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fcntl 을 이용한 파일제어

윤 상배

dreamyun@yahoo.co.kr

차례

1절. 소개

2절. fcntl 을 이용한 파일제어

2.1절. fcntl 로 할수 있는 일들

2.2절. close-on-exec 에 대해서

2.3절. 파일특성조작 하기

2.3.1절. F_DUPFD
2.3.2절. F_SETFD/F_GETFD
2.3.3절. F_GETFL/F_SETFL
2.3.4절. F_GETOWN/F_SETOWN

1절. 소개

유닉스의 모든것은 파일로 이루어져 있다는 사실은 아마도 잘알고 있을 것이다. 그러므로 유능한? 유닉스 프로그래머로 성장하기 위해서는 파일관련된 여러가지 작업들을 능숙하게 처리할수 있어야한다. 실제로 유닉스 프로그램을 하게 되면 가장 많이 하는 작업이 파일과 연관된 작업이다.

일반 파일은 물론이고, 네트웍 프로그래밍시 소켓을 다룰때, IPC, 디바이스등을 다루는 모든 것이 결국은 파일을 다루는 것들이다.

fcntl 은 이러한 파일들의 특성 제어를 위해 제공하는 함수이다.

2절. fcntl 을 이용한 파일제어

fcntl 시스템호출은 이미 열려있는 파일의 특성 제어를 위해서 사용된다.

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

첫번째 인자로 주어지는 fd 는 open(2), socket(2) 등의 시스템 호출을 통해서 만들어진 파일 지정자이다. 두번째 인자인 cmd 가 fd 에 대한 특성을 제어하기위한 값이다.

2.1절. fcntl 로 할수 있는 일들

fcntl 로 할수 있는 일들은 결국 cmd 에 의해서 결정된다고 볼수 있다. 대략적으로 할수 있는 일들은 다음과 같다. 할수 있는 일은 cmd 에 의해서 결정됨으로 cmd 별로 설명을 했다.

F_DUPFD

이름에서 주는 어감처럼 열려진 파일지정자를 복사하기 위해서 사용한다. 언뜻보면 dup2(2) 함수와 매우 비슷한데, dup2 는 복사될 파일지정자를 사용자가 지시하는 반면, F_DUPFD 를 사용할경우 arg 와 같은 크기의 파일지정자를 되돌려주거나, 이미 사용되어지고 있다면, arg 보다 큰 할당가능한 파일지정번호중 가장 작은 번호를 되돌려준다.

이 복사된 파일지정번호는 잠금, 파일위치 포인터, 플레그 등을 공유한다. 즉 파일지정자들중 하나에서 파일의 위치가 변경된다면(lseek등을 이용), 다른 파일지정자도 변경된다.

그렇지만 close-on-exec 는 공유하지 않는다. close-on-exec 는 다음장에서 다루도록 하겠다.

F_GETFD

리턴값으로 fd 에 대한 flag 값을 넘겨준다. 현재는 FD_CLOEXEC 정보만 넘겨준다. FD_CLOEXEC 는 close-on-exec 정책에 관한 내용으로 다음장에서 다루도록 하겠다.

F_SETFD

FD_CLOEXEC(close-on-exec) 의 값을 지정된 비트값으로 설정한다.

F_GETFL

파일지정자에 대한 플래그값 - open(2) 호출시 지정한 플래그를 되돌려준다.

F_SETFL

arg 에 지정된 값으로 파일지정자 fd 의 플래그를 재 설정한다. 현재는 단지 O_APPEND, O_NONBLOCK, O_ASYNC 만을 설정할수 있다. 다른 플래그들 (O_WRONLY 와 같은) 은 영향을 받지 않는다.

F_GETOWN

이것은 비동기 입출력과 관련되어서 사용되며, SIGIO와 SIGURG 신호를 받는 프로세스 아이디를 얻기 위해서 사용된다.

F_SETOWN

비동기 입출력과 관련되어서 사용되며, SIGIO, SIGURG 시그널을 수신하는 프로세스 아이디(혹은 그룹)을 설정하기 위해서 사용된다.

이외에도 F_SETLK, F_SETLKW, F_SETLK 와 같은 레코드 잠금에 대한 설정도 가능하다. 이 내용들은 fcntl 레코드잠금에서 다루고 있음으로 여기에서 설명하진 않겠다. (또한 이문서의 내용은 파일단위의 특성 조작이므로 레코드단위의 특성조작은 이 문서의 내용과 다른분야이다.)

그러나 때때로 exec 를 이용해서 프로세스를 만들기전에 기존에 열렸던 파일지정자들을 깨끗하게 정리하고 싶을때가 있을것이다. 이러한 경우를 close-on-exec 시킨다라고 말하며, fcntl 을 이용해서 열린 파일지정자에 대해서 close-on-exec 작동을 하도록 할수 있다. 위의 open-on-exec.c 를 close-on-exec 버젼으로 바꾸는 방법은 2.3.2절에서 설명하도록 하겠다.

2.3절. 파일특성조작 하기

2.3.1절. F_DUPFD

위에서 설명을 이미 했음으로 간단한 예제로 이해를 돕는 수준에서 끝내도록 하겠다.

예제 : f_dupfd.c

#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    int testfd;
    int fd;

    fd  = open("test.txt", O_CREAT);

    testfd = fcntl(fd, F_DUPFD, 10);
    printf("testfd :%d\n", testfd);
    testfd = fcntl(fd, F_DUPFD, 10);
    printf("testfd :%d\n", testfd);

    getchar();
}

위의 프로그램을 실행시켜보면 testfd 로 각각 4, 5 가 아닌 (0, 1, 2 는 표준 입력/출력/에러, 3 은 test.txt) 10, 11 로 파일지정번호가 지정됨을 알수 있을것이다.

2.3.2절. F_SETFD/F_GETFD

close-on-exec 값을 조정하기 위해서 사용된다. F_GETFD 를 이용해서 FD_CLOEXEC 값을 가져오고 F_SETFD 를 이용해서 이 값을 변경한다. 기본적으로는 exec 할때 close 되지 않는다. 그럼 f_dupfd.c 를 close-on-exec 하도록 약간 변경 해보도록 하자.

예제 : close-on-exec

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main()
{
    int fd;
    int val;
    fd = open("exec_copy.txt", O_CREAT);

    // FD_CLOEXEC 값을 fcntl 을 이용해서 
    // 가져온 다음 세팅되어 있는지 검사한다.  
    val = fcntl(fd, F_GETFD, 0);
    if (val & FD_CLOEXEC)
        printf("close-on-exec bit on\n");
    else
        printf("close-on-exec bit off\n");


    // FD_CLOEXEC 를 세팅한다. 
    val |= FD_CLOEXEC;
    if (val & FD_CLOEXEC)
        printf("close-on-exec bit on\n");
    else
        printf("close-on-exec bit off\n");
    fcntl(fd, F_SETFD, val);

    // loop 프로그램을 exec 시킨다.  
    execl("/home/my_cvs/test/c_source/loop", "./loop", 0);
}

위의 프로그램을 실행하면 아래와 같은 실행 결과를 보여줄것이다.

[root@localhost c_source]# ./close-on-exec 
close-on-exec bit off
close-on-exec bit on

위의 프로그램을 실행시켜둔 상태에서 과연 fd 가 close-on-exec 되었는지 /proc/pid/fd 를 확인해보면 기존에 열려있던 fd 가 상속되어있지 않음을 확인할수 있을것이다.

2.3.3절. F_GETFL/F_SETFL

F_GETFL 을 open(2)등에 의해서 열려진 파일지정자 에 대한 플레그 값을 읽어온다. 그리고 F_SETFL 에 의해서 파일지정자에 대한 값(특성)을 세팅한다.

F_SETFL 을 이용해서 변경할수 있는 파일지정자의 특성은 O_APPEND, O_NONBLOCK, O_ASYNC 등이다. O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR 등의 정보는 읽어올수는 있지만 변경할수는 없다.

우선 읽기권한 정보를 읽어오는 것은 O_ACCMODE 와 비트연산을 함으로써 가져올수 있다. 그밖에 정보는 각각의 플레그(O_APPEND, O_NONBLOCK, O_ASYNC) 등과 비트연산을 함으로써 얻어올수 있다.

예제 : fgetfl_test.c

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main()
{
    int mode, fd, value;

    fd = open("test.sh", O_RDONLY|O_CREAT);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open error : ");
        exit(0);
    }

    value = fcntl(fd, F_GETFL, 0);

    mode = value & O_ACCMODE;
    if (mode == O_RDONLY)
        printf("O_RDONLY setting\n");
    else if (mode == O_WRONLY)
        printf("O_WRONLY setting\n");
    else if (mode == O_RDWR)
        printf("O_RDWR setting\n");

    if (value & O_NONBLOCK)
        printf("O_NONBLOCK setting\n");
    else
        printf("BLOCKING mode setting\n");
    if (value & O_ASYNC)
        printf("O_ASYNC setting\n");

}

이 프로그램을 실행시키면 다음과 같은 결과를 보여줄것이다.

[root@localhost c_source]# ./fgetfl_test
O_RDONLY setting
BLOCKING mode setting

최초 open 시의 파일 플레그 값을 읽어오고 있음을 알수 있다.

특성을 변경할수 있는 3개의 경우 단순히 비트연산을 해서 해당 flag 를 킨다음에 그값을 fcntl 을 이용해서 파일지정자에 세팅해주면 된다. 다음 예제는 표준입력(0) 을 NONBLOCK 모드로 변경 시킨 예이다.

fsetfl_test.c

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#define STDIN 0 
int main()
{
    int mode, fd, value;
    char buf[255];

    memset(buf, 0x00, 255);

    // 처음 입력은 봉쇄모드로
    read (STDIN, buf, 255);
    printf("-> %s\n", buf);
    memset(buf, 0x00, 255);

    // NONBLOCKING 모드로 변경한다. 
    value = fcntl(STDIN, F_GETFL, 0);
    value |= O_NONBLOCK;
    fcntl(STDIN, F_SETFL, value);
    printf("NON BLOCKING MODE 로 변경 \n");

    // 2초후 비봉쇄 모드로 들어간다.
    sleep(2);

    // 바쁜대기(busy wait) 시작
    while(1)
    {
        read (STDIN, buf, 255);
        printf("-> %s\n", buf);
    }
}

기본적으로 표준입력(0) 은 봉쇄모드로 시작된다. 이것을 fcntl 을 이용해서 비봉쇄 모드로 만들고 테스트한것이다. 위의 프로그램을 실행하면 처음 입력은 봉쇄모드로 사용자 입력이 있을때까지 기다리고, 그 후에는 비봉쇄 모드로 바쁜 상태에서 사용자 입력을 처리하는것을 볼수 있을것이다.

O_ASYNC 와 O_APPEND 역시 동일한 방법으로 처리가능하다.

O_APPEND 는 대충 어떠한 특성변경을 위해서 사용하는지 알것이다. O_ASYNC 에 대해서는 별로 익숙하지 않을수도 있는데, 유닉스 I/O 모델중 흔히 말하는 "비동기 입출력" 모델을 구현하기 위해서 사용된다. 비동기는 언제 일어날지 알수 없는 사건을 말하며, 유닉스에서는 이러한 비동기 사건을 알려주기 위해서 시그널(signal)을 사용한다. 유닉스의 I/O 모델의 종류는 리눅스 I/O 모델 을 참고하기 바란다.

이 문서에서는 비동기 입력출방법 자체에 대한 내용은 다루지 않을것이다. 이것은 리눅스 I/O 모델의 또다른 구현임으로 리눅스 I/O 모델 관련 문서를 다루면서 언급할것이다. (현재는 Blocking I/O, Non-Blocking I/O, I/O Multiplexing 까지를 다룬 문서들이 제공되고 있다) 다루고 있다)

2.3.4절. F_GETOWN/F_SETOWN

바로 윗장에서 우리는 F_GETFL/F_SETFL 을 이용해서 파일지정자의 특성을 변경하는 법을 배웠었다. 그중에서 비동기 입출력 설정을 위한 O_ASYNC 플레그를 설정하는 방법을 배웠었는데, F_GETOWN/F_SETOWN 은 이 비동기 입출력과 관련되어서 사용되는 플래그이다.

이들 플레그를 사용함으로써 비동기 입출력 모드로 파일지정자가 설정되어 있을때, 어떤 프로세스(혹은 그룹) 아이디로 부터 오는 시그널을 받을지를 지정해줄수 있다. 역시 자세한 내용은 리눅스 I/O 모델 문서에서 다루도록 하겠다.