On Disk Structure

• 전원이 꺼질 때에도 HDD 혹은 SSD에 저장
• NTFS, UFS(유닉스) 기본적으로 달라지는 것은 없다
• 하드디스크의 부트로더와 파티션 테이블이 존재하는 부분은 MBR과 GPT.
• BIOS는 MBR에, UEFI 는 GPT에
• 파티션이 여러개 존재 할 수 있는데, 운영체제가 존재하는 것 ACTIVE Partition이다.
• 윈도우즈 ntfs도 비슷하지만 사용하는 의미만 조금씩 다르다.
• 운영체제는 4kb 단위로 디스크 블럭을 나눔.

그림은 UFS의 예시임

• boot block
  • 윈도우즈, 리눅스 커널 등
  • 부팅 관련 정보
• super block : file system 관련 metadata
  • type : 내 파일 시스템의 타입?
    • 리눅스 : est2/3/4
    • 윈도우즈 : ntfs
  • 디스크 블럭의 개수
• bit maps
  • 디스크 블럭이 사용 중이다 / 아니다
  • 디스크 블럭 한 개당 한 비트로 표현 가능
  • free space management
  • 디스크 블럭 개수 ⇒ 비트맵 블럭 몇 바이트가 필요한 지 계산 가능.
• i-nodes
  • 파일의 metadata
  • FCB : 유닉스와 리눅스에는 file control block을 i-nodes라 한다.
  • 파일이 생길 때마다 하나씩 생김.
• root dir : 처음 생성되는 디렉토리
• files & directories
  • regular file : file contents
  • directory : 파일 여러 개를 하나의 묶음으로

디렉토리

디렉토리 데이터 ? ⇒ 디렉토리 내에 어떤 파일들이 있는지 정보를 저장

디렉토리 내에는,

1. file이름과 file control block 다 같이 저장
2. file 이름과 i-node가 있는 위치 정보를 저장한다. (유닉스, 리눅스)
3. hybrid approach
   • 2에서처럼 둘 다 저장하되, 몇 개의 중요한 정보는 별도로 저장한다.
   • 윈도우즈

하드디스크에 디스크 블럭을 어떻게 배치할 것인가?

file size 40kb

디스크 블럭 10개 필요

10개가 어디에 어떻게 표현되고 저장되어 있는지 관리 ⇒ file control block

⇒ file control block에 데이터가 어디에 저장 되어 있는지 표시해야 함.

⇒ 결론적으로, 하드디스크에 디스크 블럭을 어떻게 배치할 것인가에 따라 다를 수 있음.

1. Contiguous allocation : 연속적 배치

   • 장점 : 쉽다. start length에 의해서 판단 가능
   • 단점 : file의 크기가 커지면 연속적으로 비어있는 공간이 많은 곳으로 옮겨야 함. 잘 사용 X file의 크기가 커졌다 작아졌다 하는 file에는 적합하지 않다.
   • 읽기 전용 file 일 때 사용 . CD-ROM

2. Linked allocation : 불연속적 배치

   • 시작 위치만 저장. 써 있는 대로 쫓아감
   • 장점 : file 작아졌다 커졌다 가능, 표시하기 쉽다
   • 단점 : 가장 중요한 단점 . 오류가 나서 하나가 손실이 되면 쫓아갈 수 없게됨. reliability 측면에서 문제. 처음부터 끝까지 다 읽어야 함.
   • 보완 =⇒ File-Allocation Table (FAT)
     • 포인터들을 별도의 테이블 file allocation table으로, 만들자
     • 단점 : 아직은 unreliable함. 테이블 날아가면… ⇒ 이중 삼중으로 관리하지만, 신뢰도에는 단점
     • 장점 : random access 유리.

3. Indexed Allocation

• 디스크 블럭에, 어디어디에 있다라는 것을 다 저장.
• i node는 index-node임
• index table 운영
• 이 파일이 어디에 있다는 정보.
• 장점 : 신뢰도가 좋아진다. random access 좋음(direct access 가능)
• 단점 : 그럼 mp3의 경우 1000개를 다 저장해야 하는가? ⇒ 어떻게 저장하지?
  

• direct block(직접 씀)의 개수는 12개까지 …. ⇒ 48KB만큼
• single indirect block
  • 1K X 4KB = 4MB
• double indirect block
  • 4MB x 1K = 4GB
• triple indirect : 4TB

block size와 data rate, disk space utilization

block size가 커지면 디스크가 한 번에 읽을 수 있는 데이터의 양이 많아지므로, data rate 향상.

(디스크는 최대한 많이 안 움직이는 것이 좋다.)

반면, block size가 커지면 internal fragment가 발생해 space utilization 측면에서는 좋지 않다.

Buffer cache

: 하드 디스크에서 가져와, 메인메모리에 cache로 두는 것.

• 성능 향상
• but , 메모리와 하드디스크의 동기화 문제가 발생함.
• Buffer cache : file 데이터를 저장하는 캐시
• directory cache : 디렉토리 데이터를 저장하는 캐시
• write .
  • synchronous 문제. buffer cache에 쓰다가, 나중에 한거번에 write back 하는 방식은 속도가 나쁘지 않지만(write-through에 비해), 램은 휘발성이기 때문에 unreliable
    • 해결 1. 복구 (ex. fsck , scandisk) 데이터를 복구하는 게 아니라 상태를 원래대로 돌림
    • 해결 2. log structured file systems. = journaling
      • 디스크에 쓰기 전, journal에 썼다가 디스크에 쓰면 clear.
      • booting 했을 때, journal에 남아있다면 디스크에 쓰지 못한 것이므로, 이에 따라 파일 시스템을 처리함
  • asynchronous ⇒ write through 동시에 씀

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경희대학교 운영체제 조진성 교수님 수업 강의 필기