[System Programming] 5.4 링크

9 분 소요

링크

링크는 기존 파일에 대한 또 다른 이름을 의미한다.
하드 링크와 심볼릭(소프트) 링크가 있다.

#include <unistd.h>
int link(char *existingpath, char *newpath); //Returns: 0 if OK, -1 on error
int unlink(char *path); //directory entry가 없어짐

Create a link(hard link) to an existing file
- creates a new directory entry, newpath, that references the existing file existing path.
- If newpath exists, an error is returned.

link()(시험)

link(“file1”, “file2”);
하드 링크

It is impossible to tell which name was the original.
Hard links, as created by link, cannot span file systems
- 하나의 file system에서만 사용할 수 있는 것 즉, 서로 다른 file system을 갖는 것들끼리의 hard link는 불가능하다.
하나의 directory entry를 추가하여 동일한 i-노드를 가리키게 하는 하드 링크 방식

“In” vs. “cp” (시험)

얘네는 harddisk에 있는 애들임. 그래서 open을 했을 때는 자료구조가 바뀌지 않음

copy의 경우 directory entry부터 별도의 i-노드, data block을 모두 하나씩 추가하여 복사하게 된다.

파일을 하나 더 만드는 것이기 때문에

하드링크는 걔를 지칭할 수 있는 링크를 하나 더 만드는 것이다.

unlink()

#include <unistd.h>

int unlink(const char *pathname);
//Returns: 0 if OK, -1 on error

Removes the directory entry and decrements the link count of the file referenced by pathname.
- If other process has opened the file, its contents will not be deleted.
- When the link count reaches 0, file content(data block, inode) is deleted.
link count: 해당 i-노드를 가리키고 있는 directory entry의 수

stat 구조체

<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 */
};

Link count

시험

i-node 의 link count
- stat 구조체의 st_nlink
- 이 i-node 를 가리키는 directory entry 수
파일의 삭제
- directory block에서 파일을 삭제하면 i-node 의 link count 가 1 감소
- link count 가 0 에 도달하면 그 파일의 i-node 와 data block 이 삭제됨
파일의 이동
- UNIX 명령어 mv
- 파일의 data block 이나 i-node 의 변화는 없이 directory entry만 변경됨
- i-node를 가리키던 directory entry만 변화한 것이다.(file1 -> file2)
  - 기존의 entry는 삭제되고 새로운 entry가 만들어져 이것이 기존 entry가 가리키던 i-node를 가리키게 되는 것

링크의 구현

link() 시스템 호출
- 기존 파일 existing에 대한 새로운 이름 new 즉 링크를 만든다.
hard link가 만들어짐
- 같은 i-node를 가리키는 directory entry가 하나 생김
  - 이 entry들은 각각 다른 디렉토리에 속함
  - pathname이 absolute pathname도 가능 하기 때문에 같은 file system내에 있기만 한다면 같은 i-node를 가리키는 것이 가능한 것이다.
- 그 i-node의 link count 가 하나 증가

link.c

#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[ ])
{
    if (link(argv[1], argv[2]) == -1) {
        exit(1);
    }
    exit(0);
}

$ link you.txt my.txt
$ ls –l you.txt my.txt
 2 -rw-r--r-- 2 chang faculty 2088 4월 16일 13:37 my.txt 
 2 -rw-r--r-- 2 chang faculty 2088 4월 16일 13:37 you.txt

파일 이름만 다른 것을 볼 수 있다.

unlink.c

#include <unistd.h>
main(int argc, char *argv[ ])
{
    int unlink();
    if (unlink(argv[1]) == -1) {
        perror(argv[1]);
        exit(1);
    }
        exit(0);
}

unlink한 파일은 가리키고 있는 i-노드가 없기 때문에 파일이 없어진다.

하드 링크 vs 심볼릭 링크

하드 링크(hard link)
- 지금까지 살펴본 링크
- hard link points directly to the inode of the file.
  - The link and the file should reside in the same file system.
  - Only the superuser can create a hard link to a directory.
- 하드 링크로 만들어진 파일의 용량은 같지만 실제로 늘어난 용량은 없음 (용량도 늘어나는 cp 명령어와의 차이점)
심볼릭 링크(symbolic link)
- 소프트 링크(soft link)
- 원본 파일을 가리키는 파일을 만든다.
- 실제 파일의 경로명을 저장하고 있는 링크
- symbolic link is an indirect pointer to a file
  - There are no file system limitations on a symbolic link.
  - Anyone can create a symbolic link to a directory
- 다른 파일 시스템에 있는 파일도 링크할 수 있다.
  - 하드 링크의 단점 보완
- 원본 파일이 사라지면 심볼릭 링크 파일의 역할을 할 수 없다.
  - 하지만 원본 파일을 같은 이름으로 생성해준다면 다시 역할을 하게 된다.
- 주로 복잡한 경로의 디렉토리를 쉽게 접근할 때 사용하고 확장자를 하나로 통일할 때 사용할 수 있다.

심볼릭 링크

int symlink (const char *actualpath, const char *sympath );
//심볼릭 링크를 만드는데 성공하면 0, 실패하면 -1을 리턴한다.

Create a new directory entry, sympath that points to actual path.
- Not require that actual path exist when the symbolic link is created.
- Actual path and sympath need not reside in the same file system.

#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{ 
    if (symlink(argv[1], argv[2]) == -1) {
        exit(1);
    }
    exit(0);
}

$ slink /usr/bin/gcc cc
=> $ ls -s /usr/bin/gcc cc
$ ls –l cc
  2 lrw-r--r-- 1 chang faculty 2088 4월 16일 13:37 cc-> /usr/bin/gcc

symlink()

“In” vs. In -s”

$ ln file1 file2

하드 링크
동일 inode를 포인팅 하는
directory entry 추가

$ ln –s file1 file2

symbolic(soft) link
directory entry 추가
별도 inode를 통해 기존 file1의 **경로명**을 갖는 데이터 블록 생성
헷갈리지 말아야 하는 부분
- copy는 data block까지 copy하여 해당 i-노드가 별도의 data block을 갖는데 link는 file1을 찾아가기 위한 경로명이 저장되어 있다는 것을 유의해야 한다.
  - 즉, data block에 content가 있는 것이 아니라 soft linked file path가 들어있는 것이다.
- 그래서 symbolic이라는 이름이 붙은 것 같다.

Dangling link(가리키고 있는 파일이 없는 link)

may point to an non-existing file(없는 파일을 간접 링크해 보기)

#Example 1
$ ln -s /no/such/file myfile 		#create a symbolic link
$ ls myfile							#Is there 'myfile'?
myfile 								#ls says it's there ; 있긴 있다.
$ cat myfile 						#so we try to look at it
cat: myfile: No such file or directory
$ ls -l myfile 						#try -l option
lrwxrwxrwx 1 sar 	13 Jan 22 00:26 myfile -> /no/such/file
$

cat 명령어는 data block의 내용을 print하는 것인데 myfile이라는 파일은 존재하지 않는 파일을 가리키고 있기 때문에 이를 print 하려고 올바르지 않은 경로명의 파일에 접근하는 것이기 때문에 오류가 발생한다.

#Example 2
$ ln -s testfile newfile
$ ls -l newfile
lrwxrwxrwx 1 yhshin users 8 Aug 27 20:02 newfile -> testfile
$ rm testfile
$ cat newfile
cat: newfile: No such file or directory
$

하드링크와 소프트 링크의 가장 큰 차이는 이 예제를 통해 알 수 있다.

하드링크는 original file을 remove하더라도 새로 link를 진행한 file이 남아있는 반면
소프트 링크는 새로운 파일이 original file을 가리키기 때문에 original file이 삭제되면 새로운 파일 역시 가리키고 있는 파일이 없어지며 같이 삭제가 된다.

심볼릭 링크 내용

#include <unistd.h>
int readlink (const char *path, char *buf, size_t bufsize);
//path 심볼릭 링크의 실제 내용을 읽어서 buf에 저장한다.
//성공하면 buf에 저장한 바이트 수를 반환하며 실패하면 –1을 반환한다.

ssize_t readlink(const char *pathname, char *buf, size_t bufsize);
 //Returns: number of bytes read if OK, -1 on error 

read value of a symbolic link
- places the contents of the symbolic link path in the buffer buf, which has size bufsize.
Return value
- the count of characters placed in the buffer if it succeeds
- -1 if an error occurs
buf size를 넘어가면 -1 에러 명시

Q) readlink 시스템 콜은 심볼릭 링크만 읽는 것인가?

A) 내 생각으로는 일반 파일은 그냥 read로 읽을 수 있으니까 심볼릭 링크에만 적용되는 것 같다.

rlink.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[ ])
{
    char buffer[1024];
    int nread;
    nread = readlink(argv[1], buffer, 1024);
    
    if (nread > 0) {
        write(1, buffer, nread); //표준 출력: 1(STDOUT_FILENO)
        exit(0);
    } else {
        fprintf(stderr, "오류 : 해당 링크 없음\n");
        exit(1);
    }
}

$ rlink cc
 /usr/bin/gcc

soft link의 정보를 읽어왔는데 이는 soft link의 data block을 읽어오는 것이기 때문에 gcc 파일의 경로가 출력된 모습이다.

cc는 gcc를 간접적으로 link하고 있다.

remove()

#include <stdio.h>

int remove(const char *pathname);
 //Returns: 0 if OK, -1 on error 

Unlink a file or a directory
- For a file, identical to unlink.
- For a directory, identical to rmdir.
- 범용 remove()

rename()

#include <stdio.h>

int rename(const char *oldname, const char *newname);
 //Returns: 0 if OK, -1 on error 

Rename
- renames a file or a directory, moving it between directories if required.
- oldname and newname should be in the same file system.

File times (revisit: 81p 참조)

The three time values associated with each file

st_mtime: time the file contents were last modified.
st_ctime: time the inode of the file was last modified.

utime()

#include <utime.h>

int utime(const char *pathname, const struct utimbuf *times);
 //Returns: 0 if OK, -1 on error 

Change the access time and modified time
- utimbuf structure

struct utimbuf {
    time_t actime; /* access time */
    time_t modtime; /* modification time */
}

If times is NULL, the access and modification times of the file are set to the current time.
ctime field는 시스템 콜을 사용해도 변경이 되지만 utime()을 호출해서 시간적으로 변경이 되면 ctime 정보가 자동적으로 수정이 된다.
st_ctime is automatically updated when the utime is called.
- ctime field는 i-노드의 상태가 변한 시간인데 모든 시간 정보는 i-노드에 저장되어 무슨 시간이든지 바뀌기만 하면 i-노드의 상태 정보는 update 되기 때문이다.

example

#include "apue.h"
#include <fcntl.h>
#include <utime.h>
int
main(int argc, char *argv[])
{
    int i, fd;
    struct stat statbuf;
    struct utimbuf timebuf;
    
    for (i = 1; i < argc; i++) {
        if (stat(argv[i], &statbuf) < 0) { /* fetch current times */
            err_ret("%s: stat error", argv[i]);
            continue;
        }
        if ((fd = open(argv[i], O_RDWR | O_TRUNC)) < 0) { /* truncate */
            err_ret("%s: open error", argv[i]);
            continue;
        }
        close(fd); 	//시간 정보가 바뀜
        timebuf.actime = statbuf.st_atime;
        timebuf.modtime = statbuf.st_mtime;
        if (utime(argv[i], &timebuf) < 0) { /* reset times */ //open하기 전 시간 상태를 요구
            err_ret("%s: utime error", argv[i]);
            continue;
        }
    }
    exit(0);
}

utime() 시스템 콜을 호출하여 timebuf 구조체 정보를 file이 open 되기 직전에 얻어진 시간 정보로 바뀌게끔 하였기 때문에 시간 정보(access, modification)가 바뀐 상태로 출력되지 않을 것이다.

하지만 O_TRUNC로 인해 파일의 size는 바뀌었는데 file의 size 정보는 i-노드에 있기 때문에 i-노드는 상태 변화가 일어 났다.

따라서 ls에 -c 옵션을 추가하여 보면 이는 업데이트 된 시간으로 출력이 될 것이다.

실행

$ ls -l changemod times 					look at sizes and last-modification times
-rwxrwxr-x 1 sar 15019 Nov 18 18:53 changemod
-rwxrwxr-x 1 sar 16172 Nov 19 20:05 times
$ ls -lu changemod times 					look at last-access times (마지막으로 access된 시간과 마지막으로 수정된 시간은 같음을 알 수 있다.)
-rwxrwxr-x 1 sar 15019 Nov 18 18:53 changemod
-rwxrwxr-x 1 sar 16172 Nov 19 20:05 times
$ date 										print today's date
Thu Jan 22 06:55:17 EST 2004
$ ./a.out changemod times 					run the program in the previous page
$ ls -l changemod times 					and check the results
-rwxrwxr-x 1 sar 0 Nov 18 18:53 changemod	O_TRUNC로 파일이 지워짐
-rwxrwxr-x 1 sar 0 Nov 19 20:05 times
$ ls -lu changemod times 					check the last-access times also
-rwxrwxr-x 1 sar 0 Nov 18 18:53 changemod
-rwxrwxr-x 1 sar 0 Nov 19 20:05 times
$ ls -lc changemod times 					and the changed-status times
-rwxrwxr-x 1 sar 0 Jan 22 06:55 changemod	i-노드가 변경됨
-rwxrwxr-x 1 sar 0 Jan 22 06:55 times
$

핵심 개념

표준 유닉스 파일 시스템은 부트 블록, 슈퍼 블록, i-리스트, 데이터 블록 부분으로 구성된다
파일 입출력 구현을 위해서 커널 내에 파일 디스크립터 배열, 파일 테이블, 동적 i-노드 테이블 등의 자료구조를 사용한다.
파일 하나당 하나의 i-노드가 있으며 i-노드 내에 파일에 대한 모든 상태 정보가 저장되어 있다.
디렉터리는 일련의 디렉터리 엔트리들을 포함하고 있고 각 디렉터리 엔트리는 파일 이름과 그 파일의 i-노드 번호로 구성된다.
링크는 기존 파일에 대한 또 다른 이름을 의미하며 연결 방식에 따라 하드 링크와 심볼릭(소프트) 링크가 있다.

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Kang Chang Ryong