[운영체제] 파일 시스템

몽·2024년 9월 29일

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운영체제

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파일시스템

file과 directory를 보조기억장치에 저장하고 접근하게 하는 운영체제의 내부 프로그램
ex.FAT 파일 시스템, 유닉스 파일 시스템

파일 할당

파일과 디렉터리를 읽고 쓰는 단위: 블록
블록에 사용할 파일을 할당
할당 방식
- 연속 할당 (contiguous allocation)
- 불연속 할당
  - 연결 할당 (linked allocation)
  - 색인 할당 (indexed allocation)

연속 할당 contiguous allocation

이름 그대로 보조기억장치 내 연속적인 블록에 파일을 할당
파일 접근을 위해서 첫 번째 블록 주소, 파일 길이만 알면 됨
단점
- 메모리 할당에서도 배웠듯 외부 단편화를 일으킴 (파일이 삭제됐을 때를 상상해 보삼)
- 외부 단편화: 파일이 삭제됐다고 가정하면, 한 파일을 할당할 수 있는 빈 블록의 총 개수는 충분하지만, 연속적인 블록으로 존재하지 않아서 결국에는 할당이 불가능해짐

0번 블록에서 시작하여 길이 2만큼 연속으로 할당된 count 파일
14번 블록에서 시작하여 길이 3만큼 연속으로 할당된 tr 파일

연결 할당 linked allocation

각 블록에 다음 블록의 주소를 저장하는 방식
자료구조의 연결리스트 형식
각 블록이 다음 블록을 가리키고 있으므로, 파일이 여러 블록에 흩어져 있을 수 있음
대표적인 파일 시스템 → FAT 파일 시스템
단점
- 파일의 중간 부분에 접근하고 싶어도, 반드시 첫 번째 블록부터 읽어야 함 → 임의 접근 시 속도 느림
- 오류 발생 시, 오류가 발생한 블록 이후 블록은 접근할 수 없음

9번 블록이 16번을 가리키고, 16번은 1번 블록을, 1번 블록은 11번 블록을……

색인 할당 indexed allocation

파일의 모든 블록 주소를 하나의 블록(index block)에 모아서 관리
임의 위치의 파일에 접근하기 쉬움 → index block의 i번째 블록에 접근하면 되므로
대표적인 파일 시스템: 유닉스 파일 시스템

19번 블록에 index들을 관리

FAT 파일 시스템

연결 할당(linked allocation) 기반
- 연결 할당의 단점
  1. 임의 접근 시 속도 느림
  2. 고장/오류 발생 시 해당 블록 이후 블록은 접근할 수 없음
연결 할당의 단점을 보완하기 위해 FAT(File Allocation Table) 활용
블록을 나타내는 비트 수를 기반으로 하여 FAT12, FAT16, FAT32 버전 존재

FAT(File Allocation Table)

각 블에 저장된 다음 블록의 주소들을 테이블 형태로 관리함, 이 테이블이 FAT
파일의 첫 번째 블록만 알면 모든 블록에 접근할 수 있음
FAT의 일부나 전체가 메모리에 적재됨 → 연결 할당 방식보다 임의 접근 성능이 개선됨

유닉스 파일 시스템

색인 할당(indexed allocation) 기반
색인 블록은 i-node(index-node)라고 부름
- 파일마다 i-node가 존재

i-node

i-node는 기본적으로 15개의 블록을 차지하는 파일까지를 가리킴
파일 데이터가 저장된 블록을 직접 블록(direct block)이라고 함

Q. 오잉 그럼 블록이 15개 이상이 필요할 때는?

A. 이러한 케이스를 위해 아래와 같은 시스템 구축. 이렇게하면 웬만한 크기의 파일은 모두 표현 가능

1. 12개의 블록에는 직접 블록 주소를 저장

직접 블록(direct block): 파일 데이터가 저장된 블록

2. 1번으로 충분하지 않다면, 13번째 블록 주소에는 단일 간접 블록 주소 저장

단일 간접 블록(single indirect block): 파일 데이터를 저장한 블록 주소가 저장된 블록

3. 2번으로 충분하지 않다면, 14번째 블록 주소에는 이중 간접 블록 주소 저장

이중 간접 블록(double indirect block): 단일 간접 블록들의 주소를 저장하는 블록

4. 3번으로 충분하지 않다면, 15번째 블록에는 삼중 간접 블록 주소 저장

삼중 간접 블록(triple indirect block): 이중 간접 블록들의 주소가 저장된 블록

위 내용을 그림으로 나타내 보면

저널링 파일 시스템

파일 시스템 업데이트 과정 중 시스템 크래시가 일어난다면?
- 데이터가 유효하지 않은 상태가 될 수 있음
- 이를 해결하기 위한 방법 → 저널링
저널링: 작업 로그를 통해 시스템 크래시 발생 시 빠르게 복구하기 위한 기법
수행 방식
- 작업 직전 파티션의 로그 영역에 작업에 대한 로그 남김
- 작업 수행
- 작업이 끝나면 로그 삭제
시스템 크래시가 발생하여 다시 부팅해야 할 때, 파일 시스템 전체를 검사하지 않고 로그 영역에 남긴 로그만 검사 → 빠르게 복구 가능

마운트

한 저장 장치의 파일 시스템에서 다른 저장 장치의 파일 시스템에 접근할 수 있도록 파일 시스템을 편입시키는 것
ex. USB 메모리의 파일 시스템을 컴퓨터의 파일 시스템에 마운트하면, 컴퓨터는 USB의 파일 시스템에 접근 가능!
보통 mount 명령어로 간편하게 마운트 가능

Reference

혼자 공부하는 운영체제
공룡책

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