12_File_System.md

12. 파일 시스템 (File System)

• 운영체제가 저장 매체에 파일을 쓰기 위한 자료구조 또는 알고리즘

1. 파일 시스템이 만들어진 이유

• 0 과 1의 데이터를 어떻게 저장매체에 저장하나?
  • 비트로 관리하기는 오버헤드가 너무 큼
  • 블록 단위로 관리하기로 함
  • 블록마다 고유 번호를 부여해서 관리
• 사용자가 각 블록 고유 번호를 관리하기 어려움
  • 추상적(논리적) 객체 필요 : 파일
• 사용자는 파일단위로 관리
  • 각 파일에는 블록 단위로 관리
• 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
      • 끝 블록을 찾으려면 맨 처음 블록부터 주소를 따라가야함
    • 인덱스 블록 기법 : 각 블록에 대한 위치 정보를 기록해서 한번에 끝 블록을 찾아갈 수 있도록 한다

2. 파일시스템 종류

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

3. 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
  • 파일을 실제 어떻게 저장할지는 다를 수 있음

    • 리눅스 경우 ext4 외 NTFS, FAT32 파일 시스템 지원

      함수	의미
      open	이미 존재하는 파일을 읽기 또는 쓰기용으로 열거나 새로운 파일을 생성하여 연다
      creat	새로운 파일을 생성해서 연다
      close	open 또는 creat 로 열려진 파일을 닫는다
      read	열려진 파일로부터 데이터를 읽어 들인다
      write	열려진 파일에 데이터를 쓴다
      lseek	파일 안에서 읽기 / 쓰기 포인터를 지정한 바이트 위치로 이동한다
      unlnk/remove	파일을 삭제한다

4. inode 방식 파일 시스템

• 파일 시스템 기본 구조

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

• inode 와 파일

  • 파일 : inode 고유값과 자료구조에 의해 주요 정보 관리
    • '파일이름:inode' 로 파일이름은 inode 번호와 매칭
    • 파일 시스템에서는 inode 를 기반으로 파일 엑세스
    • inode 기반 메타 데이터 저장
  • 프로세스 생성 -> process ID -> PCB <-- 스케줄링
  • 파일 생성 -> inode 번호 -> inode 블록 <-- 파일 처리

• inode 구조

  • inode 기반 메타 데이터 (파일 권한, 소유자 정보, 파일 사이즈, 생성시간 등 시간 관련 정보, 데이터 저장 위치 등)

5. 디렉토리 엔트리

• 리눅스 파일 탐색
  • 각 디렉토리 엔트리를 탐색
    • 각 엔트리는 해당 디렉토리 파일, 디렉토리 정보를 가짐
  • '/' entry 에서 디렉토리를 찾고 또 그 안에 디렉토리에서 파일이름에 해당하는 inode 를 얻음

6. 가상 파일 시스템 (Virtual File System)

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