 계산 한다 */ int main(int argc, char *argv[]) { char buffer[BUFSIZE]; int fd; ssize_t nread; long total = 0; if ((fd = open(argv[1], O_RDONLY)) == -1) perror(argv[1]);

fsize.c /* 파일의 끝에 도달할 때까지 반복해서 읽으면서 파일 크기 계산 */ while( (nread = read(fd, buffer, BUFSIZE)) > 0) total += nread; close(fd); printf ("%s 파일 크기 : %ld 바이트 \n", argv[1], total); exit(0); }

데이터 쓰기: write() write() 시스템 호출 buf에 있는 nbytes 만큼의 데이터를 fd가 나타내는 파일에 쓴다 #include <unistd.h> ssize_t write (int fd, void *buf, size_t nbytes); 파일에 쓰기를 성공하면 실제 쓰여진 바이트 수를 리턴하고, 실패하면 -1을 리턴

copy.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> /* 파일 복사 프로그램 */ main(int argc, char *argv[]) { int fd1, fd2, n; char buf[BUFSIZ]; if (argc != 3) { fprintf(stderr,"사용법: %s file1 file2\n", argv[0]); exit(1); } if ((fd1 = open(argv[1], O_RDONLY)) == -1) { perror(argv[1]); exit(2); } if ((fd2 =open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT|O_TRUNC 0644)) == -1) { perror(argv[2]); exit(3); while ((n = read(fd1, buf, BUFSIZ)) > 0) write(fd2, buf, n); // 읽은 내용을 쓴다. exit(0);

파일 디스크립터 복제 dup()/dup2() 호출은 기존의 파일 디스크립터를 복제한다. oldfd와 복제된 새로운 디스크립터는 하나의 파일을 공유한다. #include <unistd.h> int dup(int oldfd); oldfd에 대한 복제본인 새로운 파일 디스크립터를 생성하여 반환하다. 실패하면 –1을 반환한다. int dup2(int oldfd, int newfd); oldfd을 newfd에 복제하고 복제된 새로운 파일 디스크립터를 반환한다.

파일 디스크립터 복제 oldfd 열린 파일 newfd

dup.c 1 #include <unistd.h> 2 #include <fcntl.h> 3 #include <stdlib.h> 4 #include <stdio.h> 6 int main() 7 { 8 int fd, fd2; 9 10 if((fd = creat("myfile", 0600)) == -1) 11 perror("myfile"); 12 13 write(fd, "Hello! Linux", 12); 14 fd2 = dup(fd); 15 write(fd2, "Bye! Linux", 10); 16 exit(0); 17 } $ dup $ cat myfile Hello! LinuxBye! Linux

4.3 임의 접근 파일

파일 위치 포인터(file position pointer) 파일 위치 포인터는 파일 내에 읽거나 쓸 위치인 현재 파일 위 치(current file position)를 가리킨다.

파일 위치 포인터 이동: lseek() lseek() 시스템 호출 임의의 위치로 파일 위치 포인터를 이동시킬 수 있다. #include <unistd.h> off_t lseek (int fd, off_t offset, int whence ); 이동에 성공하면 현재 위치를 리턴하고 실패하면 -1을 리턴한다.

파일 위치 포인터이동: 예 파일 위치 이동 레코드 단위로 이동 파일끝 이후로 이동 lseek(fd, 0L, SEEK_SET); 파일 시작으로 이동(rewind) lseek(fd, 100L, SEEK_SET); 파일 시작에서 100바이트 위치로 lseek(fd, 0L, SEEK_END); 파일 끝으로 이동(append) 레코드 단위로 이동 lseek(fd, n * sizeof(record), SEEK_SET); n+1번째 레코드 시작위치로 lseek(fd, sizeof(record), SEEK_CUR); 다음 레코드 시작위치로 lseek(fd, -sizeof(record), SEEK_CUR); 전 레코드 시작위치로 . 파일끝 이후로 이동 lseek(fd, sizeof(record), SEEK_END); 파일끝에서 한 레코드 다음 위치로

레코드 저장 예 write(fd, &record1, sizeof(record)); lseek(fd, sizeof(record), SEEK_END); write(fd, &record3, sizeof(record)); 레코드 #1 레코드 #2 레코드 #3

dbcreate.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include "student.h" /* 학생 정보를 입력받아 데이터베이스 파일에 저장한다. */ int main(int argc, char *argv[]) { int fd; struct student record; if (argc < 2) { fprintf(stderr, "사용법 : %s file\n", argv[0]); exit(1); }

dbcreate.c if ((fd = open(argv[1], O_WRONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0640)) == -1) { perror(argv[1]); exit(2); } printf("%-9s %-8s %-4s\n", "학번", "이름", "점수"); while (scanf("%d %s %d", &record.id, record.name, &record.score) == 3) { lseek(fd, (record.id - START_ID) * sizeof(record), SEEK_SET); write(fd, (char *) &record, sizeof(record) ); close(fd); exit(0);

student.h #define MAX 24 #define START_ID 1401001 struct student { char name[MAX]; int id; int score; };

dbquery.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include "student.h" /* 학번을 입력받아 해당 학생의 레코드를 파일에서 읽어 출력한다. */ int main(int argc, char *argv[]) { int fd, id; struct student record; if (argc < 2) { fprintf(stderr, "사용법 : %s file\n", argv[0]); exit(1); } if ((fd = open(argv[1], O_RDONLY)) == -1) { perror(argv[1]); exit(2);

dbquery.c do { printf("\n검색할 학생의 학번 입력:"); if (scanf("%d", &id) == 1) { lseek(fd, (id-START_ID)*sizeof(record), SEEK_SET); if ((read(fd, (char *) &record, sizeof(record)) > 0) && (record.id != 0)) printf("이름:%s\t 학번:%d\t 점수:%d\n", record.name, record.id, record.score); else printf("레코드 %d 없음\n", id); } else printf(“입력 오류”); printf("계속하겠습니까?(Y/N)"); scanf(" %c", &c); } while (c=='Y'); close(fd); exit(0); }

레코드 수정 과정 (1) 파일로부터 해당 레코드를 읽어서 (2) 이 레코드를 수정한 후에 (3) 수정된 레코드를 다시 파일 내의 원래 위치에 써야 한다.

레코드 수정

dbupdate.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include "student.h" /* 학번을 입력받아 해당 학생 레코드를 수정한다. */ int main(int argc, char *argv[]) { int fd, id; char c; struct student record; if (argc < 2) { fprintf(stderr, "사용법 : %s file\n", argv[0]); exit(1); } if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) == -1) { perror(argv[1]); exit(2);

dbupdate.c do { printf("수정할 학생의 학번 입력: "); if (scanf("%d", &id) == 1) { lseek(fd, (long) (id-START_ID)*sizeof(record), SEEK_SET); if ((read(fd, (char *) &record, sizeof(record)) > 0) && (record.id != 0)) { printf("학번:%8d\t 이름:%4s\t 점수:%4d\n", record.id, record.name, record.score); printf("새로운 점수: "); scanf("%d", &record.score); lseek(fd, (long) -sizeof(record), SEEK_CUR); write(fd, (char *) &record, sizeof(record)); } else printf("레코드 %d 없음\n", id); } else printf("입력오류\n"); printf("계속하겠습니까?(Y/N)"); scanf(" %c",&c); } while (c == 'Y'); close(fd); exit(0); }

핵심 개념 시스템 호출은 커널에 서비스를 요청하기 위한 프로그래밍 인 터페이스로 응용 프로그램은 시스템 호출을 통해서 커널에 서 비스를 요청할 수 있다. 파일 디스크립터는 열린 파일을 나타낸다. open() 시스템 호출을 파일을 열고 열린 파일의 파일 디스크립 터를 반환한다. read() 시스템 호출은 지정된 파일에서 원하는 만큼의 데이터 를 읽고 write() 시스템 호출은 지정된 파일에 원하는 만큼의 데이터를 쓴다. 파일 위치 포인터는 파일 내에 읽거나 쓸 위치인 현재 파일 위 치를 가리킨다. lseek() 시스템 호출은 지정된 파일의 현재 파일 위치를 원하는 위치로 이동시킨다.