Linux/UNIX Programming APUE (Files & Directories) 문양세 강원대학교 IT 대학 컴퓨터과학전공

1. Linux/UNIX Programming APUE (Files & Directories) 문양세 강원대학교 IT대학 컴퓨터과학전공

2. 강의 목표 및 내용 APUE (Files & Directories) • 강의 목표 • 파일의 상태 및 구조를 이해한다. • 파일 시스템 구현을 이해한다. • 디렉토리 구조 및 구현을 이해한다. • 강의 내용 • 파일 상태 • 파일 접근 허가권 • 파일 시스템 구현 • 링크 (link) • 디렉토리

3. stat() – 파일 상태 확인 APUE (Files & Directories) #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int stat (const char *pathname, struct stat *buf ); int fstat (int filedes, struct stat *buf ); int lstat (const char *pathname, struct stat *buf ); 역할: 주어진 파일에 대한 정보를 stat 구조체에 얻어 온다. buf: stat 구조체에 대한 포인터 (정보를 가져올 장소) lstat()은 Symbolic Link가 가리키는 파일이 아닌 Symbolic Link 자체에 대한 정보를 얻는다. 리턴 값: 성공하면 0, 실패하면 -1

4. stat 구조체 (1/3) APUE (Files & Directories) <sys/stat.h>에 정의 struct stat { mode_t st_mode; /* file type & mode (permissions) */ ino_t st_ino; /* i-node number (serial number) */ dev_t st_dev; /* device number (filesystem) */ dev_t st_rdev; /* device number for special files */ nlink_t st_nlink; /* number of links */ uid_t st_uid; /* user ID of owner */ gid_t st_gid; /* group ID of owner */ off_t st_size; /* size in bytes, for regular files */ time_t st_atime; /* time of last access */ time_t st_mtime; /* time of last modification */ time_t st_ctime; /* time of last file status change */ long st_blksize;/* best I/O block size */ long st_blocks; /* number of 512-byte blocks allocated */ };

5. stat 구조체 (2/3) APUE (Files & Directories) stat 구조체의 예 UNIX/Linux 종류 및 버전에 따라 stat 구조체는 다를 수 있음!

6. stat 구조체 (3/3) APUE (Files & Directories) st_atime:마지막으로 파일의 데이터를 읽은 시각 st_mtime:마지막으로 파일의 데이터를 수정한 시각 st_ctime:파일의 내용이 아니고 이름/권한 같은 상태를 변경한 시각 st_blksize:가장 효율적인 I/O 블럭 크기 (예: 8192 bytes) st_blocks:파일이 차지하고 있는 공간의 크기 (512 byte의 블록 수)

7. 파일 타입 (1/3) APUE (Files & Directories) • 보통 파일 (Regular File) • 데이터를 포함하고 있는 텍스트 또는 이진 파일 • 디렉토리 파일 (Directory File) • 파일의 이름들과 파일 정보에 대한 포인터들을 포함 • 문자 특수 파일 (Character Special File) • 시스템에 장착된 어떠 장치를 가리키는 파일 • 문자 단위로 데이터를 전송하는 장치 (c---------) • 블록 특수 파일 (Block Special File) • 시스템에 장착된 어떤 장치를 가리키는 파일 • 블럭 단위로 데이터를 전송하는 장치 (b---------)

8. 파일 타입 (2/3) APUE (Files & Directories) 특수 파일 예제

9. 파일 타입 (3/3) APUE (Files & Directories) • FIFO • 프로세스 간 통신에 사용되는 파일 (IPC Programming에서 사용됨) • Named Pipe라고도 부름 • 소켓 (socket) • 네트워크를 통한 프로세스 간 통신에 사용되는 파일 • Network Programming에서 사용하는 보편적인 방법 • 심볼릭 링크 (Symbolic link) • 다른 파일을 가리키는 포인터 역할을 하는 파일 (Windows의 “바로가기”에 해당)

10. 파일 타입 검사 (1/2) APUE (Files & Directories) • 파일 타입을 검사하는 매크로 함수 • stat.h 파일(/usr/include/sys/stat.h)에 정의되어 있음 • S_ISREG() : 정규 파일 • S_ISDIR() : 디렉토리 파일 • S_ISCHR() : 문자 특수 파일 • S_ISBLK() : 블록 특수 파일 • S_ISFIFO() : pipe 또는 FIFO • S_ISLNK() : 심볼릭 링크 • S_ISSOCK() : 소켓 • 해당 종류의 파일이면 1, 아니면 0을 리턴 • stat 구조체의 st_mode 값을 검사함 st_mode type special permission 4 bits 3 bits 9 bits

11. 파일 타입 검사 (2/2) APUE (Files & Directories) • 파일 타입 상수 • stat.h 파일(/usr/include/sys/stat.h)에 정의되어 있음 • S_IFREG : 정규 파일 • S_IFDIR : 디렉토리 파일 • S_IFCHR : 문자 특수 파일 • S_IFBLK : 블록 특수 파일 • S_IFFIFO : pipe 또는 FIFO • S_IFLNK : 심볼릭 링크 • S_IFSOCK : 소켓 • S_ISxxx() 매크로 함수는 S_IFxxx 상수 값의 설정 여부를 판단

12. 예제: stat.c (1/2) APUE (Files & Directories)

13. 예제: stat.c (2/2) APUE (Files & Directories) 실행 결과 Symbolic Link 자체의 정보를 얻기 위해서는 stat() 대신 lstat()을 사용

14. 파일 허가권 (File Permissions) (1/2) APUE (Files & Directories) File access permission bits (stat 구조체의 st_mode 값) st_mode type special permission 4 bits 3 bits 9 bits

15. 파일 허가권 (File Permissions) (2/2) APUE (Files & Directories) 실제 stat.h에 정의된 예제

16. 관련 명령어 APUE (Files & Directories) • UNIX 명령어 chmod • File Access Permission 설정 • stat 구조체의 st_mode값을 변경 • UNIX 명령어 chown(root만 사용 가능) • File 소유 User ID 설정 • stat 구조체의 st_uid값을 변경 • UNIX 명령어 chgrp(root만 사용 가능) • File 소유 Group ID 설정 • stat 구조체의 st_gid

17. 허가권 (Permissions) (1/3) APUE (Files & Directories) • Read 권한이 있어야 (open() 함수에서) • O_RDONLY, O_RDWR를 사용하여 파일을 열 수 있다. • Write 권한이 있어야 (open() 함수에서) • O_WRONLY, O_RDWR, O_TRUNC를 사용하여 파일을 열 수 있다. • 디렉토리에write 권한과 execute 권한이 있어야 • 해당 디렉토리에 파일을 생성할 수 있고, • 그 디렉토리의 파일을 삭제할 수 있다

18. 허가권 (Permissions) (2/3) APUE (Files & Directories)

19. 허가권 (Permissions) (3/3) APUE (Files & Directories) 파일이 포함된 모든 상위 디렉토리에 대해 execute 권한이 있어야 그 파일을 열 수 있다. 디렉토리에 대한 read 권한이 있어야 디렉토리 안에 들어 있는 파일 이름 목록을 읽을 수 있다. 디렉토리에 대한 write 권한이 있어야 디렉토리에 파일을 생성 삭제 할 수 있다. 디렉토리에 대한 execute 권한이 있어야 그 디렉토리나 그 하위 디렉토리에 있는 파일을 열 수 있다.

20. Effective User ID APUE (Files & Directories) • Real User ID와 Real Group ID • 실제 사용자 ID와 그 사용자가 속한 그룹 ID • 로그인한 사용자 ID • 일반적으로, Shell 상에서 작업을 수행할 때의 User 및 Group ID로 이해할 수 있음 • Effective User ID와 Effective Group ID • 프로세스의 속성 • 일반적으로, 프로그램이 수행될 때의 User ID 및 Group ID로 이해할 수 있음 • 대부분의 경우 Real User ID 와 Real Group ID 가 사용되나, 다음에 설명하는 S_ISUID와 S_ISGID 비트가 Set된 경우에는 다르게 동작함

21. S_ISUID와 S_ISGID (1/3) APUE (Files & Directories) • stat 구조체의 st_mode의 비트로 표현됨 • S_ISUID : set-user-ID • S_ISGID : set-group-ID • st_mode의 S_ISUID 비트가 설정된 실행 파일을 실행한 경우 • 그 실행 파일이 실행된 프로세스의 Effective User ID는 • Real User ID가 아니고, • 그 실행 파일 소유자의 User ID가 된다. • st_mode의 S_ISGID 비트가 설정된 실행 파일을 실행한 경우 • 그 실행 파일이 실행된 프로세스의 Effective Group ID는 • Real Group ID가 아니고, • 그 실행 파일 소유자의 group ID가 된다. st_mode type special permission 4 bits 3 bits 9 bits

22. S_ISUID와 S_ISGID (2/3) APUE (Files & Directories) • S_ISUID, S_ISGID 모두가 설정된 실행 파일을 실행하는 경우 • Real User ID, Real Group ID 의 권한이 아니고, • 그 파일 소유 User ID, Group ID 의 권한으로 실행됨 • 예제) passwd명령어: 실행은 아무나 하나, root 권한으로 수행되어야 함

23. S_ISUID와 S_ISGID (3/3) APUE (Files & Directories) passwd명령어가 수행될 때의 effective user ID

24. access() APUE (Files & Directories) #include <unistd.h> int access ( const char *pathname, intmode ); Real User ID와 Real Group ID로 파일의 허가권 검사 리턴 값: 성공하면 0, 실패하면 -1 mode 값

25. 예제: access() (1/2) APUE (Files & Directories)

26. 예제: access() (2/2) APUE (Files & Directories)

27. chmod(), fchmod() APUE (Files & Directories) #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> int chmod (const char *pathname, mode_t mode ); int fchmod (int filedes, mode_t mode ); • 파일에 대해 Access Permission을 변경한다 • stat 구조체의 st_mode 변경 • 리턴 값: 성공하면 0, 실패하면 -1 • mode : bitwise OR • S_ISUID, S_ISGID, S_ISVTX • S_IRUSR, S_IWUSR, S_IXUSR • S_IRGRP, S_IWGRP, S_IXGRP • S_IROTH, S_IWOTH, S_IXOTH

28. 예제: chmod() (1/2) APUE (Files & Directories)

29. 예제: chmod() (2/2) APUE (Files & Directories) 실행 결과

30. chown() APUE (Files & Directories) #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int chown (const char *pathname, uid_t owner, gid_t group ); int fchown (int filedes, uid_t owner, gid_t group ); int lchown (const char *pathname, uid_t owner, gid_t group ); • 파일의 User ID와 Group ID를 변경한다. • stat 구조체의 st_uid, st_gid 변경 • 리턴 값: 성공하면 0, 실패하면 -1 • lchown()은 심볼릭 링크 자체를 변경한다. • UNIX 종류 및 버전에 따라 차이가 있을 수 있다. • BSD 기반 시스템에서는 super-user만 변환 가능 • System V 계열 시스템은 일반 사용자도 변경 가능

31. truncate(), ftruncate() APUE (Files & Directories) #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int truncate (const char *pathname, off_t length ); int ftruncate (int filedes, off_t length ); 파일의 크기를 주어진 length로 줄인다. 리턴 값: 성공하면 0, 실패하면 -1

32. truncate() 예제 APUE (Files & Directories)

33. 강의 목표 및 내용 APUE (Files & Directories) • 강의 목표 • 파일의 상태 및 구조를 이해한다. • 파일 시스템 구현을 이해한다. • 디렉토리 구조 및 구현을 이해한다. • 강의 내용 • 파일 상태 • 파일 접근 허가권 • 파일 시스템 구현 - skip • 링크 (link) • 디렉토리

34. Block I/O APUE (Files & Directories) I/O is always done in terms of blocks. Sequence of a read() system call

35. Inode (Index Node) APUE (Files & Directories) • 한 파일은 하나의 i-node를 갖는다. • 파일에 대한 정보를 가지고 있다. • file size • file permissions • the owner and group ids • the last modification and last access times • if it's a regular or directory, the location of data blocks • if it's a special file, device numbers • if it's a symbolic link, the value of the symbolic link • stat 구조체의 필드는 i-node 에서 읽어온다.

36. The Block Map (1/2) APUE (Files & Directories) • Direct block pointers • 10 direct block pointers • Indirect block pointer • an indirect block to address 1024 blocks • Double indirect block pointer • an double indirect block to contain 1024 indirect block pointers • How many blocks can be addressed?

37. The Block Map (2/2) APUE (Files & Directories) Inode Disk blocks Direct block pointers to blocks 0 .. 9 . . . To blocks 10 .. 1033 (1024 blocks) Indirect pointers Double indirect pointers Locates up to 1000 indirects To blocks 1034 .. 2057

38. File System Layout (1/3) APUE (Files & Directories) • Boot Block • Boot code that is used when UNIX is first activated. • Super Block (information about the entire file system) • the total number of blocks in the file system • the number of inodes in the inode free list • a bit map of free blocks • the size of block in bytes • the number of free blocks • the number of used blocks

39. File System Layout (2/3) APUE (Files & Directories) • i-list (다음 페이지 참조) • all the inodes associated with the files on the disk • each block in the inode list can hold about 40 inodes • User Blocks • for storing file blocks • Bad Blocks • Several block that cannot be used

40. 0 Boot block Super block 1 Inodes 1..40 2 i-list Inodes 41..80 3 . . . User block 200 201 User block User blocks . . . User block File System Layout (3/3) APUE (Files & Directories)

41. 강의 목표 및 내용 APUE (Files & Directories) • 강의 목표 • 파일의 상태 및 구조를 이해한다. • 파일 시스템 구현을 이해한다. • 디렉토리 구조 및 구현을 이해한다. • 강의 내용 • 파일 상태 • 파일 접근 허가권 • 파일 시스템 구현 • 링크 (link) • 디렉토리

42. unlink() APUE (Files & Directories) #include <unistd.h> int unlink (const char *pathname); • 파일을 삭제하는 역할을 수행함(엄밀히 말해서, 파일의 link count를 감소시킴) • stat 구조체의 st_mode 변경 • 리턴 값: 성공하면 0, 실패하면 -1 • 파일이 삭제될 경우, inode와 data block이 삭제(free)된다.

43. 예제: unlink() (1/2) APUE (Files & Directories)

44. 예제: unlink() (2/2) APUE (Files & Directories) 실행 결과

45. symlink() - Symbolic Link – skip APUE (Files & Directories) • Symbolic Link는 파일에 대한 간접적인 포인터임 • 실제 파일에 대한 “경로”를 저장하고 있는 파일임 #include <unistd.h> int symlink (const char *actualpath, const char *sympath ); • Symbolic Link를 만든다. • Symbolic Link File의 내용은 actualpath에 해당함 • Symbolic Link File의 크기는 actualpath 문자열의 길이 (즉, 저장되는 내용이 문자열) • 리턴 값: 성공하면 0, 실패하면 -1 • 파라미터 설명 • actualpath: 실제 파일 • sympath: 만들 Symbolic Link의 이름

46. 파일 관련 시간 APUE (Files & Directories) • stat 구조체의 st_atime • 파일의 데이터가 마지막으로 읽혔던(read 되었던) 시간 • 즉, 마지막으로 read()가 호출된 시간 • stat 구조체의 st_mtime • 파일의 데이터가 마지막으로 변경(write)된 시간 • 즉, 마지막으로 write()가 호출된 시간 • stat 구조체의 st_ctime • 파일의 stat 구조체의 내용이 마지막으로 변경된 시간 • chmod(), chown() 등이 호출된 시간

47. utime() APUE (Files & Directories) #include <sys/types.h> #include <utime.h> int utime (const char *pathname, 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 struct utimbuf { time_t actime; /* access time */ time_t modtime; /* modification time */ } 각 필드는 1970-1-1 00:00 부터 현재까지의 경과 시간을 초로 환산한 값

48. utime() 예제: utime.c (1/2) APUE (Files & Directories)

49. utime() 예제: utime.c (2/2) APUE (Files & Directories)

50. 디렉토리 (Directory) APUE (Files & Directories) • 디렉토리 파일 • 일종의 파일이므로 open, read, close 함수 등을 사용할 수 있다. • 디렉토리 파일 사용에 편리한 새로운 함수들도 제공된다. • 디렉토리 파일의 내용은 구조체 dirent의 배열 형태로 저장됨 • file name: 파일 이름, 하위 디렉토리 이름, “.”, “..” • i-node number #include <dirent.h> struct dirent { ino_t d_ino; /* i-node number */ char d_name[NAME_MAX + 1]; /* filename */ }