컴퓨터 시스템 자원 관리

• CPU : 프로세스 관리(CPU 스케줄링, 프로세스 동기화)
• 주기억장치 : 메인 메모리 관리(페이징, 가상 메모리)
• 보조기억장치 : 파일 시스템

File

파일이란, 논리적인 저장단위로 관련된 정보들의 집합에 이름을 붙여 저장한 것을 의미합니다.

• 일반적으로 레코드, 블록 단위로 저장
• 보조기억장치에 저장

• 필드란?
• 파일 구성의 최소 단위
• 레코드란?
  • 하나 이상의 필드가 모인 단위
  • 하나 이상의 레코드가 모여 파일이라 한다

파일의 구조

• MetaData : 파일의 이름, 위치 크기 시간 정보 등의 파일에 대한 정보가 저장
• Data 영역 : 실제 파일에 들어있는 데이터

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File System

파일시스템이란, 파일을 쉽게 사용할 수 있도록 유지 또는 관리 하는 방법

특징

• 커널 영역에서 동작
• 계층적 Directory 구조
• 각각의 디스크 파티션에 하나씩 배정 가능

파티션

• 연속된 저장공간을 나눠서 사용하기 위한 규약
• 하나의 디스크에 여러 파티션을 두는 것이 일반적
• 여러개의 디스크를 하나의 파티션으로 부르기도 함

역할

• 파일의 CURD 담당
• 보조 저장소 관리
• 다양한 접근 방법 제공
• 권한 없는 사용자나 악의적인 접근 차단
• 파일 무결성 확인
  • 파일이 조작되지 않았는지, 이상은 없는지 확인

목적

• 하드디스크와 메인 메모리 사이의 속도 차이를 줄이기 위함
• 파일관리
• 하드 디스크의 용량을 효율적으로 관리

종류

• Window : NTFS
• UNIX : UFS
• MS-DOS : FAT 16/32
• USB : VFAT
• CD : CDFS
• 원격 저장소 : NFS

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Access Methods(접근 방법)

1. Sequential Access(순차 접근)
2. Random Access(임의 접근)
3. Index Access(색인 접근)

Sequential Access(순차 접근)

• 가장 단순한 접근 방법
• 파일의 정보가 레코드 순서대로 처리
• 카세트 테이프를 사용하는 방식과 동일(앞으로만 작동)
  • 현재 위치에서 읽거나 쓰면 offset이 자동으로 증가
  • 뒤의 방향을 처리하기 위해서는 되감기 필요(rewind)

연산 종류

• read next : 현재 위치 읽고 position은 다음으로
• write next : 현재 위치에서 쓰고 position은 다음으로
• rest : Pointer 초기화

Direct Access(직접 접근)

• 파일의 레코드를 원하는 레코드로 접근
• 빠르게 레코드를 읽고 쓰는 것이 가능
• 때문에 대규모 정보를 접근할 때 유용(DB 활용)
• 현재 위치를 가리키는 변수를 유지시키면 순차접근 구현 가능

연산 종류

• read n : n 번째 블록 읽어라(position은 n에 위치)
• write n : n 번째 블록 써라
• position to n : n 번째 블록 위치로 Pointer 이동
• rewrite n

Index Access(색인 접근)

• 색인을 먼저 찾고 대응되는 포인터를 얻어서 레코드에 접근
  • 이분탐색 생각
• 크기가 큰 파일의 입출력 탐색을 도와줌

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File Allocation(디스크 할당)

• 파일의 내용을 담고있는 DataBlock의 위치 정보를 어떻게 저장할지 고려해야 함
• OS 마다 다른 방식으로 File의 DataBlock을 관리

• 섹터란?
  • 파일 시스템의 물리적 단위
  • 512bytes
• 파일에서 블록이란?
  • 파일 시스템에서 데이터를 논리적으로 묶는 단위
  • 주로 섹터로 구성

할당 방법

• Contiguous Allocation(연속할당)
• Linked List Allocation(연결 할당)
• Index Allocation (인덱스 할당)
• I-Nodes(아이노드)

Contiguous Allocation(연속할당)

총 32개의 Disk Block

• File을 물리적으로 연속된 DiskBlock에 저장

  Disk Block : 파일 시스템에 의해 나눠진 디스크 구역

장점

• 구현이 간단
• 연속된 공간으로 전체 파일을 읽을 경우 성능이 좋음(연속되어있기때문)

단점

• File이 한번에 끝까지 기록되어야 함
• File의 끝을 알리기 위해 Block을 사용하는 경우 Disk 낭비

Linked List Allocation(연결 할당)

• Linked List로 구현하여 데이터를 저장

장점

• File의 DataBlock은 어디든 위치
• 공간의 낭비가 없음

단점

• Direct Access, Index Access 불가
  • 파일의 특정위치는 시작 node 부터 탐색해야하기 때문
• 다음 DataBlock을 가리킬 정보가 필요하기에 성능에서 뒤쳐질 수 있음
  • 대부분의 프로그램은 단위가 2의 배수이기때문에 다음 DataBlock을 가리킬 정보때문에 2의 배수가 아닐 수 있음

Index Allocation(인덱스 할당)

• File의 Data와 관련된 Block을 하나의 Block에 저장(각각 어디에 존재하는 지)
  • 이를 Index Block이라고 하며 모든 Data의 위치를 파악할 수 있음
• Index Block을 통해 Direct Access가 가능
• Linked List Allocation보다 빠름

단점

• Index Block의 크기가 고정이라 저장할 Pointer의 수가 한정적

I-Nodes

• Index Block들을 Table 형태로 관리하는 방법

UNIX : I-Nodes
MS-DOS : Linked List Allocation

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Directory Structure

• Directory가 속한 파일 이름과 속성을 포함
• Directory란?
  • 파일의 메타데이터 중 일부를 보관하고 있는 특별한 파일
  • 윈도우의 폴더 생각
  • Directory도 파일의 한 종류

기능

• Create(파일 생성)
• Search(파일 찾기)
• Rename(파일 이름 수정)
• Delete(파일 삭제)
• List(Directory 나열)
• Traverse (파일 시스템 순회)

구성

• Naming : 적절한 이름 사용
• Grouping : 적절한 분류로 그룹화
• Efficiency : 파일을 빠르게 탐색

Directory Level

• Single Level Directory
• Two Level Directory
• Tree Structured Directories
• Acyclic Graph Directory(비순환 그래프)
• General Graph Directory(일반 그래프)

Single Level Directory

• 가장 간단한 구조
• 모든 파일들이 Directory 밑에만 존재
• 파일 이름이 서로 달라야함
• 파일이 많아지면 문제 발생
  • 이름 문제
  • 그룹화 문제

Two Level Directory

• 사용자별 별도의 Directory 소유
• 사용자별 이름 중복 허용
• 효율적인 탐색 가능
  • 경로명으로 찾기 가능

구조

• MFD(Master File Directory) : 사용자의 이름으로 색인, UFD를 가리킴
• UFD(User File Directory) : 사용자별 Directory
• Grouping 없음

Tree Structured Directories

• 이름 그대로 계층 구조 (트리 구조)
• 사용자별 서브 디렉토리 소유 가능
• 고유한 경로를 갖음 (절대 경로, 상대 경로)
• 효율적인 탐색
• 그룹화 가능
• 연결된 것이 파일인지 디렉토리인지는 Bit를 사용해서 구분
  • 0 : 일반 파일
  • 1 : Directory

Acyclic Graph Directory(비순환 그래프)

• Directory들이 Sub Directory나 File 공유 가능한 구조
• 같은 파일에 대해서 서로 다른 Alias 사용 가능
• 파일을 삭제하면 그것을 참조하고있는 다른 Directory의 대상이 사라짐
  • Dangling Pointer 문제
  • 이 문제를 해결하기 위한 참조 계수 존재
    • 참조 계수가 0이면 파일이 존재하지 않음을 의미, 그때 삭제 가능

General Graph Directory(일반 그래프)

• 순환을 허용
• 무한 루프 가능성 때문에 잘 사용하지 않음
• 순환이 발생하지 않도록 하는 조치가 필요
  • 링크만 허용
  • Garbage Collection을 통한 접근 여부를 표시

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용어

• 커널 영역?
  • 운영체제를 실행시키 위한 메모리 공간
  • 컴퓨터가 부팅될때 메모리 내에 따로 적재
• 커널?
  • 운영체제의 핵심 부분
  • 운영체제의 서비스를 담당
• 클러스터?
  • 파일 시스템에서 실제 데이터를 저장하고 관리하는 논리적인 최소 단위
  • 주로 섹터로 구성
  • Cluster=Sector1+Sector2+...s
• offset이란?
• Access Methods란 파일시스템이 파일에 접근하는 방법?