4) 파일 시스템 구현 (File System Implementation)
앞서 설명하였듯 파일을 사용하려면 파일이 반드시 열려야 하며 open() 호출은 파일 시스템에 파일 이름을 넘겨준다. open() 시스템 호출은 먼저 그 파일이 다른 프로세스에 사용 중인지 범 시스템 오픈 파일 테이블을 찾으며 이 알고리즘은 오버헤드를 줄이는데 도움이 된다. 또한 디렉토리 연산의 속도를 향상 시키기 위해 통상 디렉토리 구조의 일부는 메모리에 캐싱한다.
파일이 발견되면 FCB가 메모리 내의 범 시스템 오픈 파일 테이블에 복사된다. 테이블은 FCB와 프로세스의 수도 저장한다. 범 시스템 오픈 파일 테이블 안에는 테이블의 항목에 대한 포인터와 몇 개의 다른 필드를 갖는 프로세스 별 항목이 만들어진다. 이 필드들 파일 안의 현재 위치(다음 read() 또는 write() 연산이 시작되는 위치)를 가리키는 포인터와 파일이 열린 접근 모드 등을 포함한다.
Open() 호출은 프로세스 별 파일 시스템 테이블 내의 해당 항목에 대한 포인터를 찾아 돌려준다. 그 후 모든 파일 연산은 이 포인터를 통해 실행된다. 일단 해당 FCB를 디스크에서 찾으면 시스템은 파일 이름을 더 이상 사용하지 않기 때문에 파일 이름은 오픈 파일 테이블의 한 부분이 아니다. 그러나 같은 파일에 대한 차후 open() 연산을 빠르게 하기 위해 캐시될 수 있다. 유닉스에서는 파일 기술자라 부르고 Windows에서는 파일 핸들이라 부른다.
파일을 닫지 않는 이상 모든 파일 연산은 오픈 파일 테이블에서 이루어진다. 프로세스가 파일을 닫을 때 프로세스 별 테이블 항목이 삭제되며 범 시스템 항목의 오픈 계수는 감소 된다. 사용자가 열었던 모든 파일을 닫으면 갱신된 메타데이터 정보가 디스크 기반 디렉토리 구조에 복사되며 시스템 오픈 파일 테이블에서 그 항목이 삭제된다.
이런 구조들은 캐싱 기법을 사용함으로써 실제 자료 블록을 제외한 오픈 파일에 대한 모든 정보는 메모리 내에 존재한다. 디스크 입/출력 작업을 줄일 수 있다.
사용자는 지역 디스크의 여러 파일 시스템이나 네트워크를 통하여 이용 가능한 파일 시스템에 접근할 수 있다. 구현 세부 사항으로부터 기본 시스템 호출 기능을 격리시키기 위해 자료 구조와 프로시저가 사용 된다. 일반적으로 파일 시스템 인터페이스, VFS 인터페이스, 지역 파일 시스템 으로 세 가지 주요한 계층으로 구성되어 있다.
파일 시스템 인터페이스는 open(), read(), write(), close() 호출과 파일 기술자에 기반을 둔 인터페이스이다. 가상 파일 시스템(VFS, Virtual File System)은 VFS 인터페이스를 명확하게 정의함으로써 파일 시스템의 일반적 연산을 구현과 분리 시킨다. VFS 인터페이스에 대한 다른 구현들이 같은 기계 상에 공존할 수 있으므로 다른 형태의 파일 시스템을 지역적으로 장착함으로써 투명한 접근을 가능하게 한다. 또한 전체 네트워크에 걸쳐 파일을 유일하게 표시할 수 있는 기법을 제공한다. vnode라는 전체 네트워크에서 파일을 유일하게 만들어주는 수치 지정자(designator)를 포함하고 있다. VFS는 특정 파일 시스템 고유의 연산을 활성화시킴으로써 파일 시스템 유형에 따른 지역 요청들을 처리하며 원격 요청에 대해서는 NFS 프로토콜 프로시저를 호출 한다. 파일 핸들은 연관된 vnode 들로부터 구성되며 이들 프로시저에 매개변수로 전달 된다.
5) 파일시스템(File System)의 종류
5-1) FAT (File Allocation Table)
Microsoft에서 빌게이츠가 만들었으며 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 파일시스템이다. 최초 제작 시에는 저장장치의 크기가 매우 작았으며 여러 번의 발전을 거듭하여 제작하였다. 매우 단순한 구조와 최근에는 대용량을 위해서 FAT16, FAT32 등으로 발전되었다.
① FAT16 (File Allocation Table)
MS-DOS를 개발할 당시 사용하던 파일 시스템으로 윈도우 95, 윈도우 98, 윈도우 NT, 윈도우 2000 등에서 사용되며 대부분의 MS OS에서 호환이 된다는 장점이 있다.
그러나 하나의 파티션으로 최대 2GB 밖에 설정을 할 수 없고, 보안이나 암호화 및 압축 기능들을 지원하지 않는 단점이 있다. 또한, 한 클러스터에 1632KB를 할당하여 용량 낭비가 심하다.
② FAT32
FAT 파일 시스템을 보강한 파일시스템으로 FAT 파일시스템은 2GB 밖에 지원하지 않던 문제를 해결하여 2TB까지 지원한다. 영문 256문자 ( 한글 128 문자 ) 까지 파일 이름 지원한다. 뿐만아니라 클러스터당 4K 배정하여 용량 낭비가 줄어들었다는 장점이 있다. 하지만 FAT16 과 마찬가지로 보안, 암호, 압축 기능을 지원하지 않는다.
5-2) NTFS (New Technology File System)
MS에서 FAT가 서버용으로 부족하자 이를 보완하기 위해 만든 파일시스템으로 Window NT에서 사용되는 파일시스템으로 윈도우 NT 및 2000 이상부터 대표적인 파일시스템으로 자리 잡았다. NTFS 는 대용량 하드 지원, 보안과 암호화 또한 지원. 별도의 압축 프로그램 없이도 파일과 폴더를 압축할 수 있다. 클러스터 크기는 512byte ~ 64KB까지 지원하며, 기본적으로 4KB를 지원한다. 뿐만 아니라 파일 접근 속도 최적화, 이론적으로 거의 무제한의 하드 디스크 공간 관리. 긴 파일 이름, 디스크 손실 방지, 자체적 오류 수정, 트랜잭션 로깅, 디렉토리 및 파일 수준의 보안, 충돌 보호, 실시간 압축 등을 지원한다.
5-3) HPFS (High Performance File System)
IBM의 OS/2 1.2부터 사용되던 파일시스템으로 NTFS가 나오기 전 많은 영향을 준 파일 시스템으로 제작당시 대용량에 적합한 구조로 효율적인 캐싱과 FAT에 비해 파일 손실과 단편화가 적기에 서버시스템에 많은 요구를 충족시키던 파일 시스템으로 알려져 있다. 하지만 대용량을 타겟으로 잡기에 200MB 이하의 저장장치에서는 성능 저하 문제가 발생한다.
5-4) UFS (Unix File System)
UFS는 유닉스의 대표적인 파일시스템으로 많은 유닉스 계열의 OS들이 UFS를 각각의 OS에 맞게 변형해서 사용하고 있다. 빠른 속도와 안정성을 목표로 만들어졌다. 저장장치 그룹화를 통하여 관련된 데이터끼리 최대한 가까운 위치에 자리 잡아 헤드의 이동이 적다. 중요 데이터는 여러 그룹에 걸쳐 많은 백업을 저장하여 신뢰성을 높였다.
Berkeley대학의 FFS(Fast File System)을 근간으로 리눅스 파일시스템인 Ext2에 큰 영향을 주었다.
5-5) Ext2 (second Extended File System)
현재 리눅스의 기본 파일시스템인 Ext3에서 저널링 기능을 뺀 파일 시스템으로 UFS의 유명무실한 구조를 제거하고 전체 구조보다 간략히 하여 속도와 안정성을 고루 갖춘다.
