5장 파일 시스템.

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1 5장 파일 시스템

2 5.1 파일 시스템 구현

3 파일 시스템 구조 . . . . . . 부트 블록 슈퍼 블록 1 i-노드 1..40 2 i-리스트 i-노드 41..80 3
부트 블록 슈퍼 블록 1 i-노드 1..40 2 i-리스트 i-노드 3 . . . 데이터 블록 200 201 데이터 블록 데이터 블록 . . . 데이터 블록

4 파일 시스템 구조 부트 블록(Boot block) 슈퍼 블록(Super block) i-리스트(i-list)
파일 시스템 시작부에 위치하고 보통 첫 번째 섹터를 차지 부트스트랩 코드가 저장되는 블록 슈퍼 블록(Super block) 전체 파일 시스템에 대한 정보를 저장 총 블록 수, 사용 가능한 i-노드 개수, 사용 가능한 블록 비트 맵, 블록의 크기, 사 용 중인 블록 수, 사용 가능한 블록 수 등 i-리스트(i-list) 각 파일을 나타내는 모든 i-노드들의 리스트 한 블록은 약 40개 정도의 i-노드를 포함 데이터 블록(Data block) 파일의 내용(데이터)을 저장하기 위한 블록들

5 i-노드(i-node) 한 파일은 하나의 i-노드를 갖는다. 파일에 대한 모든 정보를 가지고 있음
파일 타입: 일반 파일, 디렉터리, 블록 장치, 문자 장치 등 파일 크기 사용권한 파일 소유자 및 그룹 접근 및 갱신 시간 데이터 블록에 대한 포인터(주소) 등 © 숙대 창병모

6 블록 포인터

7 블록 포인터 데이터 블록에 대한 포인터 하나의 i-노드 내의 블록 포인터 최대 몇 개의 데이터 블록을 가리킬 수 있을까?
파일의 내용을 저장하기 위해 할당된 데이터 블록의 주소 하나의 i-노드 내의 블록 포인터 직접 블록 포인터 10개 간접 블록 포인터 1개 이중 간접 블록 포인터 1개 최대 몇 개의 데이터 블록을 가리킬 수 있을까?

8 파일 입출력 구현 파일 입출력 구현을 위한 커널 내 자료구조 파일 디스크립터 배열(Fd array)
열린 파일 테이블(Open File Table) 동적 i-노드 테이블(Active i-node table)

9 파일을 위한 커널 자료 구조 fd = open(“file”, O_RDONLY); 1 2 34 동적 i-노드 테이블
열린 파일 테이블 동적 i-노드 테이블 fd 테이블 (프로세스 당 하나) 파일 시스템 i-리스트 1 2 현재 파일 위치 refcnt=1 34 파일 타입 ... 파일 크기 접근 권한 데이터 블록

10 파일 디스크립터 배열(Fd Array) 프로세스 당 하나씩 갖는다. 파일 디스크립터 배열 파일 디스크립터
열린 파일 테이블의 엔트리를 가리킨다. 파일 디스크립터 파일 디스크립터 배열의 인덱스 열린 파일을 나타내는 번호

11 열린 파일 테이블(Open File Table)
커널 자료구조 열려진 모든 파일 목록 열려진 파일  파일 테이블의 항목 파일 테이블 항목 (file table entry) 파일 상태 플래그 (read, write, append, sync, nonblocking,…) 파일의 현재 위치 (current file offset) i-node에 대한 포인터

12 동적 i-노드 테이블(Active i-node table)
커널 내의 자료 구조 Open 된 파일들의 i-node를 저장하는 테이블 i-노드 하드 디스크에 저장되어 있는 파일에 대한 자료구조 한 파일에 하나의 i-node 하나의 파일에 대한 정보 저장 소유자, 크기 파일이 위치한 장치 파일 내용 디스크 블럭에 대한 포인터 i-node table vs. i-node

13 파일을 위한 커널 자료 구조 fd = open(“file”, O_RDONLY); //두 번 open 1 2 34
열린 파일 테이블 동적 i-노드 테이블 fd 테이블 (프로세스 당 하나) 파일 시스템 i-리스트 1 현재 파일 위치 refcnt=1 2 34 파일 타입 ... 파일 크기 접근 권한 데이터 블록 현재 파일 위치 refcnt=1

14 파일을 위한 커널 자료 구조 fd = dup(3); 혹은 fd = dup2(3,4); 1 2 34 열린 파일 테이블
동적 i-노드 테이블 fd 테이블 (프로세스 당 하나) 파일 시스템 i-리스트 1 2 현재 파일 위치 refcnt=1 34 파일 타입 ... 파일 크기 접근 권한 데이터 블록

15 5.2 파일 상태 정보

16 파일 상태(file status) 파일 상태 예 $ ls -l hello.c
파일에 대한 모든 정보 블록수, 파일 타입, 접근 권한, 링크수, 파일 소유자의 사용자 ID, 그룹 ID, 파일 크기, 최종 수정 시간 등 예 $ ls -l hello.c 2 -rw-r--r-- 1 chang cs 월 17일 15:53 hello.c 블록수 ^ 사용권한 링크수 사용자ID 그룹ID 파일 크기 최종 수정 시간 파일이름 | 파일 타입

17 상태 정보: stat() 파일 하나당 하나의 i-노드가 있으며 i-노드 내에 파일에 대한 모든 상태 정보가 저장되어 있다.
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int stat (const char *filename, struct stat *buf); int fstat (int fd, struct stat *buf); int lstat (const char *filename, struct stat *buf); 파일의 상태 정보를 가져와서 stat 구조체 buf에 저장한다. 성공하면 0, 실패하면 -1을 리턴한다.

18 stat 구조체 struct stat { mode_t st_mode; // 파일 타입과 사용권한 ino_t st_ino; // i-노드 번호 dev_t st_dev; // 장치 번호 dev_t st_rdev; // 특수 파일 장치 번호 nlink_t st_nlink; // 링크 수 uid_t st_uid; // 소유자의 사용자 ID gid_t st_gid; // 소유자의 그룹 ID off_t st_size; // 파일 크기 time_t st_atime; // 최종 접근 시간 time_t st_mtime; // 최종 수정 시간 time_t st_ctime; // 최종 상태 변경 시간 long st_blksize; // 최적 블록 크기 long st_blocks; // 파일의 블록 수 };

19 파일 타입 파일 타입 설명 일반 파일 데이터를 갖고 있는 텍스트 파일 또는 이진 화일 디렉터리 파일
파일의 이름들과 파일 정보에 대한 포인터를 포함하는 파일 문자 장치 파일 문자 단위로 데이터를 전송하는 장치를 나타내는 파일 블록 장치 파일 블록 단위로 데이터를 전송하는 장치를 나타내는 파일 FIFO 파일 프로세스 간 통신에 사용되는 파일로 이름 있는 파이프 소켓 네트워크를 통한 프로세스 간 통신에 사용되는 파일 심볼릭 링크 다른 파일을 가리키는 포인터 역할을 하는 파일

20 파일 타입 검사 함수 파일 타입을 검사하기 위한 매크로 함수 파일 타입 파일 타입을 검사하기 위한 매크로 함수 일반 파일
S_ISREG() 디렉터리 파일 S_ISDIR() 문자 장치 파일 S_ISCHR() 블록 장치 파일 S_ISBLK() FIFO 파일 S_ISFIFO() 소켓 S_ISSOCK() 심볼릭 링크 S_ISLNK()

21 ftype.c #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> /* 파일 타입을 검사한다. */ int main(int argc, char *argv[]) { int i; struct stat buf; for (i = 1; i < argc; i++) { printf("%s: ", argv[i]); if (lstat(argv[i], &buf) < 0) { perror("lstat()"); continue; }

22 ftype.c if (S_ISREG(buf.st_mode)) printf("%s \n", "일반 파일"); if (S_ISDIR(buf.st_mode)) printf("%s \n", "디렉터리"); if (S_ISCHR(buf.st_mode)) printf("%s \n", "문자 장치 파일"); if (S_ISBLK(buf.st_mode)) printf("%s \n", "블록 장치 파일"); if (S_ISFIFO(buf.st_mode)) printf("%s \n", "FIFO 파일"); if (S_ISLNK(buf.st_mode)) printf("%s \n", "심볼릭 링크"); if (S_ISSOCK(buf.st_mode)) printf("%s \n", "소켓"); } exit(0);

23 파일 사용권한(File Permissions)
각 파일에 대한 권한 관리 각 파일마다 사용권한이 있다. 소유자(owner)/그룹(group)/기타(others)로 구분해서 관리한다. 파일에 대한 권한 읽기 r 쓰기 w 실행 x

24 사용권한 read 권한이 있어야 write 권한이 있어야 디렉토리에 write 권한과 execute 권한이 있어야
O_RDONLY O_RDWR 을 사용하여 파일을 열 수 있다 write 권한이 있어야 O_WRONLY O_RDWR O_TRUNC 을 사용하여 파일을 열 수 있다 디렉토리에 write 권한과 execute 권한이 있어야 그 디렉토리에 파일을 생성할 수 있고 그 디렉토리의 파일을 삭제할 수 있다 삭제할 때 그 파일에 대한 read write 권한은 없어도 됨 ©숙대 창병모

25 파일 사용권한 파일 사용권한(file access permission) stat 구조체의 st_mode 의 값
#include <sys/stat.h> st_mode mask Meaning S_IRUSR user-read S_IWUSR user-write S_IXUSR user-execute S_IRGRP group-read S_IWGRP group-write S_IXGRP group-execute S_IROTH other-read S_IWOTH other-write S_IXOTH other-execute 파일 타입 특수용도 사용권한 4비트 3비트 9비트 st_mode 소유자 그룹 기타 사용자 ©숙대 창병모

26 chmod(), fchmod() 파일의 접근 권한(access permission)을 변경한다 리턴 값
#include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> int chmod (const char *path, mode_t mode ); int fchmod (int fd, mode_t mode ); 파일의 접근 권한(access permission)을 변경한다 리턴 값 성공하면 0, 실패하면 -1 mode : bitwise OR S_ISUID, S_ISGID S_IRUSR, S_IWUSR, S_IXUSR S_IRGRP, S_IWGRP, S_IXGRP S_IROTH, S_IWOTH, S_IXOTH

27 fchmod.c #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> /* 파일 사용권한을 변경한다. */ main(int argc, char *argv[]) { long strtol( ); int newmode; newmode = (int) strtol(argv[1], (char **) NULL, 8); if (chmod(argv[2], newmode) == -1) { perror(argv[2]); exit(1); } exit(0);

28 chown() 파일의 user ID와 group ID를 변경한다. 리턴 lchown()은 심볼릭 링크 자체를 변경한다
#include <sys/types.h> #include <unistd.h> int chown (const char *path, uid_t owner, gid_t group ); int fchown (int filedes, uid_t owner, gid_t group ); int lchown (const char *path, uid_t owner, gid_t group ); 파일의 user ID와 group ID를 변경한다. 리턴 성공하면 0, 실패하면 -1 lchown()은 심볼릭 링크 자체를 변경한다 super-user만 변환 가능

29 utime() 파일의 최종 접근 시간과 최종 변경 시간을 조정한다. times가 NULL 이면, 현재시간으로 설정된다.
#include <sys/types.h> #include <utime.h> int utime (const char *filename, const struct utimbuf *times ); 파일의 최종 접근 시간과 최종 변경 시간을 조정한다. times가 NULL 이면, 현재시간으로 설정된다. 리턴 값 성공하면 0, 실패하면 -1 UNIX 명령어 touch 참고

30 utime() 각 필드는 1970-1-1 00:00 부터 현재까지의 경과 시간을 초로 환산한 값 struct utimbuf {
time_t actime; /* access time */ time_t modtime; /* modification time */ } 각 필드는 :00 부터 현재까지의 경과 시간을 초로 환산한 값

31 예제: cptime.c #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/time.h> #include <utime.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, char *argv[]) { struct stat buf; // 파일 상태 저장을 위한 변수 struct utimbuf time; if (argc < 3) { fprintf(stderr, "사용법: cptime file1 file2\n"); exit(1); } if (stat(argv[1], &buf) <0) { // 상태 가져오기 perror("stat()"); exit(-1); time.actime = buf.st_atime; time.modtime = buf.st_mtime; if (utime(argv[2], &time)) // 접근, 수정 시간 복사 perror("utime"); else exit(0); ©숙대 창병모

32 5.3 디렉터리

33 디렉터리 구현 디렉터리 내에는 무엇이 저장되어 있을까? 디렉터리 엔트리 #include <dirent.h>
struct dirent { ino_t d_ino; // i-노드 번호 char d_name[NAME_MAX + 1]; // 파일 이름 }

34 디렉터리 리스트 opendir() readdir() 디렉터리 열기 함수 DIR 포인터(열린 디렉터리를 가리키는 포인터) 리턴
디렉터리 읽기 함수 #include <sys/types.h> #include <dirent.h> DIR *opendir (const char *path); path 디렉터리를 열고 성공하면 DIR 구조체 포인터를, 실패하면 NULL을 리턴 struct dirent *readdir(DIR *dp); 한 번에 디렉터리 엔트리를 하나씩 읽어서 리턴한다.

35 list1.c 1 #include <sys/types.h> 2 #include <sys/stat.h> 3 #include <dirent.h> 4 #include <stdio.h> 5 #include <stdlib.h> 6 7 /* 디렉터리 내의 파일 이름들을 리스트한다. */ 8 int main(int argc, char **argv) 9 { 10 DIR *dp; 11 char *dir; 12 struct dirent *d; 13 struct stat st; 14 char path[BUFSIZ+1]; 15

36 list1.c 16 if (argc == 1) 17 dir = "."; // 현재 디렉터리를 대상으로 18 else dir = argv[1]; if ((dp = opendir(dir)) == NULL) // 디렉터리 열기 21 perror(dir); while ((d = readdir(dp)) != NULL) // 각 디렉터리 엔트리에 대해 24 printf("%s \n", d->d_name); // 파일 이름 프린트 closedir(dp); 27 exit(0); 28 }

37 파일 이름/크기 프린트 디렉터리 내에 있는 파일 이름과 그 파일의 크기(블록의 수)를 프 린트하도록 확장
while ((d = readdir(dp)) != NULL) { //디렉터리 내의 각 파일 sprintf(path, "%s/%s", dir, d->d_name); // 파일경로명 만들기 if (lstat(path, &st) < 0) // 파일 상태 정보 가져오기 perror(path); printf("%5d %s", st->st_blocks, d->name); // 블록 수, 파일 이름 출력 putchar('\n'); }

38 st_mode lstat() 시스템 호출 st_mode 필드
파일 타입과 사용권한 정보는 st->st_mode 필드에 함께 저장됨. st_mode 필드 4비트: 파일 타입 3비트: 특수용도 9비트: 사용권한 3비트: 파일 소유자의 사용권한 3비트: 그룹의 사용권한 3비트: 기타 사용자의 사용권한 파일 타입 특수용도 사용권한 4비트 3비트 9비트 st_mode 소유자 그룹 기타 사용자

39 디렉터리 리스트: 예 list2.c 프로그램 구성 ls –l 명령어처럼 파일의 모든 상태 정보를 프린트
main() 메인 프로그램 printStat() 파일 상태 정보 프린트 type() 파일 타입 리턴 perm() 파일 사용권한 리턴

40 list2.c 1 #include <sys/types.h> 2 #include <sys/stat.h> 3 #include <dirent.h> 4 #include <pwd.h> 5 #include <grp.h> 6 #include <stdio.h> 7 8 char type(mode_t); 9 char *perm(mode_t); 10 void printStat(char*, char*, struct stat*); /* 디렉터리 내용을 자세히 리스트한다. */ 13 int main(int argc, char **argv) 14 { 15 DIR *dp; 16 char *dir; 17 struct stat st; 18 struct dirent *d; 19 char path[BUFSIZ+1];

41 list2.c 21 if (argc == 1) 22 dir = "."; 23 else dir = argv[1]; if ((dp = opendir(dir)) == NULL) // 디렉터리 열기 26 perror(dir); while ((d = readdir(dp)) != NULL) { // 디렉터리의 각 파일에 대해 29 sprintf(path, "%s/%s", dir, d->d_name); // 파일경로명 만들기 30 if (lstat(path, &st) < 0) // 파일 상태 정보 가져오기 31 perror(path); 32 printStat(path, d->d_name, &st); // 상태 정보 출력 33 putchar('\n'); 34 } closedir(dp); 37 exit(0); 38 }

42 list2.c 40 /* 파일 상태 정보를 출력 */ 41 void printStat(char *pathname, char *file, struct stat *st) { printf("%5d ", st->st_blocks); 44 printf("%c%s ", type(st->st_mode), perm(st->st_mode)); 45 printf("%3d ", st->st_nlink); 46 printf("%s %s ", getpwuid(st->st_uid)->pw_name, getgrgid(st->st_gid)->gr_name); 47 printf("%9d ", st->st_size); 48 printf("%.12s ", ctime(&st->st_mtime)+4); 49 printf("%s", file); 50 }

43 list2.c 52 /* 파일 타입을 리턴 */ 53 char type(mode_t mode) { if (S_ISREG(mode)) 56 return('-'); 57 if (S_ISDIR(mode)) 58 return('d'); 59 if (S_ISCHR(mode)) 60 return('c'); 61 if (S_ISBLK(mode)) 62 return('b'); 63 if (S_ISLNK(mode)) 64 return('l'); 65 if (S_ISFIFO(mode)) 66 return('p'); 67 if (S_ISSOCK(mode)) 68 return('s'); 69 }

44 list2.c 71 /* 파일 사용권한을 리턴 */ 72 char* perm(mode_t mode) { 73 int i; 74 static char perms[10] = " "; for (i=0; i < 3; i++) { 77 if (mode & (S_IREAD >> i*3)) 78 perms[i*3] = 'r'; 79 if (mode & (S_IWRITE >> i*3)) 80 perms[i*3+1] = 'w'; 81 if (mode & (S_IEXEC >> i*3)) 82 perms[i*3+2] = 'x'; 83 } 84 return(perms); 85 }

45 디렉터리 만들기 mkdir() 시스템 호출 path가 나타내는 새로운 디렉터리를 만든다.
"." 와 ".." 파일은 자동적으로 만들어진다 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int mkdir (const char *path, mode_t mode ); 새로운 디렉터리 만들기에 성공하면 0, 실패하면 -1을 리턴한다.

46 디렉터리 삭제 rmdir() 시스템 호출 path가 나타내는 디렉터리가 비어 있으면 삭제한다.
#include <unistd.h> int rmdir (const char *path); 디렉터리가 비어 있으면 삭제한다. 성공하면 0, 실패하면 -1을 리턴

47 디렉터리 구현 그림 5.1의 파일 시스템 구조를 보자. 디렉터리를 위한 구조는 따로 없다.
파일 시스템 내에서 디렉터리를 어떻게 구현할 수 있을까? 디렉터리도 일종의 파일로 다른 파일처럼 구현된다. 디렉터리도 다른 파일처럼 하나의 i-노드로 표현된다. 디렉터리의 내용은 디렉터리 엔트리(파일이름, i-노드 번호)

48 디렉토리 구현 2 usr4 bin3 cp7 ls5 test.c6 /usr/test.c 1 2 3 4 5 6 200 201
블록 포인터 i-노드 번호 사용권한 1 2 dr-xr-xr-x … 2 3 dr-xr-xr-x … 4 dr-xr-xr-x … usr4 5 r-xr-xr-x … bin3 6 204,206-r-xr-xr-x … 블록 번호 cp7 ls5 test.c6 . 2 .. 2 bin 3 usr 4 200 201 . 3 .. 2 ls 5 cp 7 /usr/test.c 202 . 4 .. 2 test.c 6 203 ls 실행파일 204 test.c : 첫 번째 블록 205 cp 실행파일 206 test.c : 두 번째 블록 ©숙대 창병모

49 5.4 링크

50 링크 링크는 기존 파일에 대한 또 다른 이름으로 하드 링크와 심볼릭(소프트) 링크가 있다.
#include <unistd.h> int link(char *existing, char *new); int unlink(char *path);

51 링크의 구현 link() 시스템 호출 기존 파일 existing에 대한 새로운 이름 new 즉 링크를 만든다.

52 link.c #include <unistd.h> int main(int argc, char *argv[ ]) { if (link(argv[1], argv[2]) == -1) { exit(1); } exit(0);

53 unlink.c #include <unistd.h> main(int argc, char *argv[ ]) { int unlink( ); if (unlink(argv[1]) == -1 { perror(argv[1]); exit(1); } exit(0);

54 하드 링크 vs 심볼릭 링크 하드 링크(hard link) 심볼릭 링크(symbolic link) 지금까지 살펴본 링크
같은 파일 시스템 내에서만 사용될 수 있다 심볼릭 링크(symbolic link) 소프트 링크(soft link) 실제 파일의 경로명 저장하고 있는 링크 파일에 대한 간접적인 포인터 역할을 한다. 다른 파일 시스템에 있는 파일도 링크할 수 있다.

55 심볼릭 링크 int symlink (const char *actualpath, const char *sympath );
#include <unistd.h> int main(int argc, char *argv[ ]) { if (symlink(argv[1], argv[2]) == -1) { exit(1); } exit(0); int symlink (const char *actualpath, const char *sympath ); 심볼릭 링크를 만드는데 성공하면 0, 실패하면 -1을 리턴한다.

56 심볼릭 링크 내용 #include <unistd.h>
int readlink (const char *path, char *buf, size_t bufsize); path 심볼릭 링크의 실제 내용을 읽어서 buf에 저장한다. 성공하면 buf에 저장한 바이트 수를 반환하며 실패하면 –1을 반환한다.

57 rlink.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char *argv[ ]) { char buffer[1024]; int nread; nread = readlink(argv[1], buffer, 1024); if (nread > 0) { write(1, buffer, nread); exit(0); } else { fprintf(stderr, "오류 : 해당 링크 없음\n"); exit(1); }

58 핵심 개념 표준 유닉스 파일 시스템은 부트 블록, 슈퍼 블록, i-리스트, 데이터 블록 부분으로 구성된다
파일 하나당 하나의 i-노드가 있으며 i-노드 내에 파일에 대한 모든 상태 정보가 저장되어 있다. 디렉터리는 일련의 디렉터리 엔트리들을 포함하고 각 디렉터리 엔트 리는 파일 이름과 그 파일의 i-노드 번호로 구성된다. 링크는 기존 파일에 대한 또 다른 이름으로 하드 링크와 심볼릭(소프 트) 링크가 있다.