[PintOS - Userprog] Create & Remove

create 시스템 콜

create

bool create (const char *file, unsigned initial_size) {
    is_valid_addr(file);
    return filesys_create(file, initial_size);
}

create 시스템 콜 함수는 주어진 파일 이름(file)과 초기 크기(initial_size)를 사용하여 파일을 생성하는 시스템 콜입니다. 입력된 주소가 유효한지 확인한 후, filesys_create 함수를 호출하여 실제 파일을 생성합니다.

🤔 이 함수도 open, read와 같이 구현 자체는 정말 간단하다! 😼

2. filesys_create

/* Creates a file named NAME with the given INITIAL_SIZE.
 * Returns true if successful, false otherwise.
 * Fails if a file named NAME already exists,
 * or if internal memory allocation fails. */

bool filesys_create (const char *name, off_t initial_size) {
    disk_sector_t inode_sector = 0;
    struct dir *dir = dir_open_root ();
    bool success = (dir != NULL
            && free_map_allocate (1, &inode_sector)
            && inode_create (inode_sector, initial_size)
            && dir_add (dir, name, inode_sector));
    if (!success && inode_sector != 0)
        free_map_release (inode_sector, 1);
    dir_close (dir);

    return success;
}

filesys_create 함수는 파일 시스템에서 주어진 이름(name)과 초기 크기(initial_size)를 가진 파일을 생성합니다. 주요 과정은 다음과 같습니다:

1. 루트 디렉토리를 엽니다.
2. free map 에서 새로운 섹터를 할당합니다.
3. 새 inode를 생성합니다.
4. 디렉토리에 파일 이름을 추가합니다.

3. free_map_allocate

bool free_map_allocate (size_t cnt, disk_sector_t *sectorp) {
    disk_sector_t sector = bitmap_scan_and_flip (free_map, 0, cnt, false);
    if (sector != BITMAP_ERROR
            && free_map_file != NULL
            && !bitmap_write (free_map, free_map_file)) {
        bitmap_set_multiple (free_map, sector, cnt, false);
        sector = BITMAP_ERROR;
    }
    if (sector != BITMAP_ERROR)
        *sectorp = sector;
    return sector != BITMAP_ERROR;
}

free_map_allocate 함수는 free map 에서 연속적인 섹터를 할당하고, 첫 번째 섹터를 sectorp에 저장합니다.

✅ 성공 시 true
❌ 실패 시 false를 반환합니다.

4. inode_create

bool inode_create (disk_sector_t sector, off_t length) {
    struct inode_disk *disk_inode = NULL;
    bool success = false;

    ASSERT (length >= 0);
    disk_inode = calloc (1, sizeof *disk_inode);
    if (disk_inode != NULL) {
        size_t sectors = bytes_to_sectors (length);
        disk_inode->length = length;
        disk_inode->magic = INODE_MAGIC;
        if (free_map_allocate (sectors, &disk_inode->start)) {
            disk_write (filesys_disk, sector, disk_inode);
    // Inode 생성 로직 ........
        free(disk_inode)
}

inode_create 설명

1. 메모리 할당

   disk_inode = calloc (1, sizeof *disk_inode);

disk_inode는 calloc 함수를 통해 메모리를 할당받습니다. calloc은 메모리를 0으로 초기화하며, sizeof *disk_inode 크기만큼 할당합니다.

2. 초기화

   if (disk_inode != NULL) {
       size_t sectors = bytes_to_sectors(length);
       disk_inode->length = length;
       disk_inode->magic = INODE_MAGIC;

할당받은 메모리가 NULL이 아닌지 확인한 후, 파일의 길이에 맞게 필요한 섹터 수를 계산합니다. 그리고 disk_inode의 길이와 매직 넘버를 설정합니다.

3. 섹터 할당 및 기록

   if (free_map_allocate (sectors, &disk_inode->start)) {
       disk_write (filesys_disk, sector, disk_inode);

free_map_allocate 함수를 호출하여 필요한 섹터를 할당받고, 성공하면 disk_write 함수를 사용해 디스크에 disk_inode를 기록합니다.

메모리 해제

마지막에 free (disk_inode)를 해주는 이유는 동적 메모리 할당 후, 사용이 끝난 메모리를 해제하여 메모리 누수를 방지하기 위함입니다.
왜냐하면 우리는 disk_write (filesys_disk, sector, disk_inode) 을 사용하여, disk에 기록했기 때문이죠! 🥳

• disk_inode를 동적으로 할당하고 초기화합니다.
• 필요한 섹터를 할당받고, 할당이 성공하면 disk_write 합니다.
• disk_inode의 사용이 끝난 후, 할당된 메모리를 free를 사용해 해제합니다.

5. dir_add

bool dir_add (struct dir *dir, const char *name, disk_sector_t inode_sector) {
    struct dir_entry e;
    off_t ofs;
    bool success = false;

    ASSERT (dir != NULL);
    ASSERT (name != NULL);

    /* Check NAME for validity. */
    if (*name == '\0' || strlen (name) > NAME_MAX)
        return false;

    /* Check that NAME is not in use. */
    if (lookup (dir, name, NULL, NULL))
        goto done;

    /* Set OFS to offset of free slot. */
    for (ofs = 0; inode_read_at (dir->inode, &e, sizeof e, ofs) == sizeof e;
            ofs += sizeof e)
        if (!e.in_use)
            break;

    /* Write slot. */
    e.in_use = true;
    strlcpy (e.name, name, sizeof e.name);
    e.inode_sector = inode_sector;
    success = inode_write_at (dir->inode, &e, sizeof e, ofs) == sizeof e;

done:
    return success;
}

dir_add 함수는 디렉토리에 파일 이름을 추가합니다.

1. 이름의 유효성을 검사하고 (*name == '\0' || strlen (name) > NAME_MAX),
2. 디렉토리에 이미 같은 이름의 파일이 있는지 확인한 후 lookup (dir, name, NULL, NULL)
3. 새로운 디렉토리 엔트리를 작성합니다.

---

Remove 시스템 콜

remove

bool remove(const char *file) {
    is_valid_addr(file);
    return filesys_remove(file);
}

filesys_remove 함수

/* Deletes the file named NAME.
 * Returns true if successful, false on failure.
 * Fails if no file named NAME exists,
 * or if an internal memory allocation fails. */
bool
filesys_remove (const char *name) {
    struct dir *dir = dir_open_root ();
    bool success = dir != NULL && dir_remove (dir, name);
    dir_close (dir);

    return success;
}

filesys_remove 함수 설명

1. remove 시스템 콜

   • 주소 유효성 검사

     is_valid_addr(file);

     file 포인터가 유효한 주소인지 확인합니다. 유효하지 않은 경우 시스템 콜이 실패할 수 있습니다.

   • 파일 삭제 시도

     return filesys_remove(file);

     filesys_remove 함수를 호출하여 파일을 삭제합니다. 이 함수는 파일 삭제의 성공 여부를 반환합니다.

2. filesys_remove 함수

   • 루트 디렉토리 열기

     struct dir *dir = dir_open_root ();

     파일 시스템의 루트 디렉토리를 엽니다. dir_open_root 함수는 루트 디렉토리의 inode를 열고, 이를 사용하여 디렉토리 구조체를 반환합니다.

   • 파일 제거 시도

     bool success = dir != NULL && dir_remove (dir, name);

     1. 루트 디렉토리가 성공적으로 열렸는지 확인합니다 (dir != NULL).
     2. dir_remove 함수를 호출하여 주어진 이름의 파일을 삭제합니다. 이 함수는 성공하면 true를, 실패하면 false를 반환합니다.

   • 디렉토리 닫기

     dir_close (dir);

     dir_close 함수를 호출하여 디렉토리를 닫고, 메모리를 해제합니다.

   • 결과 반환

     return success;

     파일 삭제 작업의 성공 여부를 반환합니다.

요약

• remove 시스템 콜

  1. file 주소가 유효한지 확인합니다.
  2. filesys_remove 함수를 호출하여 파일을 삭제합니다.
  3. 파일 삭제의 성공 여부를 반환합니다.

• filesys_remove 함수

  1. 루트 디렉토리를 엽니다.
  2. 루트 디렉토리가 성공적으로 열리고, 파일이 성공적으로 삭제되었는지 확인합니다.
  3. 디렉토리를 닫고, 메모리를 해제합니다.
  4. 파일 삭제의 성공 여부를 반환합니다.

---

Pintos와 Linux의 system call 비교. 🐣 🆚 🐧

공통점

1. 파일 이름과 초기 크기: 두 시스템 모두 파일을 생성할 때 파일 이름과 초기 크기를 인자로 받습니다.
2. 파일 시스템 내 데이터 구조: 파일을 생성할 때 내부적으로 inode와 같은 데이터 구조를 사용하여 파일 메타데이터를 관리합니다.

차이점

1. 구현 세부사항:
   • Pintos: 교육 목적으로 설계된 간단한 운영체제로, 파일 시스템이 메모리 내에 간단하게 구현되어 있습니다. 파일 생성 과정에서 free_map_allocate, inode_create, dir_add와 같은 함수들을 통해 파일 시스템의 내부 구조를 다룹니다.
   • Linux: 복잡하고 성능 최적화된 파일 시스템을 가지고 있습니다. Linux의 create 시스템 콜은 VFS(Virtual File System) 레이어를 통해 다양한 파일 시스템(ext4, xfs 등)을 지원하며, 각 파일 시스템별로 최적화된 파일 생성 방식을 사용합니다.
2. 동시성 처리:
   • Pintos: 간단한 락 메커니즘을 사용하여 동시성 문제를 처리합니다.
   • Linux: 복잡한 락킹 메커니즘과 다양한 동시성 제어 기법(RCU, 스핀락 등)을 사용하여 높은 성능과 안정성을 보장합니다.
3. 에러 리턴 방식:
   • Pintos: 주로 bool 타입을 사용하여 성공 여부를 반환합니다.
   • Linux: 다양한 에러 코드를 반환하여 세밀한 오류 정보를 제공합니다 (예: -ENOMEM, -EEXIST 등).
4. 파일 시스템 확장성:
   • Pintos: 교육 목적이므로 확장성이 제한적입니다.
   • Linux: 다양한 파일 시스템을 지원하며(Virtual File System), 대규모 파일 시스템에서도 효율적으로 작동하도록 설계되어 있습니다.

결론

PintOS로 파일 시스템을 다뤄봤다고 하지만, 아직 부족한게 많다고 느꼇다. 실제로 File system이 어떻게 관리되는지 궁금해졌으며 시간이 날 때마다 추가적으로 정리를 해야겠다! 😼😼