1. Memory & Data
Management

2. Linux System Programming
Contents
동적 메모리 관리
Memory Allocation
Memory De-allocation
파일 잠금
협조형 잠금
공유파일 구역 잠금
교착상태(deadlock) 회피하기
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3. Linux System Programming
1. Memory Management in C
C언어 에서 main memory 할당하기
특정 물리적인 주기억 공간을 직접 할당하지 않음
각 프로세스는 할당된 data 영역의 기억공간을 사용
구조체 (struct)로 선언된 데이터는 memory 할당을 한 뒤 사용해야 함
최대 할당 크기는 4GB, 32bit pointer 사용
 Flat 32 bit memory Model
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4. Linux System Programming
malloc()
#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
- size_t : unsigned int
- 결과는 pointer로 반환 한다
메모리 할당은 커널(kernel)에서 담당
물리적 메모리 한계를 넘는 요구시, swap공간(swap space)를 사용
Unix에서 swapping은 4096 bytes page 단위로 동작
virtual memory management의 Paging 기법
최대 할당할 수 있는 크기는 주기억공간 + swap공간 보다 작다
malloc()의 size를 넘어서는 메모리 사용시 error(segmentation fault !)
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5. Linux System Programming
malloc() :간단한 메모리 할당
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define A_MEGABYTE (1024 * 1024)
main() {
char *some_memory;
int megabyte = A_MEGABYTE;
some_memory = (char *)malloc(megabyte);
if (some_memory != NULL) {
sprintf(some_memory, "Hello World\n");
printf("%s", some_memory); }
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6. malloc()관련 reference codes
memory1.c : 간단한 memory allocation
memory2.c : 모든 physical memory allocation
memory3.c : 최대 할당 가능한 memory 크기 시험(동시에 여러 프로세스가 동작 때 이상 발생)
memory4.c : memory 한번 남용해 보기
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7. Linux System Programming
memory1.c 간단한 메모리 할당
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define A_MEGABYTE (1024 * 1024)
main() {
char *some_memory;
int megabyte = A_MEGABYTE;
some_memory = (char *)malloc(megabyte);
if (some_memory != NULL) {
sprintf(some_memory, "Hello World\n");
printf("%s", some_memory); }
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8. Linux System Programming
memory2.c 모든 물리 메모리 할당
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define A_MEGABYTE (1024 * 1024)
main() {
char *some_memory;
size_t size_to_allocate = A_MEGABYTE;
int megs_obtained = 0;
while (megs_obtained < 2048) {
some_memory = (char *)malloc(size_to_allocate);
if (some_memory != NULL) {
megs_obtained++;
sprintf(some_memory, "Hello World");
printf("%s - now allocated %d Megabytes\n", some_memory, megs_obtained); }
else { printf(“\n Memory allocation failure\n”);
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9. Linux System Programming
memory3.c 유효한 메모리 크기 측정
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define ONE_K (1024)
main() {
char *some_memory;
int size_to_allocate = ONE_K;
int megs_obtained = 0;
int ks_obtained = 0;
while (1) {
for (ks_obtained = 0; ks_obtained < 1024; ks_obtained++) {
some_memory = (char *)malloc(size_to_allocate);
if (some_memory == NULL) printf(“allocation failure\n”);
sprintf(some_memory, "Hello World"); }
megs_obtained++;
printf("Now allocated %d Megabytes\n", megs_obtained);
printf(“allocation success\n”);
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10. Linux System Programming
memory4.c 메모리 남용해 보기
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#define ONE_K (1024)
main() {
char *some_memory;
char *scan_ptr;
some_memory = (char *)malloc(ONE_K);
if (some_memory == NULL) printf(“allocation failure\n”);
scan_ptr = some_memory;
while(1) {
*scan_ptr = '\0';
scan_ptr++; }
printf(“allocation success\n”);
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11. Linux System Programming
Null Pointer 접근
memory 공간에 자리 잡지 않은(즉 할당이 안된) 데이터
Unix/Linux에서는 허용하지 않음
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
main() {
char *some_memory = (char *)0;
printf("A read from null %s\n", some_memory);
sprintf(some_memory, "A write to null\n"); }
결과:
A read from null (null) : GNU C library에서는 null 문자 제공
segmentation fault(core dumped) : null string에 쓰기는 error
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12. Linux System Programming
또 다른 null pointer 접근 예
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
main() {
char z = *(const char *)0;
printf("I read from location zero\n"); }
결과:
segmentation fault(core dumped)
: memory 위치 0로 부터 직접 읽기, 이는 허용되지 않음
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13. Linux System Programming
free() : 할당된 메모리 해제
#include <stdlib.h>
void free(void *ptr_to memory);
- 이전에 할당된 메모리를 pointer를 통하여 접근
- 접근 한 뒤 release
한번 해제 한 memory공간은 그 프로세스에 다시 할당된다는 보장이 없음(다른 프로세스에서 사용 가능성이 있음)
따라서 free()를 시행한 memory pointer는 다시 접근 불가
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14. Linux System Programming
free()의 예
#include <stdlib.h>
#define ONE_K (1024)
main() {
char *some_memory;
some_memory = (char *)malloc(ONE_K);
if (some_memory != NULL) {
free(some_memory); }
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15. Linux System Programming
그외 memory관리 함수
#include <stdlib.h>
void *calloc(size_t no_of_element, size_t element_size);
void *realloc(void *existing_memory, size_t new_size);
calloc()은 malloc()과 유사하나 동일 data형식에 대하여 array형태로 memory allocation시행(0으로 채움)
연속된 memory를 할당한다는 보장이 없음(주의!!)
- realloc()은 이미 할당된 메모리 블록의 크기를 확장
이미 할당된 영역에서 연장할 수 없다면 다른 빈 공간으로 이동
따라서 반드시 새로 return되는 pointer를 사용해야 함
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16. Linux System Programming
2. File Locking
Linux는 다중 사용자/다중 프로세스 환경
특정 파일이나 특정 device를 일시 독점적 사용이 필요 예
lpr process에 의한 특정 프린터 출력 시 충돌 방지 필요
/dev/modem의 사용 시 특정 프로세스에서 독점 사용 필요
File locking은 Linux의 중요 기능
Locking method
파일 전체 잠금: atomic way
파일 부분 잠금: 파일 내용중 특정 부분만
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17. Linux System Programming
잠금 표식 파일 생성
Printer daemon에 의한 다수 출력물 충돌 방지
/usr/spool/lpr/lock file을 일시 생성, 프린트 완료 후 제거
위 파일을 잠금 표식 파일(Locking Indicator file)
일종의 binary Semaphore
파일의 생성은 low level system call 사용
open(), read(), write(), close()
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18. Linux System Programming
Locking file creation
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
main() {
int file_desc; int save_errno;
file_desc = open("/tmp/LCK.test",
O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0444);
if (file_desc == -1) {
save_errno = errno;
printf("Open failed with error %d\n",save_errno); }
else {
printf("Open succeeded\n");
exit(EXIT_SUCCESS);
동작 방법
% lock1
Open Succeeded
Open failed with error 17
errno : /usr/include/errno.h참조
이 프로그램은 종료 된 뒤에도 lock file은 계속 존재
따라서 실행 중에만 lock file을 사용하는 critical section을 사용하기 위해서는 다른 방법 필요
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19. File locking: Critical section
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
const char *lock_file = "/tmp/LCK.test2";
main() {
int file_desc;
int tries = 10;
while (tries--) {
file_desc = open(lock_file, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0444);
if (file_desc == -1) {
printf("%d - Lock already present\n", getpid());
sleep(3); }
따라서 실행 중에만 lock file을 사용하는 critical section을 사용하기 위해서는 다른 방법 필요
프로그램 수행 중 독점적인 기능을 사용할 때는 lock file을 생성한 뒤 locking을 하고
해제(release)를 할 시점에는 close() -> unlink() 함수 사용
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20. Linux System Programming
continue!
else {
/* critical region */
printf("%d - I have exclusive access\n",
getpid());
sleep(1);
(void)close(file_desc);
(void)unlink(lock_file);
/* non-critical region */
sleep(2); }
} /* while */
printf(“Done . . .\n”);
실행 방법
% rm /tmp/LCK.test2
% lock2 & lock2
두 프로세스에서 동시에 locking을 시도하게 되고 먼저 시작된 프로세스에서 lock file을 생성하고 critical section에 들어 감
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21. Linux System Programming
fcntl() : 파일 구역 잠그기
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fildes, int command,
struct flock *flock_struct);
command: 잠금 명령 (F_GETLK, F_SETLK, F_SETLKW)
struct flock :
short l_type = F_RDLCK(공유잠금),F_UNLCK(해제),F_WRLCK(배타적잠금)
short l_whence = SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END (unistd.h에 정의)
off_t l_start = 파일내 영역중 잠금의 시작 (bytes)
off_t l_len = l_start 부터의 잠금영역의 크기 (bytes)
pid_t l_pid = 잠금 프로세스의 pid
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22. Linux System Programming
fcntl() continue !
command: 잠금 명령
F_GETLK : 잠금 정보 구하기, 실제 lock하지 않음,
다른 프로세스에 의한 locking 방지, flock 구조체 전체 사용
* 이미 다른 프로세스에 의해 잠긴 경우 : flock구조체에 정보 채워서 반환
* 잠겨 있지 않는 경우 : flock 구조체 변경 없이 반환
* file의 locking정보 구하기 실패하면 –1 반환
F_SETLK : 실제 locking, l_type, l_pid만 사용
F_SETLKW : F_GETLK 시행 후 다른 프로세스에 의해 잠긴 경우 waiting명령
struct flock :
short l_type = F_RDLCK(공유잠금),F_UNLCK(해제),F_WRLCK(배타적잠금)
short l_whence = SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END (unistd.h에 정의)
off_t l_start = 파일내 영역중 잠금의 시작 (bytes)
off_t l_len = l_start 부터의 잠금영역의 크기 (bytes)
pid_t l_pid = 잠금 프로세스의 pid
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23. fcntl() : example code - p1
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
const char *test_file = "/tmp/test_lock";
main() {
int file_desc;
int byte_count;
char *byte_to_write = "A";
struct flock region_1;
struct flock region_2;
int res;
/* open a file descriptor */
file_desc = open(test_file, O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if (!file_desc) {
fprintf(stderr, "Unable to open %s for read/write\n",test_file);
exit(EXIT_FAILURE);
}/* if */
lock대상 파일은 100bytes 크기
위치는 /tmp/test.lock
두개의 영역에 걸쳐 locking
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24. fcntl() : example code – p2
/* put some data in the file */
for(byte_count = 0; byte_count < 100; byte_count++) {
(void)write(file_desc, byte_to_write, 1);
}/* for */
/* setup region 1, a shared lock, from bytes 10 -> 30 */
region_1.l_type = F_RDLCK;
region_1.l_whence = SEEK_SET;
region_1.l_start = 10;
region_1.l_len = 20;
/* setup region 2, an exclusive lock, from bytes 40 -> 50 */
region_2.l_type = F_WRLCK;
region_2.l_whence = SEEK_SET;
region_2.l_start = 40;
region_2.l_len = 10;
/tmp/test.lock file에 먼저 100byte의 “A”로 채우기
첫번째 locking영역 10 – 30 byte 구역 을 구조체 flock에 입력, 공유잠금
두번째 locking영역 40 – 50 bytes 구역을 구조체 flock에 입력, 배타잠금
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25. fcntl() : example code – p3
/* now lock the file */
printf("Process %d locking file\n", getpid());
res = fcntl(file_desc, F_SETLK, &region_1);
if (res == -1) fprintf(stderr, "Failed to lock region 1\n");
res = fcntl(file_desc, F_SETLK, &region_2);
if (res == -1) fprintf(stderr, "Failed to lock region 2\n");
/* and wait for a while */
sleep(60);
printf("Process %d closing file\n", getpid());
close(file_desc);
printf(“\nDone. . .\n”);
}/* main */
Test 방법
예제 프로그램은 lock3.c
reference code로 lock4.c가 있음
두 파일을 compile !
% lock3 &
% lock4
두 프로세스가 경쟁적으로 lock file을 사용
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