파일 시스템 (File System)

10. 파일 시스템

파일 시스템

  • 파일 시스템: 운영체제가 저장매체에 파일을 쓰기 위한 자료구조 또는 알고리즘

가볍게 알아두기: 파일 시스템이 만들어진 이유 (블록)

  • 0과 1의 데이터를 어떻게 저장매체에 저장할까?
    • 비트로 관리하기는 오버헤드가 너무 큼
    • 블록 단위로 관리하기로 함 (보통 4KB)
    • 블록마다 고유 번호를 부여해서, 관리

가볍게 알아두기: 파일 시스템이 만들어진 이유 (파일)

  • 사용자가 각 블록 고유 번호를 관리하기 어려움

    • 추상적(논리적) 객체 필요: 파일
  • 사용자는 파일단위로 관리

    • 각 파일에는 블록 단위로 관리

가볍게 알아두기: 파일 시스템이 만들어진 이유 (저장 방법)

  • 저장매체에 효율적으로 파일을 저장하는 방법
    • 가능한 연속적인 공간에 파일을 저장하는 것이 좋음
    • 외부 단편화, 파일 사이즈 변경 문제로 불연속 공간에 파일 저장 기능 지원 필요
      • 블록 체인: 블록을 링크드 리스트로 연결
        • 끝에 있는 블록을 찾으려면, 맨 처음 블록부터 주소를 따라가야 함
      • 인덱스 블록 기법: 각 블록에 대한 위치 정보를 기록해서, 한번에 끝 블록을 찾아길 수 있도록 함

참고: 링크드 리스트 (datastructure.xlsx -> linkedlist)


가볍게 알아두기: 다양한 파일 시스템

  • Windows: FAT, FAT32, NTFS
    • 블록 위치를 FAT라는 자료 구조에 기록
  • 리눅스(UNIX): ext2, ext3, ext4
    • 일종의 인덱스 블록 기법인 inode 방식 사용

파일 시스템과 시스템 콜

  • 동일한 시스템콜을 사용해서 다양한 파일 시스템 지원 가능토록 구현
    • read/write 시스템 콜 호출시, 각 기기 및 파일 시스템에 따라 실질적인 처리를 담당하는 함수 구현
      • 예: read_spec/write_spec
    • 파일을 실제 어떻게 저장할지는 다를 수 있음
      • 리눅스의 경우 ext4 외 NTFS, FAT32 파일 시스템 지원

inode 방식 파일 시스템

  • 파일 시스템 기본 구조
    • 수퍼 블록: 파일 시스템 정보
    • 아이노드 블록: 파일 상세 정보
    • 데이터 블록: 실제 데이터

inode 방식 파일 시스템 (수퍼 블록)

  • 수퍼 블록: 파일 시스템 정보 및 파티션 정보 포함

inode와 파일

  • 파일: inode 고유값과 자료구조에 의해 주요 정보 관리
    • '파일이름:inode' 로 파일이름은 inode 번호와 매칭
    • 파일 시스템에서는 inode를 기반으로 파일 엑세스
    • inode 기반 메타 데이터 저장

inode 구조

  • inode 기반 메타 데이터(파일 권한, 소유자 정보, 파일 사이즈, 생성시간등 시간 관련 정보, 데이터 저장 위치등)

inode 구조와 파일


inode 구조와 파일 데이터


디렉토리 엔트리

  • 리눅스 파일 탐색: 예 - /home/ubuntu/link.txt
    1. 각 디렉토리 엔트리(dentry)를 탐색
      • 각 엔트리는 해당 디렉토리 파일/디렉토리 정보를 가지고 있음
    2. '/' dentry 에서 'home'을 찾고, 'home'에서 'ubuntu'를 찾고, 'ubuntu'에서 link.txt 파일이름에 해당하는 inode를 얻음

가상 파일 시스템(Virtual File System)

  • Network등 다양한 기기도 동일한 파일 시스템 인터페이스를 통해 관리 가능
  • 예: read/write 시스템콜 사용, 각 기기별 read_spec/write_spec 코드 구현 (운영체제 내부)

참고: 리눅스(유닉스) 운영체제와 가상 파일 시스템

  • 모든 것은 파일이라는 철학을 따름
    • 모든 인터렉션은 파일을 읽고, 쓰는 것처럼 이루어져있음
    • 마우스, 키보드와 같은 모든 디바이스 관련된 기술도 파일과 같이 다루어짐
    • 모든 자원에 대한 추상화 인터페이스로 파일 인터페이스를 활용

참고: 특수 파일

  • 디바이스
    • 블록 다바이스(Block Device) : HDD, CD/DVD와 같이 블록 또는 섹터 등 정해진 단위로 데이터 전송, IO 송수신 속도가 높음
    • 캐릭터 디바이스(Character Device) : 키보드, 마우스등 byte 단위 데이터 전송, IO 송수신 속도가 낮음
    • cd /dev, cat tty
      brw-r-----            disk0
      crw-rw-rw-            tty