Operation System 6(파일 시스템)

💿 파일

운영체제의 저장장치의 물리적 특성을 추상화한 논리적 저장 단위

파일은 운영체제에 의해 물리 장치들로 맵핑되기도 하며,

일반적으로 비휘발적 특성을 지니기 때문에, 전원이 끊어진 상황에서도 정보들을 영구히 보존할 수 있다

• 프로그램 : 소스 프로그램, 목적 프로그램으로 나누어 진다.
• 자료 : 숫자,문자,이진수, 자유 형식이거나 정해진 형식 등, 저장할 수 있는 모든 것이 자료가 될 수 있다.

파일 속성

• 이름 : 사람이 읽을 수 있는 형태로 유지되는 유일한 정보
• 식별자 : 파일 시스템 내에서 파일을 식별하는 고유의 번호 PK
• 타입 : 여러 타입의 파일을 제공하는 시스템을 위해 필요
• 위치 : 장치 내에서 파일의 위치를 가리키는 포인터
• 크기 : 파일의 현재 크기
• 보호 : 접근 제어 정보
• 시간, 날짜, 사용자 식별 : 생성, 최근 변경, 최근 사용 등에 대한 정보 모든 파일에 대한 정보는 보조 저장장치에 상주하는 디렉토리 구조 내에 유지된다.
  • 파일과 디렉터리 모두 비휘발적 성질을 가져야 하므로, 저장 장치 상에 저장되고, 필요할 때 조금씩 메모리로 가져와야 한다.

파일 연산

• 파일 생성 : 사용할 수 있는 공간을 찾고 파일을 할당한다, 또한 파일이 디렉터리에 만들어져야 한다.
• 파일 쓰기 : 파일 이름과 기록될 정보를 명시하는 시스템 콜을 호출한다.
  • 시스템은 파일 내의 다음 쓰기가 일어날 위치를 가리키는 쓰기 포인터를 유지하고 있어야 한다.
  • 쓰기 포인터는 쓰기가 일어날 때마다 갱신된다.
• 파일 읽기 : 파일 이름과 피일이 읽혀 들어갈 블록의 위치를 명시하는 시스템 콜을 호출한다.
  • 다음 읽기가 일어날 파일 안의 위치를 기록하는 읽기 포인터를 유지해야 한다.
  • 프로세스는 일반적으로 파일 읽기 나 파일 쓰기 중 한 가지를 하고 있기 때문에, 대부분의 시스템은 한 개의 현재 파일 위치 포인터 를 가진다. 읽기,쓰기 연산 모두 이 포인터를 이용하여 공간을 절약하고, 복잡성을 감소시킨다.
• 파일 안에서의 위치 재설정 : 디렉터리에서 적합한 항목을 탐색하고, 현재 파일 위치를 주어진 값으로 설정한다.
• 파일 삭제 : 지명된 파일을 디렉터리에서 찾는다, 발견하면 파일이 차지하는 공간을 방출하고 디렉터리 항목을 삭제한다.
• 파일 절단 : 파일의 내용을 지우고, 속성만을 남긴다. 위에 있는 6개의 연산은 파일 조작에 필요한 최소한의 연산이다.
  • 새로운 정보를 추가하는 첨가(appending) 나 재명명(renaming) 등이 더 있다.
  • 운영체제는 모든 열린 파일에 대한 정보를 갖는 열린 파일 테이블(open file table) 을 유지한다.
  • 시스템 콜 open()은 전형적으로 열린 파일 테이블의 항목에 대한 포인터를 리턴한다.

다중 프로세스 환경

다중 프로세스 환경에서는 open()과 close() 연산의 구현은 더 복잡한데, 보통 운영체제는 프로세스별 테이블과 범 시스템 테이블을 사용한다.

• 프로세스 별 테이블: 파일 포인터, 접근 권한
• 범 시스템 테이블: 프로세스에 독립적인 정보들 : 디스크 상의 파일 위치, 접근 날짜, 크기

오픈 파일 테이블

파일이 하나의 프로세스에 의해 열려 있다.

이때 다른 프로세스가 open()을 호출한 경우 오픈 파일 테이블에 범 시스템 테이블 에 있는 정보를 가리키는 새로운 포인터가 생긴다.

일반적으로 오픈 파일 테이블은 파일을 연 프로세스 수를 가리키는 오픈 계수 (open count)를 각 파일에 연관지어 둔다. close() 콜은 이 오픈 계수를 감소시키고 계수가 0이 되면 해당 정보를 테이블에서 제거한다.

💿 파일 시스템

컴퓨터에서 파일이나 자료를 쉽게 발견할 수 있도록 유지 및 관리하는 방법

특징

• 커널 영역에서 동작
• 파일 CRUD 기능을 원할히 수행하는 목적
• 계층적 디렉터리 구조를 가짐
• 디스크 파티션 별로 하나씩 있음

역할

• 파일 관리
• 보조 저장소 관리
• 파일 무결성 매커니즘
• 접근 방법 제공

개발 목적

• 하드디스크와 메인 메모리 속도차를 줄이기 위함
• 파일 관리
• 하드디스크 용량의 효율적 이용

구조

• 메타 영역: 데이터 영역에 기록된 파일 이름, 위치, 크기, 시간정보, 삭제유무 등의 파일 메타 정보
• 데이터 영역: 파일의 데이터

💿 접근 방법

순차 접근

가장 간단한 방법으로 대부분 연산은 read 와 write

현재 위치를 가리키는 포인터에서 시스템 콜이 발생할 경우 포인터를 앞으로 보내면서 read 와 write를 진행 뒤로 돌아갈 땐 지정한 offset 만큼 되감기를 해야 한다.(테이프 모델 기반)

직접 접근

특별한 순서없이, 빠르게 레코드를 read, write 가능

현재 위치를 가리키는 cp 변수만 유지하면 직접 접근 파일을 가지고 순차 파일 기능을 쉽게 구현 가능

무작위 파일 블럭에 대한 임의 접근을 허용한다. 따라서 순서의 제약이 없음

대규모 정보를 접근할 때 유요하기 때문에 데이터베이스 에서 활용됨

기타 접근

파일에서 레코드를 찾기 위해서 이 색인 부터 찾아 그에 대응하는 포인터를 얻는다 그런 다음 그 포인터를 사용하여 파일에 직접 접근하여 원하는 레코드를 얻는다.

💿 디렉터리와 디스크 구조

1단계 디렉터리

파일들은 서로 유일한 이름을 가짐. 서로 다른 사용자라도 같은 이름 사용 불가

2단계 디렉터리

사용자 별 개별적인 디렉터리 만들어줌

• UFD : 자신만의 사용자 파일 디렉터리
• MFD : 사용자의 이름과 계정번호로 색인되어 있는 디렉터리

트리구조 디렉터리

2단계 에서 확장된 다단계 트리 구조

한 비트를 활용하여 일반 파일인지 디렉터리 파일인지 구분

그래프 구조 디렉터리

순환이 발생하지 않도록 하위 디렉터리가 아닌 파일에 대한 링크만 허용하거나 가비지 컬렉션을 이용한 전체 파일 시스템을 순회하고 접근 가능 한 모든 것을 표시

💿 파일 시스템 마운팅