File Descriptor

macOS 환경에서 작성된 글입니다.

File Descriptor 정의

UNIX 계열의 운영체제는 시스템의 모든 것을 파일로 간주한다.
이는 파일뿐만 아니라 장치(device), 소켓, 파이프 등 모든 것을 파일 형태로 다룬다는 의미이다.
File Descriptor는 이러한 파일들을 다루는 데 사용되는 추상화된 개념인데, 시스템이 알아서 할당해준 정수 값으로 사용된다.

File Descriptor 예시

대표적인 fd의 예시가 표준 입/출력과 에러이다. 이 3가지는 프로그램이 시작되면 기본적으로 열리고 종료되면 자동으로 닫힌다.

node.js에선 다음 코드로 확인해볼 수 있다.

console.log(process.stdin.fd); // 0
console.log(process.stdout.fd); // 1
console.log(process.stderr.fd); // 2

쉽게 생각하면 우리가 흔히 사용하는 파일 경로를 통해 접근한다기 보다 포인터처럼 주소를 참조한다고 볼 수 있다.
때문에 node.js의 fs.readFile 함수에서도 파일 경로 대신 fd 값으로 파일을 다룰 수 있다.

// README.md
# Hello World

// index.js
import fs from 'node:fs';

fs.open('./README.md', 'r', (err, fd) => {
    console.log(fd) // 24;

    // fs.readFile의 첫 번째 파라미터는
    // 파일의 경로를 나타내는 string이거나, fd를 나타내는 number
    fs.readFile(fd, (err, data) => { 
      console.log(data.toString()); // # Hello World

      fs.close(fd);
    });

    // fd는 순서대로 넘버링된다.
    fs.open('./new-file.md', 'w', (err, newFd) => {
      console.log(newFd); // 25
    })
});

File Descriptor와 Socket

입출력 대상이 방금까지 살펴본 콘솔이나 파일이 아니라 인터넷이 되면
파일과 달리 데이터를 주고 받을 대상이 멀리 떨어져 있기 때문에 소프트웨어 차원에서 호스트들간 연결을 해주는 장치가 필요하다.
그 장치가 바로 소켓이다. 그래서 일반적으로 소켓 프로그래밍과 네트워크 프로그래밍은 같은 의미로 사용된다.

앞서 언급했듯이 소켓도 파일로 간주되므로 소켓을 생성했을 때 역시 fd가 할당된다.
(네트워크 통신을 위한 인터페이스이므로 소켓이 생성됐다해서 파일처럼 디스크에 물리적으로 저장되진 않는다.)

import net from 'node:net';

const netServer = net.createServer().listen(4000, () => {
  console.log(netServer._handle.fd); // 생성된 TCP 혹은 IPC 소켓의 fd
});

import dgram from 'node:dgram';

const dgramServer = dgram
  .createSocket('udp4')
  .on('listening', function () {
    console.log(dgramServer._handle.fd); // 생성된 UDP 소켓의 fd
  })
  .bind(4001);

참고

• TCP/IP 소켓 프로그래밍
• Get file descriptor given socket connection