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

Linux/UNIX Programming

APUE (Files & Directories)

문양세강원대학교 IT 대학 컴퓨터과학전공

UNIX System Program-mingby Yang-Sae Moon

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강의 목표 및 내용

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



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stat() – 파일 상태 확인

역할 : 주어진 파일에 대한 정보를 stat 구조체에 얻어 온다 .

buf: stat 구조체에 대한 포인터 ( 정보를 가져올 장소 )

lstat() 은 Symbolic Link 가 가리키는 파일이 아닌 Symbolic Link

자체에 대한 정보를 얻는다 .

리턴 값 : 성공하면 0, 실패하면 -1

#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 );



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stat 구조체 (1/3)

<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 */};


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stat 구조체의 예



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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 byte 의 블록 수 )



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파일 타입 (1/3)

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---------)



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파일 타입 (2/3)APUE (Files & Directories)

특수 파일 예제


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파일 타입 (3/3)

FIFO

• 프로세스 간 통신에 사용되는 파일 (IPC Programming 에서 사용됨 )

• Named Pipe 라고도 부름

소켓 (socket)

• 네트워크를 통한 프로세스 간 통신에 사용되는 파일

• Network Programming 에서 사용하는 보편적인 방법

심볼릭 링크 (Symbolic link)

• 다른 파일을 가리키는 포인터 역할을 하는 파일 (Windows 의 “바로가기”에 해당 )



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파일 타입 검사 (1/2)

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 0 을 리턴

stat 구조체의 st_mode 값을 검사함


type special permission

4 bits 3 bits 9 bits

st_mode


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파일 타입 검사 (2/2)

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



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


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예제 : stat.c (2/2)

실행 결과

Symbolic Link 자체의 정보를 얻기 위해서는 stat() 대신 lstat() 을 사용



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파일 허가권 (File Permissions) (1/2)

File access permission bits (stat 구조체의 st_mode 값 )




st_modest_mode

maskMeaning Octal

Code

S_IRUSR user-read 0400

S_IWUSR user-write 0200

S_IXUSR user-execute 0100

S_IRGRP group-read 0040

S_IWGRP group-write 0020

S_IXGRP group-exe-cute

0010

S_IROTH other-read 0004

S_IWOTH other-write 0002

S_IXOTH other-exe-cute

0001


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파일 허가권 (File Permissions) (2/2)

실제 stat.h 에 정의된 예제



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관련 명령어

UNIX 명령어 chmod

• File Access Permission 설정

• stat 구조체의 st_mode 값을 변경

UNIX 명령어 chown (root 만 사용 가능 )

• File 소유 User ID 설정

• stat 구조체의 st_uid 값을 변경

UNIX 명령어 chgrp (root 만 사용 가능 )

• File 소유 Group ID 설정

• stat 구조체의 st_gid



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허가권 (Permissions) (1/3)

Read 권한이 있어야 (open() 함수에서 )

• O_RDONLY, O_RDWR 를 사용하여 파일을 열 수 있다 .

Write 권한이 있어야 (open() 함수에서 )

• O_WRONLY, O_RDWR, O_TRUNC 를 사용하여 파일을 열 수 있다 .

디렉토리에 write 권한과 execute 권한이 있어야

• 해당 디렉토리에 파일을 생성할 수 있고 ,

• 그 디렉토리의 파일을 삭제할 수 있다



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


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허가권 (Permissions) (3/3)

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 .



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Effective User ID

Real User ID 와 Real Group ID

• 실제 사용자 ID 와 그 사용자가 속한 그룹 ID

• 로그인한 사용자 ID

• 일반적으로 , Shell 상에서 작업을 수행할 때의 User 및 Group ID 로 이해할 수 있음

Effective User ID 와 Effective Group ID

• 프로세스의 속성

• 일반적으로 , 프로그램이 수행될 때의 User ID 및 Group ID 로 이해할 수 있음

• 대부분의 경우 Real User ID 와 Real Group ID 가 사용되나 , 다음에 설명하는 S_ISUID 와 S_ISGID 비트가 Set 된 경우에는 다르게 동작함



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S_ISUID 와 S_ISGID (1/3)

stat 구조체의 st_mode 의 비트로 표현됨• S_ISUID : set-user-ID

• S_ISGID : set-group-ID

st_mode 의 S_ISUID 비트가 설정된 실행 파일을 실행한 경우• 그 실행 파일이 실행된 프로세스의 Effective User ID 는

• Real User ID 가 아니고 ,

• 그 실행 파일 소유자의 User ID 가 된다 .

st_mode 의 S_ISGID 비트가 설정된 실행 파일을 실행한 경우• 그 실행 파일이 실행된 프로세스의 Effective Group ID 는

• Real Group ID 가 아니고 ,

• 그 실행 파일 소유자의 group ID 가 된다 .




st_mode


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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 ) passwd 명령어 : 실행은 아무나 하나 , root 권한으로 수행되어야 함



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passwd 명령어가 수행될 때의 effective user ID



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access()APUE (Files & Directories)

Real User ID 와 Real Group ID 로 파일의 허가권 검사


mode 값

#include <unistd.h>

int access ( const char *pathname, int mode );

mode Description

R_OK test for read permission

W_OK test for write permission

X_OK test for execute permission

F_OK test for existence of tile


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


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


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chmod(), fchmod()APUE (Files & Directories)

파일에 대해 Access Permission 을 변경한다• stat 구조체의 st_mode 변경


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

#include <sys/stat.h>#include <sys/types.h>int chmod (const char *pathname, mode_t mode );int fchmod (int filedes, mode_t mode );


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


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예제 : chmod() (2/2)APUE (Files & Directories)

실행 결과


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chown()APUE (Files & Directories)

파일의 User ID 와 Group ID 를 변경한다 .

• stat 구조체의 st_uid, st_gid 변경


lchown() 은 심볼릭 링크 자체를 변경한다 .

UNIX 종류 및 버전에 따라 차이가 있을 수 있다 .

• BSD 기반 시스템에서는 super-user 만 변환 가능

• System V 계열 시스템은 일반 사용자도 변경 가능

#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 );


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truncate(), ftruncate()APUE (Files & Directories)

파일의 크기를 주어진 length 로 줄인다 .


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

int truncate (const char *pathname, off_t length );int ftruncate (int filedes, off_t length );


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truncate() 예제APUE (Files & Directories)


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강의 목표




강의 내용

• 파일 상태


• 파일 시스템 구현 - skip

• 링크 (link)

• 디렉토리



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Block I/O

I/O is always done in terms of blocks.

Sequence of a read() system call


read() system call

the device driver(software in kernel)

the disk controller (hardware)

I/O request

trap n bytes

one block at a timeinterrupt


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Inode (Index Node)

한 파일은 하나의 i-node 를 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 .



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The Block Map (1/2)

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?



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The Block Map (2/2)APUE (Files & Directories)

Direct

block

pointers

Indirect

pointers

Double

indirect

pointers

. . .to blocks

0 .. 9

To blocks 10 .. 1033 (1024 blocks)

To blocks 1034 .. 2057

Locates up to 1000 indirects

Inode Disk blocks


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File System Layout (1/3)

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



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File System Layout (2/3)

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



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File System Layout (3/3)APUE (Files & Directories)

. . .

Boot block

Super block

i-list

User block

User block

User block

User blocks

. . .

Inodes 1..40Inodes 41..80

0

1

2

3

200

201


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강의 목표




강의 내용

• 파일 상태


• 파일 시스템 구현

• 링크 (link)

• 디렉토리



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unlink()APUE (Files & Directories)

파일을 삭제하는 역할을 수행함( 엄밀히 말해서 , 파일의 link count 를 감소시킴 )

• stat 구조체의 st_mode 변경


파일이 삭제될 경우 , inode 와 data block 이 삭제 (free) 된다 .

#include <unistd.h>

int unlink (const char *pathname);


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


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예제 : unlink() (2/2)APUE (Files & Directories)

실행 결과


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symlink() - Symbolic Link – skip

Symbolic Link 는 파일에 대한 간접적인 포인터임

• 실제 파일에 대한 “경로”를 저장하고 있는 파일임


#include <unistd.h>

int symlink (const char *actualpath, const char *sympath );

Symbolic Link 를 만든다 .• Symbolic Link File 의 내용은 actualpath 에 해당함

• Symbolic Link File 의 크기는 actualpath 문자열의 길이 ( 즉 , 저장되는 내용이 문자열 )


파라미터 설명• actualpath: 실제 파일

• sympath: 만들 Symbolic Link 의 이름


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파일 관련 시간

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



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utime()APUE (Files & Directories)

파일의 최종 접근 시간과 최종 변경 시간을 조정한다 .

times 가 NULL 이면 , 현재시간으로 설정된다 .


UNIX 명령어 touch 참고

#include <sys/types.h>#include <utime.h>int utime (const char *pathname, const struct utimbuf *times );

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


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


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


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디렉토리 (Directory)

디렉토리 파일

• 일종의 파일이므로 open, read, close 함수 등을 사용할 수 있다 .

• 디렉토리 파일 사용에 편리한 새로운 함수들도 제공된다 .

디렉토리 파일의 내용은 구조체 dirent 의 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 */}


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디렉토리 접근 (opendir(), readdir())APUE (Files & Directories)

opendir() 로 디렉토리 파일을 열고 ,

readdir() 로 디렉토리 파일의 내용을 읽는다 .

• 읽을 때마다 디렉토리 파일의 current file offset 은 읽은 구조체 dirent 의 크기 만큼 증가한다 .

• 디렉토리의 항목 읽기 위해서는 해당 디렉토리에 대한 읽기 권한이 있어야 한다 .

• 그러나 , 쓰기권한이 있어도 write 함수로 직접 쓸 수는 없으며 ,

mkdir(), rmdir() 함수를 사용해야 한다 .

리턴 값 : 성공하면 구조체 주소 , 실패하면 NULL

#include <sys/types.h>#include <dirent.h>DIR *opendir (const char *pathname);struct dirent *readdir(DIR *dp);


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rewinddir(), closedir()APUE (Files & Directories)

rewinddir()

• 디렉토리 파일의 current file offset 을 처음으로 옮긴다 . ( 첫 번째 엔트리로 옮긴다 .)

closedir()

• 디렉토리 파일을 닫는다 .

• 리턴 값 : 성공하면 0, 실패하면 -1

#include <sys/types.h>#include <dirent.h>

void rewinddir (DIR *dp);int closedir (DIR *dp);


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mkdir()APUE (Files & Directories)

새로운 디렉토리를 만든다 .


성공하면 , “.” 와 “ ..” 파일은 자동적으로 만들어진다 .

• “.” 은 현재 디렉토리 파일의 i-node 를 ,

• “..” 은 부모 디렉토리 파일의 i-node 를 각각 가리킨다 .

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

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


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rmdir()APUE (Files & Directories)

비어있는 디렉토리를 삭제한다 .


#include <unistd.h>

int rmdir (const char *pathname );


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예제 : listfiles.c (1/7)APUE (Files & Directories)

가장 자주 사용하는 “ ls” 명령어를 만들어 봅시다 .

어떻게 만드나 ?

• 디렉토리 관련 함수 opendir(), readdir(), closedir() 을 사용 해당 디렉토리의 파일 이름을 알아낸다 .

• 파일 상태함수 lstat() 을 사용 파일의 크기 , permission, 생성 일자 등을 알아낸다 .


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chdir(), fchdir()APUE (Files & Directories)

현재 작업 디렉토리를 변경한다 . ($ cd)

반환 값 : 성공하면 0, 실패하면 -1

현재 작업 디렉토리는 프로세스의 속성( 프로세스의 working directory 가 변하는 것임 )

#include <unistd.h>int chdir (const char *pathname);int fchdir (int filedes);


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getcwd()APUE (Files & Directories)

현재 작업 디렉토리의 경로명을 얻는다 . ($ pwd)

반환 값 : 성공하면 buf 의 주소 , 실패하면 NULL

#include <unistd.h>

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


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예제 : chdir(), getcwd() (1/2)APUE (Files & Directories)


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예제 : chdir(), getcwd() (2/2)APUE (Files & Directories)

실행 결과


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sync(), fsync()APUE (Files & Directories)

버퍼에 있는 내용을 디스크에 쓰도록 한다 .

sync() 는 시스템 데몬 프로세스에 의해서 30 초마다 호출된다 .

fsync() 는 지정된 파일에 대해서만 I/O 작업을 수행하도록 한다 .

참고 ) O_SYNC 플래그 ( 모든 write() 를 sync mode 로 처리함 )

#include <unistd.h>

void sync();int fsync(int filedes);

Documents

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