[Linux] File System 종류- DebugFS, SecurityFS, PipeFS, SockFS

리눅스에는 다양한 목적을 가지고 있는 가상 파일 시스템을 가지고 있다. 파일 시스템을 사용하든 간에 관계없이 프로그램을 작성할 땐 open, read, write, close와 같은 시스템 호출을 사용해서 이 모든 걸 처리할 수 있다. 지금은 이게 모두 당연하지만, 예전에는 그렇지 않았다. 실제 파일 시스템이 무엇이냐에 관계없이 공통된 인터페이스(open/read/write/close 등)로 접근하는 것은 매우 어려운 일이었다. 이렇듯 리눅스에서, 실제 파일시스템과 관계없이 공통된 인터페이스로 파일시스템에 접근하도록 하는 계층을 가상 파일시스템(Virtual Filesystem Switch, VFS)이라고 한다.

아래의 내용은 PipeFS, SockFS, DebugFS, and SecurityFS을 보고 작성한 글이다.

리눅스에는 다양한 목적을 가지고 있는 가상 파일 시스템을 가지고 있다. 다른 것들도 언급하겠지만 DebugFS, SecurityFS, PipeFS, SockFS는 중요한 파일 시스템이다.

DebugFS

DebugFS는 디버깅을 위해서 사용되며 램 기반에 파일 시스템이다. DebugFS는 ProcFS, SysFS와 비슷한 점이 많다. 그러나 디버그 정보를 표시한다는 것이 다르다. 다른 램 기반(RAM-based)의 파일시스템처럼 DebugFS는 커널과 유저 영역 사이를 연결하는 인터페이스(kernel-user interface) 역활을 한다. DebugFS는 터미널에 mount -t debugfs none /sys/kernel/debug명령어를 통해서 마운트 할 수 있다.

만약에 시스템이 부팅될 때 DebugFS가 마운트하려면 /etc/fstab에 debugfs /sys/kernel/debug debugfs defaults 0 0을 추가 한다.

리눅스 커널을 수정하는 중이라면 DebugFS는 CONFIG_DEBUG_FS이라는 이름으로 불린다. CONFIG_DEBUG_FS을 활성화하면 DebugFS를 활성화할 수 있다.

DebugFS는 아래와 같은 다양한 시스템콜(system-calls)을 가지고 있다.

debugfs_create_atomic_t() creates a debugfs file for reading/writing an atomic_t value
debugfs_create_blob() creates a debugfs file for reading a binary-blob
debugfs_create_bool() creates a debugfs file for reading/writing a boolean value
debugfs_create_dir() creates a directory
debugfs_create_file() writes a file on the filesystem
debugfs_create_regset32() creates a debugfs file that returns register values
debugfs_create_size_t() creates a debugfs file for reading/writing a size_t value
debugfs_create_symlink() creates a symbolic link
debugfs_create_u{8,16,32,64}() creates a debugfs file for reading/writing an unsigned *-bit value
debugfs_create_u32_array() creates a debugfs file to read an unsigned 32-bit array
debugfs_create_x{8,16,32,64}() creates a debugfs file for reading/writing an unsigned *-bit value
debugfs_initialized() determines if debugfs is or is not registered
debugfs_print_regs32() use seq_print to describe a set of registers
debugfs_remove deletes() a file or directory from DebugFS
debugfs_remove_recursive() recursively removes a directory
debugfs_rename() renames a debugfs directory or file

SecurityFS

SecurityFS은 커널 보안 모듈을 위한 메모리 안에 있는 가상 파일 시스템이다. 커널 보안 모듈은 보안 정책과 데이터를 가지고 있다. 유저 영역에서 SecurityFS를 바라보념 SysFS의 일부로 보인다. SecurityFS은 /sys/kernel/security/으로 마운트 된다. 몇몇 보안 모듈은 보안 모듈을 설정하기 위해서 /sys/kernel/security/에 파일을 읽고 쓴다. 리눅스 보안 모듈(LSM)은 가상 파일 시스템(pseudo-filesystem)에 데이터를 쓰고 읽어야 하기 때문에 SecurityFS가 이미 마운트 된 경우가 아니라면 수동으로 마운트한다.

LSM은 SecurityFS의 루트 폴더에 특정 이름으로 폴더를 만든다. 예를 들어 AppArmor는 apparmor란 이름으로 /sys/kernel/security/에 폴더를 만든다.


`/sys/kernel/security/`에 생성되어 있는 `apparmor`폴더

PipeFS

PipeFS는 독특한 가상 파일 시스템이다. PipeFS는 유저영역 대신에 커널영역 안에 마운트 된다. 대부분의 파일시스템은 /아래에 생성되는데 말이다. PipeFS는 자신만의 루트를 만들면서 pipe에 마운트 된다. PipeFS는 하나의 슈퍼블록(superblock)을 가진다. 그리고 시스템에서 정의하는 총량을 넘어서 생성할 수 없다. pipe() 시스템콜을 사용하여 filesystem/second-root에 접근 할 수 있다. 다른 가상 파일 시스템(Virtual/Pseudo Filesystems)과는 다르게 PipeFS는 보여지지 않는다.

PipeFS의 목적에 대해서 많은 의문을 가질수 있다. 유닉스의 파이프는 PipeFS를 사용한다. like this - ls | less처럼 파이프가 사용될때, pipe()는 PipeFS에 새로운 파이프 객체를 생성한다. PipeFS가 없다면 파이프를 생성할수 없으며, 또한 스레드(Thread)나 포크(Fork)가 파이프를 이용한 통신도 불가능하다. PipeFS가 없다면 프로세스는 포크(Fork) 할 수 없고, 스레드(Thread)는 서로 통신할 수 없다. 네트워크 파이프 또한 PipeFS에 의존하여 동작한다.

SockFS

SockFS는 소켓/포트(Socket/Port) 및 호환성 레이어(Compatibility Layer)에 대한 정보를 저장하기 위한 RAM에 위치한 가상 파일 시스템이다. SockFS는 소켓 파일 시스템(Socket FileSystem)이라고 불리기도 한다. 현재, SockFS는 호환성 계층의 역활을 하기 때문에 write() 시스템콜은 데이터를 소켓/포트(FTP가 21번 포트를 사용하는것처럼)에 쓴다. 여기서 중요한것은 이러한 소켓들은 TCP나 UDP 통신에 사용되며 write() 명령어는 하드 디스크같은 파일 시스템에서 사용하는 명령어랑 같다는 것이다. SockFS는 write() 시스템콜을 통해서 데이터를 쓸때 소켓과 호환할 수 있도록 변환해주기 때문에 중요하다. 따라서 write()는 소켓과 직접 상호작용하지 않지만 SockFS가 중재자(Mediator)역활을 하기 때문에 상호작용 할 수 있다.

TIP : 시스템에 마운트된 모든 파일 시스템(real and virtual)을 보고 싶다면 cat /proc/filesystems을 사용한다.

유닉스나 리눅스는 파일 디스크립터(file descriptor)나 프로세스(process)로 모든것을 표현한다. 이제는 네트워크나 파이프가 파일 시스템을 필요로 한다는것에 대애서 깊은 생각을 할 수 있을것이다.

추가로 고민할 내용

Virtual Filesystem과 Pseudo Filesystem은 다른것인가?