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File Descriptor, FD (File System)

Sep 23, 2024, 4 min read

File Descriptor (순한맛)

  • 블로그를 몇군데 돌아다니다 보니까, 대강 내용들이 다 비슷비슷하다.
    • 뭐 UNIX (Linux) 계열에서는 모든 것을 파일로 관리한다던지,
    • FD 라는 것은 파일에 접근하기 위한 unsigned int 값이라던지,
    • STDIN, STDOUT, STDERR 은 고정된 FD 값을 가진다던지
    • ls 로 FD 를 확인하는 방법이랄지
  • 이건 모두 비슷한 강의를 보고 정리한 내용이기에 그럴 것이다.
  • 일단 FD 에 대해 간단히 정리해 보자.

출처: 위키

  • 파일을 열면 (open),
  • File descriptor 가 생성돼서 어딘가 (위 그림에서는 “File table”) 에 저장되고,
  • 이놈을 가리키는 포인터가 process metadata 의 어딘가 (위 그림에서는 “File descriptors”) 에 저장되며
  • 이놈의 index 를 우리가 흔히 알고 있는 unsigned int 값인 거다.

File Descriptor (매운맛)

Linux 6.11 기준입니다.

  • 그럼 이걸 코드로 확인해 보자.
  • File descriptor 의 구조체 이름은 struct file 이다. (Code ref)
    • 여기를 보면 file 의 inode 를 가리키고 있는 것을 볼 수 있다.
    • 즉, process 입장에서는 file descriptor index -> file descriptor -> inode 순서로 찾아가게 되는 것.
struct file {
	// ...
	struct inode		*f_inode;	/* cached value */
	// ...
};
  • Linux 에서 process 의 정보를 저장하는 구조체 이름은 struct task_struct 이다. 여기 보면 struct files_struct *files 라는 pointer 가 하나 있다. (Code ref)
struct task_struct {
	// ...
	struct files_struct		*files;
	// ...
};
  • 여기를 들여다 보면, 연관된 field 가 세개 있다: fdt, fdtable, fd_array. (Code ref)
struct files_struct {
	// ...
	struct fdtable __rcu *fdt;
	struct fdtable fdtab;
	// ...
	struct file __rcu * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];
	// ...
};
  • struct fdtable 의 구조를 보면 다음과 같다. 안에는 open file descriptor 들을 위한 array pointer 가 있다. (Code ref)
struct fdtable {
	// ...
	struct file __rcu **fd;      /* current fd array */
	// ...
};
  • 다시 struct files_struct 로 돌아와서, 각 필드가 하는 역할은 다음과 같다.
    • struct fdtab: File descriptor table 의 메인 access point 이다.
    • struct file *fd_array[]: Open file 이 적을 경우에는 여기에 file 들이 담기게 된다.
      • 이놈은 Open file 이 적을 때를 위한 static allocated 공간이고,
      • 그래서 기본적으로 fdtab 으로 진입했을 때 이 공간을 보게 된다.
      • 따라서 처음에는 fdtab->fd 가 이놈을 가리키도록 설정된다.
    • struct fdtable *fdt: Open file 이 많을 경우를 위한 dynamic allocated 공간이다.
      • 즉, open file 들이 많아지면 fdt 가 동적으로 생성되고,
      • fdtab->fd 가 fdt->fd 를 가리키게 되어 이때부터는 fdtab 으로 진입했을 때 이 공간을 보게 된다 1.

Footnotes

  1. 다만 왜 struct fdtable 전체를 dynamic allocation 하는지는 모르겠다. 단순하게 NR_OPEN_DEFAULT 보다 더 큰 공간을 할당하기 위함이라면 그냥 struct file** 을 동적하면 될텐데 ↩

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