파일 시스템
파일 시스템 배경 이해하기
- 파일 시스템: 운영체제가 저장매체에 파일을 쓰기 위한 자료구조 또는 알고리즘
파일 시스템이 만들어진 이유
- 0과 1의 데이터를 어떻게 저장매체에 저장할까?
- 비트로 관리하기에는 오버헤드가 너무 큼
- 블록 단위로 관리하기로 함 (보통 4KB)
- 블록마다 고유 번호를 부여하여 관리
- 사용자가 각 블록의 고유 번호를 관리하기 어려움
- 추상적 (논리적) 객체 필요 -> 파일
- 사용자는 파일 단위로 관리 -> 각 파일에서는 블록 단위로 관리
파일 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
다양한 파일 시스템
- Windows: FAT, FAT32, NTFS
- 블록 위치를 FAT라는 자료 구조에 기록
- LINUX(UNIX): ext2, ext3, ext4
- 인덱스 블록 기법의 일종인 inode 방식 사용
파일 시스템과 시스템 콜
- 동일한 시스템 콜을 사용하여 다양한 파일 시스템을 지원 가능토록 구현
- read/write 시스템 콜 호출시 각 기기 및 파일 시스템에 따라 실질적인 처리를 담당하는 함수 구현
- read_spec/write_spec
- 파일을 실제로 어떻게 저장할지는 다를 수 있음
- LINUX의 경우 ext4 외에 NTFS, FAT32 파일 시스템 지원
- read/write 시스템 콜 호출시 각 기기 및 파일 시스템에 따라 실질적인 처리를 담당하는 함수 구현
inode 방식 파일 시스템
파일 시스템 기본 구조
- 수퍼 블록: 파일 시스템 정보 및 파티션 정보 포함
- 아이노드 블록: 파일 상세 정보 (메타 데이터)
- 데이터 블록: 실제 데이터
inode와 파일
- inode 고유값과 자료구조에 의해 주요 정보 관리
- ‘파일이름:inode’로 파일이름은 inode 번호와 매칭
- 파일 시스템에서는 inode를 기반으로 파일 접근
- inode 기반 메타 데이터 (파일 권한, 소유자 정보, 파일 사이즈, 생성 시간 등 시간 관련 정보, 데이터 저장 위치 등)
Single Indirect, Double Indirect, Triple Indirect를 이용하여 고용량 파일을 불연속 공간에 저장한다.
디렉토리 엔트리
- 리눅스 파일 탐색 ex. /home/ubuntu/link.txt
- 각 디렉토리 엔트리(dentry)를 탐색: 각 엔트리는 해당 디렉토리 파일/디렉토리 정보를 가지고 있음
- ’/ ‘dentry에서 ‘home’을 찾고, ‘home’에서 ‘ubuntu’를 찾고, ‘ubuntu’에서 link.txt 파일 이름에 해당하는 inode를 얻음
가상 파일 시스템 (Virtual File System)
- Network 등 다양한 기기도 동일한 파일 시스템 인터페이스를 통해 관리 가능
- read/write 시스템 콜 사용, 운영체제 내부에서 각 기기별 read_spec/write_spec 코드 구현
LINUX(UNIX) 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
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