파일 시스템

파일 시스템

• 컴퓨터의 디스크에서 데이터를 저장, 검색, 공유하는 방식을 정의하는 것
• 파일 구조: 관련된 정보의 묶음, 논리적 저장장치 단위
• SSD에 상주하며 논리 장치를 물리 장치로 변환하여 저장장치에 대한 사용자 인터페이스를 제공한다.
• 디스크에 대한 효율적이고 편리한 접근을 제공한다.
• 디스크는 즉성에서 다시 쓰는 것이 가능하고 임의 접근을 제공한다.
• File control block: 파일에 관한 정보로 구성된 저장장치 구조
• 계층(트리) 구조를 이룬다.

inodes

• index + node 합친 것
• 유닉스에서만 쓰는 용어
• 파일 컨트롤 블록
• 권한, 만든 사람, 만든 시간
• 가지고 있는 데이터 블록들의 번호 13개를 가지고 있음
• inode가 가지고 있는 번호 10개는 실제 데이터가 있는 번호 3개는 실제 데이터가 있는 곳에 대한 인덱스 정보 
  • 1024*10 보다 큰 파일 이라면 간접 인덱싱 기법을 사용하여 표시
  • 하드디스크에 있는 데이터 블록 번호를 가르킴

파일 시스템 계층

• 장치 드라이버(I/O control) 입출력 제어 층에서 입출력 장치를 관리
• 기본 파일 시스템(basic file system)은 물리적 블록 번호를 장치 드라이버에게 전달 한다.
  • 버퍼는 전송 중인 데이터를 유지한다.
  • 캐시는 자주 사용되는 데이터를 유지한다.
• 파일 구성 모듈(file-organization module)은 파일, 논리 주소, 및 물리 주소를 변환한다.
• logical file system은 파일 제어 블록(unix의 inodes)를 유지하여 파일 이름을 파일 번호, 파일 핸들, 위치로 변환한다.

파일 시스템 주요 구성 요소 

• API 수준에서 시스템 콜이 있만 해당 기능을 어떻게 구현하는가?
  • 디스크 및 메모리에 존재하는 구조로 구현됨
• 부팅 제어 블록(Boot control block): 해당 볼륨에서 OS를 부팅하는데 필요한 정보가 포환된 블록
  • 구조: 부트 블럭(0), 슈퍼 블럭(1), inode 블럭(2 ~ n개)
  • 문제: 16개의 inode 블록이 있을 때 125번 데이터 블록은 몇번 inode에 존재하는가?
  • 풀이: 125/16 = 7..13 → inode 시작 번호는 2 따라서 9번 inode에 데이터 블록이 존재한다.
• 볼륨 제어 블록(Volume control block): superblock, 마스터 파일이라 불리우며 볼륨 세부 정보가 포함된 블록
• 파일 제어 블록: 파일 생성 날짜, 파일 주인 그룹 권한, 파일 사이즈, 파일 데이터 블록 위치 등이 기록된 해당 파일을 제어하는데 필요한 정보가 기록된 블록 
• 마운트 테이블: 파일 시스템 마운트, 마운트 포인트, 파일 시스템 유형을 저장하는 공간 

메모리 내 파일 시스템 구조

가상 파일 시스템

• 가상 파일 시스템 (VFS): Unix에서 파일 시스템을 구현하는 객체 지향 방식
• 구현 객체 방식
  • inode: 파일 시스템 내의 각 파일이나 디렉토리를 고유하게 식별하는 정보를 가진 구조체
  • file: 프로세스가 파일을 열 때마다 생성되는 파일 구조체
  • superblock: 파일 시스템의 전반적인 정보를 저장하는 구조체
  • dentry: 파일 시스템 내의 파일이나 디렉토리 이름을 inode와 연결하는 역할을 가진 구조
• 지원하는 객체 연산 집합
  • int open(): 파일을 열고 해당 파일에 대한 파일 디스크립터를 반환합니다.
  • int close(): 열려 있는 파일을 닫습니다.
  • ssize t read(): 열려 있는 파일에서 데이터를 읽습니다.
  • sszie t write(): 열려 있는 파일에 데이터를 씁니다.
  • int mmap(): 파일이나 장치를 메모리에 매핑합니다. 이를 통해 파일이나 장치의 일부 또는 전체를 직접 메모리에 액세스할 수 있게 해줍니다.