(운영체제) 11 - 파일 시스템

## 목차 ##

• 1. 파일과 파일 시스템
• 2. 디렉터리의 구조
• 3. 디스크 파일 할당
• 4. 유닉스 파일의 특징

## 1. 파일과 파일 시스템 ##

(1) 파일 시스템 개요

• 파일 시스템(File System)

  • 파일을 보관하고 관리하는 파일 관리자
  • 사용자가 파일을 직접 보관하거나 접근하지 못하도록 한다.

• 파일 시스템의 기능

  • 파일 구성
  • 파일 관리
  • 접근 권한 관리
  • 접근 방법 제공
  • 무결성 보장
  • 백업과 복구
  • 암호화

• 블록(Block)

  • 디스크에서 데이터는 볼록 단위로 전송
  • 블록 마다 하나의 주소와 번호를 가진다.

• 파일 테이블(File Table)

  • 모든 파일의 메타 데이터를 기록하는 자료구조
  • 각 파일은 메타 데이터를 저장하는 파일 헤더를 가지고 파일 테이블은 이러한 파일 헤더들을 기록한다.
  • 윈도우는 파티션별로 파일 테이블 존재하고 UNIX 계열 운영체제는 하나의 파일 테이블로 모든 파티션을 관리한다.

(2) 파일 분류와 확장자

• 실행 파일

  • 운영체제가 메모리로 가져와 CPU를 이용한 작업을 하는 파일
  • 사용자의 요청으로 프로세스가 된다.

• 데이터 파일

  • 데이터를 모아놓고 보관만 하는 파일
  • 프로세스가 될 수 없다.
  • 실행시키면(엄밀히 말하면 실행이 아니다) 해당 파일을 사용하는 응용 프로그램이 실행되고 OS가 데이터 파일을 응용 프로그램에 넘겨준다.

• 파일 헤더

  • 이름, 버전, 크기, 만든 날짜, 접근 권한 등을 저장
  • 모든 파일은 헤더를 가진다.
  • 파일 테이블에서 관리

(3) 파일 구조

• 순차 파일 구조

  • 파일 내용이 하나의 긴 줄로 늘어선 형태
  • 순차 접근 이용
  • 파일을 생성하거나 열어 파일 디스크립터(file descriptor) 획득하는데, 파일 디스크립터는 파일의 가장 앞부분에 존재
  • 읽기, 쓰기를 하면 파일 디스크립터가 앞으로 전진한다.
  • 데이터가 순서대로 기록되므로 저장 공간 낭비가 없다.
  • 중간에 데이터 삽입, 중간 데이터 삭제 시에는 데이터를 밀거나 당겨야하므로 데이터 변경이 잦은 경우 순차 파일 구조는 적합하지 않다.
  • 특정 위치로 이동 시 앞에서부터 순서대로 움직이므로 데이터 검색에 적합하지 않다.

• 인덱스 파일 구조

  • 순차 파일 구조에 인덱스 테이블 추가
  • 순차 접근, 직접 접근 가능
  • 빠른 검색이 가능
  • 현대의 파일 시스템, 데이터베이스가 사용하는 구조

• 직접 파일 구조

  • 키(key)를 가지고 해시값을 계산하여 물리적 주소로 변환하는 파일 구조

• 파일 디스크립터(File Descriptor)

  • 시스템으로부터 할당 받은 파일을 대표하는 0이 아닌 정수 값
  • 프로세스에서 특정 파일에 접근할 때 사용하는 추상적인 값
  • 프로세스에서 열린 파일의 목록을 관리하는 테이블의 인덱스
  • 프로세스가 파일을 open하면 해당 프로세스가 가진 파일 디스크립터 숫자 중 가장 작은 값을 할당
  • 파일 디스크립터를 통해 프로세스가 파일에 access한다.

## 2. 디렉터리 구조 ##

**(1) 디렉터리의 개념

• 관련 있는 파일을 모아놓은 곳

  • 자식 디렉터리를 가질 수 있다.

• 최상 디렉터리 = 루트 디렉터리

(2) 디렉터리 파일

• 디렉터리도 파일이다.
  • 파일 정보가 저장된 파일
  • 헤더를 가진다.

(3) 경로

• 절대 경로(absolute path)

  • 루트 디렉터리에서 시작하는 절대적인 위치

• 상대 경로(relative path)

  • 현재 위치를 기준으로 시작하는 파일의 위치

(4) 디렉터리 구조

• 1단계 디렉터리 구조

  • 루트 디렉터리 안에 디렉터리 생성 가능
  • 하지만 디렉터리들은 자식 디레터리를 가질 수 없고 파일만 만들 수 있다.

• 트리 디렉터리 구조

  • 루트 디렉터리 하위 모든 디렉터리가 자식 디렉터리와 파일 생성 가능
  • 비순환 그래프
  • 바로가기 링크를 사용하면 순환 그래프를 만들 수 있다.

(5) 마운트

• 여러 파티션을 통합하는 명령어

• 마운팅 포인트(mounting point)

  • 파티션 사이의 연결 지점
  • ex) mnt 디렉터리 생성 후 여기에 다른 파티션을 이어붙이면 mnt 디렉터리가 마운팅 포인트이다.
  • ex) UNIX계열 운영체제에서는 /dev 디렉터리에 외부 장치를 마운트하여 사용한다.

## 3. 디스크 파일 할당 ##

(1) 연속 할당과 불연속 할당

• 연속 할당

  • 파일을 구성하는 여러 블록을 연속적인 배열로 구성
  • 파일의 시작만 알면 전체 파일을 찾을 수 있다.
  • 단편화로 인해 실제로는 사용하지 않는다.

• 불연속 할당

  • 비어 있는 블록에 파일의 데이터를 분산하여 저장
  • 연결 리스트를 사용하는 연결 할당
  • 인덱스를 사용하는 인덱스 할당

• 연결 할당(Linked Allocation)

  • 파일 테이블에는 파일의 시작 블록만 기록하고 나머지 데이터는 연결하여 저장한다. NULL을 만나면 끝
  • 연결 정보를 저장하는 테이블 형태의 자료구조(파일 제어 테이블)를 사용하여 관리
  • 파티션이 사용할 수 있는 디스크 용량이 테이블의 주소 크기로 제한
  • FAT16, FAT32

• 인덱스 할당(Indexed Allocation)
  • 파일 제어 테이블의 블록 포인터가 데이터의 인덱스를 담고 있는 인덱스 블록을 연결한다.
  • 인덱스 블록에 실제 블록 위치가 순서대로 나열되어있고 이를 통해 파일을 찾는다.
  • 인덱스 블록이 꽉 차면 간접 인덱스 블록(indirect index block)을 통해 테이블을 무한히 확장할 수 있다.