[시스템프로그래밍] Files and Directories

이것은 한낱 대학생이 교수의 수업을 듣고 작성한 개인저장용 복습 문서입니다.

 

그렇지만, 물론 지적과 수정은 환영합니다.

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Files and Directories

 

OS 는 물리적 디스크를 file systems으로 정리한다.
• File System
– 파일들과 위치나 이름같은 속성들의 모임 
– 디스크에서 파일의 물리적 위치를 지정하는 대신, 응용 프로그램은 filename과 offset을 지정한다.
• Directory
– 파일 이름을 Disk에 있는 파일의 실제 위치와 연결하는 directory entries를 포함하고 있는 파일.
• 대부분의 file systems은 tree structure로 구성되어 있다.

 

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Directory

 

Root directory
– ‘/’
– file system tree의 꼭대기
– 그 외의 것들은 모두 이 아래에 있다

Parent directory
– “..”
– 현 디렉토리의 위에 존재하는 디렉토리

Current working directory
– “.”

Home directory
– 로그인을 했을 때 처음에 나타나는 디렉토리

Sub-directory
– 다른 디렉토리에 의해 포함되어진 디렉토리

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절대경로 : /dirA/dirB/my1.dat (루트 디렉토리부터 차례대로)

상대경로 : ../dirC/my.dat (현 디렉토리에서)

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Change Directory

 

#include 
int chdir(const char *path);

-path에 입력된 경로에 따라 디렉토리를 이동시킨다. 성공시 0 실패시 -1을 리턴한다.

-chdir 함수는 오직 현 프로세스의 working directory에만 작용한다.

#include <unistd.d>
int main (void) {
    char *directory = “/tmp”;
    if (chdir(directory) == -1)
        perror(“Failed to change current working directory to /tmp”);
}

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Get Current Directory

 

#include 
char *getcwd(char *buf, size_t size);

 

-현재 디렉토리의 pathname을 리턴하는 함수

-buf : 현 디렉토리의 pathname을 담을 output파라미터

(버퍼는 pathname을 담을 수 있을 만큼 충분히 커야한다. -> PATH_MAX값 사용)

-size : pathname의 최대길이

-성공시 buf 리턴, 실패시 NULL 리턴

 

size값을 알아내는 방법

PATH_MAX : POSIX 자체적으로 정의된 값. pathname의 max값을 내포하고 있다.

#include <limits.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#ifndef PATH_MAX
#define PATH_MAX 255
#endif
int main(void) {
    char mycwd[PATH_MAX];
    if (getcwd(mycwd, PATH_MAX) == NULL) {
        perror("Failed to get current working directory");
        return 1;
    }
    printf("Current working directory: %s\n", mycwd);
    return 0;
} 

-ifndef : 만약 PATHMAX가 정의되어 있지 않으면 define으로 정의된 값 사용 endif로 마무리 

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Search paths

 

-'PATH'라는 환경 변수 안에 OS가 탐색할 경로를 부여할 수 있다.

-실행을 위해 파일 이름만 지정되면 셸이 PATH 환경 변수에 의해 나열된 모든 가능한 디렉토리에서 실행 파일을 검색한다. (ex. ~~ 경로 ~~ /ls) 
-linux에서 PATH는 홈 디렉토리의 .profile 파일로 설정할 수 있다.
-"which" 프로그램은 해당 실행 파일의 전체 pathname을 가져오는 데 사용된다.
-PATH의 시작 부분에 "."를 넣는 것은 위험하다. ("."은 곧 현 디렉토리를 의미하기 때문에 타 사용자가 해당 시스템을 위협하기 쉬워진다.)

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Directory Access

 

opendir, closedir, readdir 세가지로 directory를 open, close, read 가능.

 

(open)

#include <sys/types.h>
#include 
DIR *opendir (const char *dirname);

-DIR : directory entry의 주소가 들어 있다.

-즉, dir의 이름을 입력하면 해당 

-읽힌 directory는 알파벳순으로 정렬되어있지 않다.

 

(read)
#include <sys/types.h>
#include 
struct dirent *readdir (DIR *dirptr);

-read할 dir의 DIR값을 파라미터로 사용한다.

-struct dirent안에는 주로 directory의 이름이나 directory의 ino가 담겨있다.

-즉, ls의 간단한 구현도 가능하다.

 

(close)
#include

int closedir (DIR *dirptr);

 

(rewind)

#include <sys/types.h>
#include 
void *rewinddir (DIR *dirptr);

-포인터를 초기화한다.

-즉, 이 함수를 사용해 해당 DIR의 파일포인터를 초기화하고

-while(readdir(DIR *dirptr) != null)을 하면 해당 dir의 끝까지 탐색한다.

showname.c

#include <dirent.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    struct dirent *direntp;
    DIR *dirp;
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s directory_name\n"    , argv[0]);
        return 1;
    }
    if ((dirp = opendir(argv[1])) == NULL) {
        perror ("Failed to open directory");
        return 1;
    }
    while ((direntp = readdir(dirp)) != NULL)
        printf("%s\n", direntp->d_name);
    while ((closedir(dirp) == -1) &&
        (errno == EINTR)) ;
    return 0;
}

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File status information

-lstat function에 링크를 주면 링크파일에 대한 값을 리턴하고
-stat function에 링크를 주면 원본에 대한 정보를 리턴한다.

 

#include <sys/stat.h>
int lstat(const char *restrict path, struct stat *restrict buf);
int stat(const char *restrict path, struct stat *restrict buf); 

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struct stat structure

 

• Defined in sys/stat.h
• dev_t st_dev;
– Device ID of device containing file
• ino_t st_ino;
– inode 넘버 
• mode_t st_mode;
– 파일의 여러가지 타입 (regular, special, link, dir 등)
• nlink_t st_nlink;
– 하드링크의 개수 
• uid_t st_uid;
– 파일의 user id
• gid_t st_gid;
– 파일의 Group ID 
• off_t st_size;
– File size in bytes (regular files),
path size (symbolic link)
• time_t st_atime;
– Time of last access
• time_t st_mtime;
– Time of last data modification
• time_t st_ctime;
– Time of last file status change

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printaccess.c

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/stat.h>
 
void printaccess(char *path) {
    struct stat statbuf;
    if (stat(path, &statbuf) == -1)
        perror("Failed to get file status");
    else
        printf("%s last accessed at %s", path, ctime(&statbuf.st_atime));
}

-last access time을 출력한다.

-stat함수로 원본파일에 대한 정보를 얻어 statbuf에 저장하고, statbuf에 담겨있는 st_atime정보를 통해 마지막 접속시간을 불러온다. 그리고 그를 ctime함수로 문자열로 바꿔준다.

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Determining the type of a file

 

-struct stat의 멤버인 st_mode가 파일의 접근권한과 파일의 타입을 특정한다.

 

isdirectory.c : 해당 path의 파일이 directory인지 판별

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/stat.h>
int isdirectory(char *path) {
    struct stat statbuf;
    if (stat(path, &statbuf) == -1)
        return 0;
    else
    return S_ISDIR(statbuf.st_mode);
}

-statbuf의 st_mode를 검사

-S_ISDIR(m) : 디렉토리여부 판별

-S_ISREG(m) : 레귤러파일여부 판별

-S_ISCHR(m) : char여부 판별

-S_ISBLK(m) : block device 여부 판별

등등

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dir ent -> inode -> status int -> file

여기서 inode는 고정된 크기를 가지며, 해당 값만 알면 모든 것을 알 수 있다.

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Inode

 

-각 파일은 inode값을 가지고 있으며, 이는 inode number로 구분된다.

-data block을 찾아갈 수 있는 pointer값을 저장하고 있다.

-file의 상태정보를 가지고 있다. (ID 정보, access mode, type, 수정시간 ... )

-어떤 시스템이 가질 수 있는 inode의 갯수는 제한되어 있다.

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전통적 UNIX파일의 구조

-맨 위는 status info (stat 구조체를 이루는 값들)

-그 밑은 pointer 정보 저장

-direct pointer 32KB

-single, double, triple : 하나, 둘, 세번의 단계를 거쳐서 파일을 확인. 

-여러 단계를 거쳐갈수록 파일이 포함할 수 있는 용량 증가 (32kb * 32kb * ... )

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Directory 의 형태

 

directory : file name과 file location을 함께 가지고 있다. (inode number + file number)

 

참고로, pathname을 입력하면 경로 상 표현된 디렉토리를 쭉 따라간다.

그 후 dir ent를 확인하여, inode을 확인하는 것이다.

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inode + filename의 장점

 

directory 안에서는 filename으로 관리하는데,

-파일 이름 변경시, directory entry까지만 가서 바로 변경가능

-다른 dir로 이동하는 과정도 dir ent만 변경해주면 되기 때문에 용이하다. (잘라내서 붙혀넣기가 빠른 이유)

-하나의 같은 파일을 가르키는 여러개의 파일이름을 가질 수 있다.

-dir ent는 매우 크기가 작다. 대부분은 inode에서 관리하기 때문이다.

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Exercise (inode pointers)

 

inode가 128bytes라고 생각해보자. pointer는 4bytes이고 status infomation은 68bytes를 가진다.

block size는 8Kbytes이고 block pointers는 32bits이다.

 

inode에 direct pointer는 얼마나 존재하는가?
- single, double, triple indirect pointers가 각각 4 bytes씩 차지 (12 bytes)
- 128-68-12 = 48 bytes

- 48 / 4 = 12개

direct pointer로는 얼마나 큰 파일을 담을 수 있는가?
- 8K = 8 * 2^10 bytes
- 8192 * 12 = 98,304 bytes

- 12개의 direct file pointer 전부를 사용해도 96KB

single indirect pointers로는?
- 블락에서 각각 포인터가 32bits = 4byte를 가지므로, 블락에는 총 8KB / 4B = 2KB만큼의 추가 지정이 가능해진다.

- 따라서 2KB * 8KB = 16MB

double, triple?

- 2KB * 2KB * 8KB = 32GB

- 2KB * 2KB * 2KB * 8KB = 64TB

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Hard Links and Symbolic Links

 

filename ---link---> inode

-일반적으로 hard link는 직접 연결된 관계

-Symbolic (Soft) link은 약하게 연결된 관계

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Hard link

 

-inode 안에는 hard link의 갯수도 포함되어 있다. (즉, hard link라도 여러개일수 있다.)

-rm 혹은 unlink로 hard link를 지울 수 있고, hard link 숫자가 0이 되면 파일의 inode는 사라진다.

-여러개가 하나의 file에 연결된 경우, 하나만 바꿔줘도 file data가 바뀐다.

-동일한 file system안에 있는 파일끼리만 hard link가 가능하다.

 

#include 
int link (const char *path1, const char *path2);
int unlink (const char *path);

-path1은 소스경로, path2는 만들어질 경로

-ln /dirA/name1 /dirB/name2 와 같은 방식으로 하드링크 생성 가능

 

if (link(“/dirA/name1”, “/dirB/name2”) == -1)

    perror(“Failed to make a new link in /dirB”);

 

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Symbolic link 

 

-다른 파일이나 디렉토리의 이름을 가지고 있는 특별한 타입의 파일

-간접적으로 원본의 path를 가지고 있는 것

-inode의 데이터블록에 다른 파일 혹은 디렉토리의 경로를 가지고 있다.

-OS 자체적으로 직접적인 파일을 찾을 때까지 탐색을 반복한다.

(symbolic link가 symbolic link를 가지면 계속 탐색)

- ln -s (target-path) (link_name-path) 로 연결가능 
- Symbolic links는 inode의 link count에 영향을 주지 않는다.

 

#include <unistd.h>

int symlink (const char *path1, const char *path2);

 

if (symlink(“/dirA/name1”, “/dirB/name2”) == -1)

    perror(“Failed to create symbolic link in /dirB”);

 

-$ ln -s /dirA/name1 /dirB/name2