[운영체제] 파일 시스템

 

file and file System

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파일

• 논리적인 저장 단위
• 운영체제는 컴퓨터 시스템의 여러가지 장치들의 편리한 사용을 위해
  관련된 정보 자료들의 집합을 일괄되게 file 이라는 이름을 붙임
  
  

 

파일 속성 (파일의 metadata)

• 파일 자체의 내용이 아닌 파일을 관리하기 위한 각종 정보들
• 파일 이름, 유형, 저장된 위치, 파일 사이즈  ex.음악파일
• 접근권한(읽기/쓰기/실행), 시간(생성/변경/소유), 소유자
• Directory
  • directory도 하나의 파일
  • 파일의 메타데이터 중 일부를 보관하고 있는 일종의 특별한 파일
  • 그 디렉토리에 속한 파일 이름 및 파일 속성들을 포함
    ex. 파일 찾기/생성/삭제, 디렉터리 나열 등
    
    

 

파일 시스템

• 운영체제와 모든 데이터, 프로그램의 저장과 접근을 위한 기법을 제공
• 파일 및 파일의 메타데이터, 디렉토리 정보 등을 관리

 

 

open()

• 파일의 metadata를 메모리로 올려놓는 연산

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open("/a/b/c")

• 디스크로부터 파일 c의 메타데이터를 메모리로 가지고 옴
• 이를 위해 directory path를 검색
• 루트 디렉토리 "/"를 open하고 그 안에서 파일 "a"의 위치 획득
  
  • 파일 "a"를 open 한 후 read 하여 그 안에서 파일 "b"의 위치 획득
  • 파일 "b"를 open 한 후 read 하여 그 안에서 파일 "c"의 위치 획득
  • 파일 "c"를 open함
•  Directory path의 검색에 너무 많은 시간을 소요
  • Open을 read/write와 별도로 두는 이유임
  • 한번 open 한 파일은 read/write 시 directory search 불필요
• Open file table
  
  • 현재 open된 파일들의 메타데이터 보관소
  • 디스크의 메타데이터보다 몇가지 정보가 추가됨
    (open한 프로세스의 수,
    file offset : 파일 어느위치 접근중인지 표시)
• File descriptor
  
  • Open file table에 대한 위치 정보(프로세스별)

 

 

 

 

File Protection

• 각 파일에 대해 누구에게 어떤 유형의 접근을 허락할 것인가

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Access Methods (접근 방식)

• 시스템이 제공하는 파일 정보의 접근 방식
• 순차 접근
  • 카세트 테이프를 사용하는 방식처럼 접근
  • ex. a -> c를 갈때 b 를 꼭 거쳐야한다 (순차적)
  • 읽거나 쓰면 offset은 자동적으로 증가
• 직접 접근
  • LP 레코드 판과 같이 접근하도록 함
  • 파일을 구성하는 레코드를 임의의 순서로 접근할 수 있음

 

 

Access Control (접근 방법)

• Access control Matix

• Grouping
  • 이걸 제일 추천!
  • 전체 사용자를 owner/group/public 의 세 그룹으로 구분
  • 각 파일에 대해 세 그룹의 접근권한을 3비트씩으로 표시
• Password
  • 파일마다 password를 두는 방법
  • 모든 접근 권한에 대해 하나의 password: all-or-nothing
  • 접근 권한별 password: 암기/관리 문제

 

 

File System의 Mounting

• 파일 시스템이 여러개가 있을 때,
• 하나의 파일시스템 -> 다른 파티션의 파일 시스템의 파일에 접근한다 => Mounting을 이용
• OS는 디바이스 이름, mount 포인트를 전달받아,
  • 해당 디바이스에 주어진 포인트에 mount 한다

 

 

 

 

 

 

디스크에 파일 데이터를 할당(저장)하는 법

• Contiguous Allocation (연속 할당)
• Linked Allocation (연결 할당)
• Indexed Allocation (인덱스 할당)

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연속 할당 (Contiguous Allocation)

• 하나의 파일이 디스크상에 연속적으로 저장(할당)되는것
• 동일한 크기로 나눠진 파일 단위
• 디렉토리에 메타데이터 저장
• 장점
  • 빠른 입출력 (연속된 순서대로 파일이 저장되므로, 많은 바이트를 한번에 탐색할 수 있다)
  • 크기가 큰 실시간 자료에 적합함 (동영상, 음악 등)
  • 직접 접근이 가능
• 단점
  • 외부 단편화 (파일의 크기가 균일하지 않기 때문에 낭비가 있음)
  • 연속된 형태이기 때문에 중간에 크기가 커질 때 크기 변화가 어렵다

 

 

 

연결 할당 (Linked Allocation)

• 파일을 연결 형태로 저장
•  장점
  • 연속할당의 단점(외부단편화)이 없고, 빈 공간이 있으면 그곳에 연결되게 한다
• 단점
  • 직접 접근이 안되서 속도가 느리다
  • 순차 접근 : 2번째블럭 가야 3번째블럭 갈수있고, 결국 건너뛰기 불가능

 

 

 

 

인덱스 할당 (Indexed Allocation)

• 파일 당 인덱스 블록을 적어놓고 활용
• 장점
  • 외부단편화 X
  • 임의 접근이 가능
• 단점
  • 작은 파일일 경우 공간 낭비가 심함
  • 매우 큰 파일일 경우 하나의 인덱스 블록으로 커버 불가능

 

 

 

 

 

 

 

디렉토리 구현 (Directory Implementation)

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Linear list

• 파일의 이름과 메타데이터를 순차적으로 저장하는 것
• 구현은 간단하나, 연산에 시간이 많이 필요하게 됨
• 특정 파일을 검색하려면 전부 검색해야 해서 힘듬

Hash Table

• Linear list 의 단점을 극복
• 파일의 이름을 해시함수로 적용. (해당 반환값을 메타데이터와 묶어서 저장함)

 

파일의 메타데이터 보관 위치

• 디렉토리 내에 직접 보관
• 디렉토리에는 포인터를 두고 다른곳에 보관

Long file name 의 지원

• <file name, file의 metadata> 의 list에서 각 entry는 일반적으로 고정된 크기임
• file name이 고정 크기의 entry 길이보다 길어지는 경우,
  • entry의 마지막 부분에 이름의 뒷부분이 위치한 곳의 포인터를 두는 방법

 

 

 

VFS

• 파일 시스템 종류에 상관없이, 사용자는 동일한 API를 통해
• 파일시스템을 접근할 수 있게 해주는 계층

NFS

• 네트워크 파일 시스템. (분산환경)
• 원격 파일 시스템에 접근할 수 있음. RPC 원격 접근 프로토콜을 통해 서버쪽을 접근함.

 

 

 

Page Cache & Buffer Cache

Page Cache

• 가상 메모리의 페이징 시스템에서 사용하는 페이지 frame을 caching 관점에서 설명하는 용어
• 프로세스의 주소공간의 페이지가 Page Cache에 올라와있는지 / Swap area에 내려가있는지에 대한 관점
  • 페이지 프레임에 당장 필요한 내용을 메모리에 올려놓음
  • 필요하지 않은 것은 swap area에 내쫓음

Memory-Mapped I/O

• 파일의 일부를 가상메모리에 mapping 시킴
• 매핑시킨 영역에 대한 메모리 접근 연산은 파일의 입출력을 수행하게 함

Buffer Cache

• 운영체제가 읽어온 파일 데이터 내용을 커널 영역에 저장/보관 (파일 입출력을 빠르게 함)
• 이 파일을 다른 프로세스가 요청하면, 디스크로 가지 않고 바로 데이터를 줌
• 모든 프로세스가 공용으로 사용
• 파일 시스템에 내려가있는가 / buffer Cache에 올라가있는가에 대한 관점

Unified Buffer Cache

• 최근의 OS에선, 기존의 buffer cache가 page cache에 통합됨 (buffer cache도 페이지 단위로 관리)
• 이걸로 합쳐서 관리함

 

 

 

 

 

프로그램의 실행