[운영체제] 파일 시스템

1. 파일과 디렉터리

1-1. 파일

파일 시스템
: 보조기억장치의 정보를 파일 및 디렉터리의 형태로 저장하고 관리할 수 있도록 하는 운영체제 내부 프로그램

파일 구성
: 파일의 이름, 파일을 실행하기 위한 정보, 파일과 관련된 부가 정보인 속성(메타데이터)

속성
: 파일의 형식, 위치, 크기 등 파일과 관련된 정보가 포함되어 있음

파일 디스크립터(파일 핸들)
: 저수준에서 파일을 식별하는 정보로, 0 이상의 정수 형태를 띄고 있음
운영체제는 프로세스가 새로 파일을 열거나 생성할 때 해당 파일에 대한 파일 디스크립터를 3부터 프로세스에 할당한다.
0 : 표준 입력(키보드)
1 : 표준 출력(모니터)
2 : 표준 에러

파일을 다루는 작업은 모두 운영체제에 의해 이루어진다. 따라서 응용 프로그램은 임의로 파일을 할당받아 조작하거나 저장할 수 없고, 파일을 다루는 시스템 콜을 이용해야 한다.

 

1-2. 디렉터리(폴더)

디렉터리 용도
: 여러 파일들을 유연하게 관리하기 위해 트리 구조 디렉터리를 활용

루트 디렉터리
: 최상위 디렉터리. 슬래시(/)로 표현. 윈도우에서는 "C:\"로 표현.

경로
: 디렉터리 정보를 활용해 파일 위치를 특정하는 정보

디렉터리에 속한 요소의 관련 정보는 테이블의 형태로 표현되며, 테이블 형태로 표현된 정보의 행 하나 하나를 디렉터리 엔트리라고 한다. 디렉터리 엔트리에는 '파일의 이름'과 '파일이 저장된 위치를 유추할 수 있는 정보(inode)'가 포함되어 있다.

파일 이름	위치를 유추할 수 있는 정보
..	상위 디렉터리가 저장된 곳을 유추할 수 있는 정보
.	현재 디렉터리가 저장된 곳을 유추할 수 있는 정보
FileA	FileA 가 저장된 곳을 유추할 수 있는 정보

일부 파일 시스템은 '파일 생성 시간', '수정된 시간', '크기' 등이 명시되어 있다.

 

1-3. 파일 할당

블록
: 운영체제가 파일과 디렉터리를 읽고 쓰는 단위. 보통 하나는 4096바이트이다.
하나의 파일이 보조기억장치에 저장될 때는 하나 이상의 블록을 할당받아 저장된다.

연결 할당
: 각 블록의 일부에 다음 블록의 주소를 저장하여 각각의 블록이 다음 블록을 가리키는 형태로 할당한다.

색인 할당
: 파일을 이루는 모든 블록의 주소를 색인 블록이라는 특별한 블록에 모아 관리하는 방식으로 할당한다. 

연결 할당

 

색인 할당

 

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2. 파일 시스템

보조기억장치에 여러 파일 시스템을 적용하여 사용하기 위해 보조기억장치 내에 파일 시스템을 적용할 영역이 구분되어 있어야 한다.

파티셔닝
: 보조기억장치의 영역을 구획하는 작업

파티션
: 파티셔닝되어 나누어진 하나 하나의 영역

포맷팅
: 파일 시스템을 설정하여 어떤 방식으로 파일을 저장하고 관리할 것인지를 결정하고, 새로운 데이터를 쓸 준비를 하는 작업 

 

2-1. 아이노드 기반 파일 시스템

아이노드
: 색인 블록으로, 파일의 이름을 제외한 파일의 모든 것이 담겨져 있음.
ex) 파일이 저장된 위치, 속성

EXT4
: 대표적인 아이노드 기반 파일 시스템으로 각 블록 그룹은 슈퍼 블록, 그룹 식별자, 블록 비트맵, 아이노드 비트맵, 아이노드 테이블, 데이터 블록으로 구성된다.

슈퍼 블록
: 아이노드의 개수, 총 블록 개수, 블록 크기 등 전체적인 파일 시스템의 정보를 저장

그룹 식별자
: 블록 그룹에 대한 메타데이터를 저장

블록 비트맵
: 현재 블록 그룹 내에서 데이터가 어떻게 할당되었는지를 저장

아이노드 비트맵
: 현재 블록 그룹 내에서 아이노드가 어떻게 할당되었는지를 저장

아이노드 테이블
: 각 파일의 아이노드 정보를 저장

데이터 블록
: 각 파일의 데이터를 저장 

아이노드 기반 파일 시스템에서는 데이터 영역에 공감이 남아 있어도 아이노드 영역이 가득 차 더이상의 아이노드를 할당할 수 없다면 운영체제는 새로운 파일을 생성할 수 없다.

 

2-2. 하드 링크, 심볼릭 링크

하드 링크
: 원본 파일과 같은 아이노드를 공유하는 파일을 의미.
하드 링크 파일을 변경하면 원본 파일도 변경된다. 원본 파일이 삭제되더라도 하드 링크 파일로 파일 데이터에 접근할 수 있다.
ex) 동일한 파일을 여러 이름으로 참조할 때

심볼릭 링크
: 원본 파일을 가리키는 파일을 의미.
원본 파일의 위치만을 저장하기 때문에 원본 파일이 삭제되는 경우 사용이 불가능하다.
ex) 복잡한 경로에 있는 파일을 바로가기 파일의 형태로 참조할 때

하드 링크 vs 심볼릭 링크

 

2-3. 마운트

마운트
: 저장장치의 파일 시스템에서 다른 저장장치의 파일 시스템으로 접근할 수 있도록 파일 시스템을 편입시키는 작업

마운트 전

 

마운트 후