시스템 콜 (System Call) - 3. 시스템 콜의 종류와 예제

3장: 시스템 콜의 종류와 예제

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1. 주요 시스템 콜의 종류

시스템 콜은 운영체제가 제공하는 기능을 사용할 때 프로그램이 호출하는 특별한 함수입니다. 시스템 콜은 다양한 기능을 수행하며, 크게 다음과 같은 범주로 나눌 수 있습니다.

📌 1) 파일 조작 관련 시스템 콜

• open() → 파일 열기
• read() → 파일에서 데이터 읽기
• write() → 파일에 데이터 쓰기
• close() → 파일 닫기
• unlink() → 파일 삭제

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📌 2) 프로세스 관리 관련 시스템 콜

• fork() → 새로운 프로세스 생성
• exec() → 실행 중인 프로세스를 다른 프로그램으로 교체
• exit() → 프로세스 종료
• wait() → 자식 프로세스 종료 대기 (좀비 프로세스 방지)

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📌 3) 메모리 관리 관련 시스템 콜

• brk() → 힙 메모리 크기 변경
• mmap() → 특정 메모리 영역을 매핑
• munmap() → 매핑된 메모리 해제 (메모리 누수 방지)

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📌 4) 네트워크 관련 시스템 콜

• socket() → 네트워크 소켓 생성
• bind() → 소켓에 주소 할당
• listen() → 연결 대기
• accept() → 클라이언트 연결 요청 수락
• connect() → 서버에 연결 요청
• send() / recv() → 데이터 전송 및 수신

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2. 개선된 네트워크 서버 예제 (fork()를 활용한 다중 클라이언트 처리, 에러 처리 강화, 리소스 정리 추가)

🌐 멀티프로세스 서버 구현 (fork() 사용)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>

#define PORT 8080
#define BACKLOG 5

// 시그널 핸들러: 좀비 프로세스 방지를 위한 SIGCHLD 처리
void sigchld_handler(int signo) {
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

int main() {
    int server_fd, client_fd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);
    char buffer[1024] = {0};
    ssize_t bytes_read, bytes_sent;

    // SIGCHLD 핸들러 등록 (좀비 프로세스 방지)
    signal(SIGCHLD, sigchld_handler);

    // 소켓 생성
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        perror("소켓 생성 실패");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 서버 주소 설정
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 바인딩
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("바인딩 실패");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 클라이언트 연결 대기
    if (listen(server_fd, BACKLOG) == -1) {
        perror("연결 대기 실패");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("서버 대기 중 (포트 %d)...\n", PORT);

    while (1) {
        // 클라이언트 연결 수락
        client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);
        if (client_fd == -1) {
            perror("클라이언트 연결 실패");
            continue;  // accept() 실패 시 서버 종료 방지
        }

        printf("클라이언트 연결됨!\n");

        // fork()를 사용하여 새로운 프로세스 생성
        pid_t child_pid = fork();
        if (child_pid == -1) {
            perror("fork 실패");
            close(client_fd);
            continue;
        }

        if (child_pid == 0) {  // 자식 프로세스 (클라이언트 처리)
            close(server_fd);  // 자식 프로세스에서는 서버 소켓 닫기

            // 데이터 수신
            bytes_read = read(client_fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
            if (bytes_read == -1) {
                perror("read 실패");
                close(client_fd);
                exit(EXIT_FAILURE);
            }

            buffer[bytes_read] = '\0';  // 문자열 종료
            printf("클라이언트 메시지: %s\n", buffer);

            // 응답 전송
            const char *response = "Hello, Client!";
            bytes_sent = send(client_fd, response, strlen(response), 0);
            if (bytes_sent == -1) {
                perror("send 실패");
            }

            close(client_fd);
            exit(EXIT_SUCCESS);  // 자식 프로세스 종료
        }

        // 부모 프로세스: 클라이언트 소켓 닫기 (자식이 처리)
        close(client_fd);
    }

    close(server_fd);
    return 0;
}

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🚀 개선 및 확장 내용 요약

1️⃣ fork()를 사용한 멀티프로세스 서버 구현

✅ 각 클라이언트 요청을 새로운 프로세스로 처리하여 동시 다중 클라이언트 접속 지원
✅ fork()를 사용해 부모 프로세스가 계속 수락(accept)하도록 유지
✅ 부모 프로세스는 close(client_fd)를 호출하여 자식 프로세스가 클라이언트를 관리하도록 위임

2️⃣ 에러 처리 강화

✅ read(), send() 등에서 반환 값을 확인하여 오류 발생 시 적절한 처리
✅ accept() 실패 시 서버가 계속 실행되도록 continue 사용
✅ perror()를 활용하여 bind(), listen() 등의 실패 원인을 명확히 출력

3️⃣ 좀비 프로세스 방지 (리소스 정리)

✅ waitpid(-1, NULL, WNOHANG)을 활용하여 종료된 자식 프로세스를 정리하는 시그널 핸들러 (sigchld_handler) 추가
✅ signal(SIGCHLD, sigchld_handler);를 통해 자식 프로세스 종료를 감지하고 자동 정리
✅ exit(EXIT_SUCCESS);를 통해 자식 프로세스가 정상적으로 종료되도록 처리

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🔎 추가 확장 가능 사항

💡 스레드를 활용한 동시 처리

• pthread_create()를 활용하여 다중 클라이언트 처리를 프로세스가 아닌 스레드로 구현 가능
• 멀티스레드 방식은 메모리 사용량이 적고, 프로세스 생성보다 성능이 뛰어남

💡 서버 종료 시 리소스 정리 추가

• atexit() 또는 sigaction()을 활용하여 서버 종료 시 열린 소켓을 자동으로 닫는 기능 추가 가능

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🚀 마무리

이제 fork()를 활용한 멀티프로세스 네트워크 서버를 구축할 수 있습니다! 🎯
이전보다 동시 다중 클라이언트 처리가 가능해졌고, 에러 처리와 리소스 정리도 강화되었습니다.

📌 다음 목표?
🔹 멀티스레드 서버 구현
🔹 비동기(Non-blocking) I/O 방식 적용
🔹 보안 고려 (SSL, 방화벽, 인증 등)