파일 디스크립터와 입출력 시스템 콜

리눅스에서 파일, 소켓, 파이프 등 다양한 리소스를 다룰 때 파일 디스크립터(File Descriptor, FD) 개념을 이해하는 것이 중요합니다. 파일 디스크립터는 운영체제가 프로세스와 리소스를 연결하는 핵심 구조이며, 이를 통해 입출력 시스템 콜을 효율적으로 활용할 수 있습니다.

이번 글에서는 파일 디스크립터의 개념을 설명하고, 리눅스에서 제공하는 주요 입출력 시스템 콜(open, read, write, close, lseek 등)의 동작 원리와 사용법을 살펴보겠습니다.

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1. 파일 디스크립터란?

파일 디스크립터(File Descriptor, FD)는 리눅스 운영체제가 열려 있는 파일이나 소켓 등을 식별하기 위해 프로세스에 할당하는 정수 값입니다. 모든 프로세스는 파일 디스크립터를 통해 리소스에 접근합니다.

1.1 파일 디스크립터의 기본 값

리눅스에서 일반적으로 다음과 같이 표준 파일 디스크립터가 할당됩니다.

파일 디스크립터	의미	매크로
0	표준 입력	STDIN_FILENO
1	표준 출력	STDOUT_FILENO
2	표준 에러	STDERR_FILENO

사용자가 파일을 열거나 소켓을 생성하면 3 이상의 정수 값이 파일 디스크립터로 할당됩니다.

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2. 입출력 시스템 콜

파일 디스크립터를 활용하는 대표적인 입출력 시스템 콜은 다음과 같습니다.

2.1 open() – 파일 열기

파일을 열어 파일 디스크립터를 반환하는 함수입니다.

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

int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    perror("open");
}

O_RDONLY는 읽기 전용으로 파일을 여는 옵션이며, open()이 실패하면 -1을 반환합니다.

2.2 read() – 파일에서 데이터 읽기

파일에서 데이터를 읽고 버퍼에 저장하는 시스템 콜입니다.

#include <unistd.h>

char buffer[100];
ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
if (bytes_read == -1) {
    perror("read");
}

read()는 파일의 끝(EOF)에 도달하면 0을 반환하며, 실패 시 -1을 반환합니다.

2.3 write() – 파일에 데이터 쓰기

파일 디스크립터를 통해 데이터를 출력하는 시스템 콜입니다.

#include <unistd.h>

const char *data = "Hello, World!";
ssize_t bytes_written = write(fd, data, strlen(data));
if (bytes_written == -1) {
    perror("write");
}

write()의 반환 값은 실제로 쓰인 바이트 수이며, -1이면 오류를 의미합니다.

2.4 lseek() – 파일 오프셋 변경

파일의 읽기/쓰기 위치를 변경할 때 사용하는 시스템 콜입니다.

#include <unistd.h>

off_t offset = lseek(fd, 10, SEEK_SET);
if (offset == -1) {
    perror("lseek");
}

SEEK_SET은 파일의 시작점을 기준으로 10바이트 이동하는 옵션입니다.

2.5 close() – 파일 닫기

열려 있는 파일 디스크립터를 닫고 리소스를 해제하는 시스템 콜입니다.

#include <unistd.h>

if (close(fd) == -1) {
    perror("close");
}

파일 디스크립터가 닫히면 다른 프로세스가 해당 파일을 사용할 수 있습니다.

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3. 파일 디스크립터 활용 사례

3.1 표준 출력 리다이렉션

파일 디스크립터를 조작하면 표준 입출력을 파일로 변경할 수 있습니다.

int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
dup2(fd, STDOUT_FILENO);
close(fd);

printf("이 내용은 터미널이 아닌 output.txt에 기록됩니다.\n");

위 코드에서 dup2(fd, STDOUT_FILENO)를 사용하여 표준 출력을 파일로 변경했습니다.

3.2 다중 파일 처리

여러 개의 파일을 동시에 열고 관리하는 것도 가능합니다.

int fd1 = open("file1.txt", O_RDONLY);
int fd2 = open("file2.txt", O_RDONLY);

각 파일은 서로 다른 파일 디스크립터를 가지므로 독립적으로 관리할 수 있습니다.

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4. 정리

• 파일 디스크립터는 운영체제가 파일, 소켓 등을 식별하는 정수 값입니다.
• open(), read(), write(), lseek(), close() 같은 입출력 시스템 콜을 통해 파일을 읽고, 쓰고, 조작할 수 있습니다.
• 표준 입출력을 파일로 변경하거나, 여러 파일을 동시에 관리하는 고급 활용도 가능합니다.

파일 디스크립터와 시스템 콜을 이해하면 효율적인 파일 I/O 처리를 구현할 수 있습니다. 다음 글에서는 비동기 I/O와 고급 파일 처리 기법을 다루겠습니다.