[UNIX] ④ 디렉토리(directory)

1. The implementation of a directory

Directory

- 디렉토리 엔트리를 포함하고 있음
- `creat`이나 `open` 시스템 콜로 생성될 수 없음
- `mkdir` 이나 `opendir` 사용
- kernel만 write 할 수 있음
- 디렉토리 엔트리의 시리즈로 구성되어 있어서, 서브디렉토리나 파일을 포함할 수 있음
- symbolic link로 디렉토리 생성 가능
- directory entry   
    |name|desc|
    |---|---|
    |i-node number|i-node|
    |character filed|directory 이름|

Directory permission

• 일반적인 파일과 같게 구성됨

permission type	interpreted
read	파일과 하위디렉토리 이름의 리스트
write	파일 생성 및 삭제
execute	하위 디렉토리로 이동, chdir 시스템 콜

save-text-image(sticky bit)

• 공유 디렉토리에서 남이 만든 파일을 삭제하지 못하게 할 경우에 사용

• 이 경우에만 삭제 가능

  • 파일의 소유자
  • 디렉토리의 소유자
  • superuser

• 't'로 권한 나타냄

    drwxrwxrwt

---

2. 디렉토리 프로그래밍

dirent 구조체

#include <dirent.h>

struct dirent {
    ino_t d_ino;                // i-node number
    char d_name[NAME_MAX+1];    // filename
}

struct stat

• 총 16개 비트
• st_mode

  type	desc
  S_IFBLK	block special
  S_IFCHR	character special
  S_IFIFO	FIFO special
  S_IFREG	regular
  S_IFDIR	directory
  S_IFLNK	symbolic link
  S_IFSOCK	socket

---

3. UINIX file system

sync와 fsync 캐싱

• 메모리에서 디스크로 쓰는 것이 바로 실행되지는 않는다.
• 읽기 또한 캐시 내에서 버퍼링된다.
• sync()와 fsync() 사용하여 버퍼 데이터를 디스크에 쓴다.

---

4. UNIX device file

Device of UNIX

• 할당되는 device number로 디바이스에 접근할 수 있다.

• device number를 device file로 mapping

• device number

  name	desc
  major-number	device driver, the type of device, device file의 i-node 저장
  minor-number	the instance of specific device

• device file

  • device file의 i-node는 device number를 포함한다.
  • 주변 장치에 대한 간단한 인터페이스를 제공
  • file system처럼 보임
  • 유저는 standard system call을 이용하여 device에 접근한다.
  • device는 regular file처럼 취급한다.
  • superuser에 의해 생성된다.

UNIX device files

• 주변 장치
  • 파일 시스템에서 filename으로 접근 가능
  • disk, terminal, printer ...
• 일반적인 disk files와 다르게, device file에 읽고 쓰는 것은 시스템과 적절한 주변 장치 간에 직접적으로 데이터가 전송되게 할 수 있다.
  • 보통 /dev 이다.
  • /dev/tty00, /dev/rmt0, ...
• device file은 커맨드 레벨이나 프로그램에서 regular file처럼 사용된다.

Block and character device files

• Block device file

  • disk, magnetic tape, random access

• Character device file

  • terminal, modem, printer, random access

• 2개의 운영 체제 구성 테이블

  • block device switch table : bdevsw[]
  • character device switch table : cdevsw[]
  • major-number를 테이블의 인덱스로 사용

• 주변 장치와의 데이터 전송 순서

  1. read 혹은 write 시스템 콜이 device file의 i-node에 접근
  2. 시스템은 i-node 구조체 내의 flag를 이용하여 디바이스가 block 혹은 character device인지 체크
     major-number도 추출
  3. major-number는 device configuration table을 인덱싱하는 데 사용되고 device driver routine는 데이터 전송을 위해 호출된다.

• minor-number도 i-node에 저장되며, 둘 이상의 주변 포트를 지원하는 장치에서 접근되고 있는 포트를 정확히 식별하기 위해 device driver routines으로 전달된다.

stat structure

• filename과 i-node를 포함하는 파일 시스템의 device number

type	name	desc
mode_t	st_mode	file type과 mode(permission)
ino_t	st_ino	i-node number(serial number)
dev_t	st_dev	device number(file system)
dev_t	st_rdev	device number for special files
nlink_t	st_nlink	number of linkes
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
blksize_t	st_blksize	best I/O block size
blkcnt_t	st_blocks	number of disk blocks allocated

st_mode

• 타입 체크 매크로

  macro	type of file
  S_ISREG()	regular file
  S_ISDIR()	directory file
  S_ISCHR()	character special file
  S_ISBLK()	block special file
  S_ISFIFO()	pipe or FIFO
  S_ISLNK()	symbolic link

  • 예시

      if(S_ISCHR(buf.st_mode))
          printf("It's character device");
      else
          printf("It's not");

st_rdev

• 실제 장치 파일에 연결된 장치번호

• 장치 파일의 고유 번호

• device file만 가지고 있음
  character special file, block special file

• major , minor 매크로 사용(<sys/types.h>)

    major(buf.st_rdev);
    minor(buf.st_rdev);

st_dev

• 장치 파일이 어떤 장치에 있는지 표시
• 보통 파일은 하드 디스크에 있으므로 하드 디스크의 장치 번호와 같음

File System information

int fstatvfs(int filedes, struct statvfs* buf);
int statvfs(const char* path, struct statvfs* buf);

status	return value
success	0
error	-1

• statvfs

  type	name	desc
  unsigned long	f_bsize	file system block size
  unsigned long	f_frsize	fundamental file system block size
  fsblkcnt_t	f_blocks	total number of blocks on file system in units of f_frsize
  fsblkcnt_t	f_bfree	total number of free blocks
  fsblkcnt_t	f_bavail	number of free blocks available to non-privileges process
  fsblkcnt_t	f_files	total number of file serial numbers(#i-nodes)
  fsblkcnt_t	f_ffree	total number of free file serial numbers
  fsblkcnt_t	f_favail	number of file serial numbers available to non-privileges process
  unsigned long	f_fsid	file system ID
  unsigned long	f_flag	bit mask of f_flag values
  unsigned long	f_namemax	maximum filename length

• f_flag

  flag	desc
  ST_RDONLY	read-only access로 마운트
  ST_NOSUID	estuid/setgid semantics 지원 안함
  ST_CHOWN_RESTRICTED	소유자 또는 기본 그룹을 적절한 권한을 가진 프로세스로 변경하는 것을 제한
  ST_THERAD_SAGE	thread-safe API는 이 파일 시스템의 객체에서 스레드 세이프 방식으로 작동
  ST_DYNAMIC_MOUNT	동적으로 마운트하고 마운트 해제
  ST_NO_MOUNT_OVER	위로 mount 되는 것 제한
  ST_NO_EXPORTS	해당 개체를 NFS(네트워크 파일 시스템) 서버로 내보낼 수 없음
  ST_SYNCHRONOUS	NFS 버전 2의 "synchronous write" 의미를 지원한다
  ST_CASE_SENSITIVE	대소문자 구분

• f_bsize

  • 파일 시스템 블락 크기(바이트)
  • disk unit storage의 block에 있는 바이트 수

• f_frsize

  • 디스크 주소가 계산되는 단위

---

System call

mkdir()

• 해당 폴더에 execute 권한이 있어야 이동도할 수 있고 안에 있는 파일 실행 가능

int mkdir(const char* pathname, mode_t mode);

status	return value
success	0
error	-1

rmdir()

• 빈 디렉토리 삭제
• 빈 디렉토리는 '.'와 '..'만 포함하고 있음

int rmdir(const char* pathname);

status	return value
success	0
error	-1

opendir()

• DIR은 standard I/O library에서 FILE과 유사하게 실행
• pointer를 적절하게 null checking 해야 함
• 프로그램이 디렉토리를 접근하는 것을 완료하면 closedir()로 인해 close된다.

DIR* opendir(const char* dirname);

status	return value
success	pointer
error	NULL

closedir()

• dirptr가 가리키는 디렉토리 스트림을 close한다.

int closedir(DIR* dirptr);

status	return value
success	0
error	-1

readdir()

• 첫 번째 디렉토리가 dirent 구조체로 리턴
• 완료되면 다음 디렉토리 엔트리로 이동

struct dirent* readdir(DIR* dp);

status	return value
success	pointer
error	NULL

rewinddir()

• rewinddir()를 호출할 경우 readdir()가 호출될 때 다음 디렉토리는 첫 번째 디렉토리가 됨

void rewinddir(DIR* dp);

status	return value
success	0
error	-1

chdir()

• chdir을 만드는 프로세스에서만 적용됨
• path가 invalid 하거나 디렉토리에 execute 권한이 없을 경우 에러 발생
• 디렉토리를 변경하거나 새로운 디렉토리의 파일 이름을 사용할 때 chdir()를 호출하면 더 효율적임

int chdir(const char* path);

status	return value
success	0
error	-1

getcwd()

• 현재 디렉토리 이름이 리턴되어서 name에 복사

char* getcwd(char* name, size_t size);

status	return value
success	name
error	NULL

ftw()

• directory tree walk
• 모든 디렉토리를 탐색하며 func() 실행
• func()가 0을 반환하지 않거나, tree의 bottom에 도달하면 탐색 종료

int ftw(const char* path, int (*func)(), int depth);

int func(const char* name, const struct stat* sptr, int type){
    // definition
}

status	return value
success	0
error	-1

• ftw argument

  name	desc
  path	디렉토리 이름
  depth	directory tree의 깊이
  func	탐색하면서 실행할 함수

• func argument

  name	desc
  name	객체 이름
  sptr	객체와 관련된 stat 구조체
  type	<ftw.h>에 정의된 상수

  • type

    name	contents
    FTW_F	File
    FTW_D	Directory
    FTW_DNR	읽을 수 없는 디렉토리
    FTW_SL	심볼릭 링크
    FTW_NS	심볼릭 링크가 아니고 stat이 실행할 수 없는 파일

sync()

• nonblocking wait
• return 될 때까지 기다리지 않음

void sync(void);

fsync()

• blocking wait
• file을 디스크에 쓰는 것을 완료할 때까지 return 되지 않음

int fsync(int filedes)

status	return value
success	0
error	-1