File System (파일 시스템)

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File

정의

• 논리적인 저장 단위로, 관련된 정보 자료들의 집합에 이름을 붙인 것이다.
• 일반적으로 레코드(Record) 혹은 블록(Block)단위로 비휘발성 보조기억장치에 저장된다.

구조

• MetaData : 데이터 영역에 기록된 파일의 이름, 위치, 크기, 시간정보, 삭제유무 등의 파일 정보
• 데이터 영역 : 파일의 데이터

File Attribute (MetaData)

• 파일을 관리하기 위한 각종 정보들이다.
• 파일 자체의 내용은 아니다.
• Name : 사람이 읽을 수 있는 형태의 유일한 정보
• Identifier : 파일 시스템 내부의 유일한 식별 태그(이름)
• Type : 다양한 종류의 File을 지원하기 위해 필요
• Location : 장치내에서 파일의 위치를 위한 포인터
• Size : 현재 파일의 크기
• Protection : 읽기, 쓰기, 실행에 대한 권한 제어
• Time, date, and user identification : 파일 사용에 대한 보호, 보안, 모니터링을 위한 데이터

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File System

정의

• 컴퓨터에서 파일이나 자료를 쉽게 발견할 수 있도록, 유지 및 관리하는 방법이다.
• 저장매체에는 수많은 파일이 있기 때문에, 이런 파일들을 관리하는 방법을 말한다.

특징

• 커널 영역에서 동작
• 파일 CRUD 기능을 원활히 수행하기 위한 목적
• 계층적 Directory 구조를 가짐
• 디스크 파티션 별로 하나씩 둘 수 있음

CRUD : 대부분의 컴퓨터 소프트웨어가 가지는 기본적인 데이터 처리 기능인 Create(생성), Read(읽기), Update(갱신), Delete(삭제)를 묶어서 일컫는 말이다.

역할

• 파일 관리
  • Create, Write, Read, Reposition, Delete(파일 삭제), Truncate(파일 내부 내용 삭제)
• 보조 저장소 관리
• 파일 무결성 메커니즘
  • 파일 원본이 조작되었는지 확인하는 것
• 접근 방법 제공

개발 목적

• 하드디스크와 메인 메모리 사이의 속도 차이를 줄이기 위함
• 파일 관리
• 하드디스크의 용량을 효율적으로 이용하기 위함

Partition (파티션)

정의

• 연속된 저장 공간을 하나 이상의 연속되고 독립적인 영역으로 나누어 사용할 수 있도록 정의한 규약이다.
• 하나의 물리적 디스크 안에 여러 파티션을 두는 게 일반적이다.
• 하지만, 여러 물리적 디스크를 하나의 파티션으로 구성하기도 한다.

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Access Methods (접근 방법)

Sequential Access (순차 접근)

• 가장 단순한 접근 방법으로 파일의 정보가 레코드 순서대로 처리된다.
• 카세트 테이프를 사용하는 방식과 동일하다.
  • 현재 위치에서 읽거나 쓰면 offset이 자동으로 증가한다.
  • 뒤로 돌아가기 위해서는, 되감기가 필요하다.

• 제공하는 연산
  • read next : 오직 앞의 방향으로만 작동한다.
  • write next : 오직 앞의 방향으로만 작동한다.
  • reset : Pointer 초기화

Direct Access (직접 접근)

• 파일의 레코드를 임의의 순서로 접근 할 수 있다.
• 순서에 상관없이, 빠르게 레코드를 읽고, 쓸 수 있다.

• 제공하는 연산
  • read n : n번째에 접근
  • write n : n번째에 접근
  • position to n : n번째 위치로 Pointer를 이동한다.
  • rewrite n

• 현재 위치를 가리키는 cp변수만 유지하면, 순차 파일 기능을 쉽게 구현이 가능하다.
• 대규모 정보를 접근할 때 유용하기 때문에 '데이터 베이스'에 활용된다.

Index Access (색인 접근)

• 파일에서 레코드를 찾기 위해 색인을 먼저 찾고 대응되는 포인터를 얻는다.
• 이를 통해 파일에 직접 접근하여 원하는 데이터를 얻을 수 있다.

• 크기가 큰 파일을 입•출력 탐색할 수 있게 도와주는 방법이다.

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Directory Structure (디렉터리 구조)

정의

• Directory는 파일의 메타데이터 중 일부를 보관하고 있는 일종의 특별한 파일이다.
• 해당 Directory에 속한 파일 이름과 속성들을 포함하고 있다.

기능

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

구성

• Efficiency : Directory는 파일을 빠르게 탐색할 수 있어야 한다.
• Naming : 적절한 이름으로 사용자들이 편리하게 사용할 수 있으면 좋을 것이다.
• Grouping : 파일들을 적절한 분류로 그룹화 해두면 사용하기 편리할 것이다.

이를 위해 Directory의 논리적 구조를 정의하는 여러 방법들이 있다.

Single Level (1단계) Directory

• 가장 간단한 구조
• 모든 파일들이 디렉터리 밑에 존재하는 형태이다.
• 파일들은 서로 유일한 이름을 갖습니다.
• 서로 다른 사용자라도, 같은 이름의 파일들을 사용할 수 없습니다.

• 파일이 많아지거나 다수의 사용자가 사용하는 시스템 이라면, 문제가 발생합니다.
  • Naming Problem
  • Grouping Problem : 시스템에 오직 1개의 Directory만 있기 때문에 Grouping이 불가능

Two Level (2단계) Directory

• 각 사용자별로 별도의 디렉터리를 갖는 형태이다.
• 서로 다른 사용자들은 동일한 파일의 이름을 사용할 수 있습니다.
• 효율적인 탐색 가능 : 각 파일들은 경로 명으로 찾아가야 합니다.
• 종류
  • UFD : 자신만의 사용자 파일 디렉터리
  • MFD : 사용자의 이름과 계정 번호로 색인되어 있는 디렉터리. 각 엔트리는 사용자의 UFD를 가리킨다.

• Grouping 기능이 존재하지 않습니다.

Tree Structured Directories

• 사용자들이 자신의 서브 디렉터리(Sub Directory)를 만들어서 파일을 구성할 수 있다.
• 각 사용자는 하나의 루트 디렉터리를 가지면, 모든 파일은 고유한 경로 (절대 경로/상대 경로) 를 갖는다.

  Absolute(절대) 경로 : 파일을 읽기 위한 파일 전체 경로 (root 부터 현재 파일 위치까지 포함)
  Relative(상대) 경로 : 현재 위치를 기준으로 하여 목적지까지의 상대적인 경로

• 해당 경로를 통하여 효율적인 탐색 및 그룹화가 가능하다.

• 디렉터리는 일종의 파일이므로, 일반 파일인지 디렉터리인지 구분할 필요가 있다.
  • 이를 bit를 사용하여 구분한다.
  • 0 : 일반 파일
  • 1 : 디렉터리

Acyclic Graph (비순환 그래프) Directory

• 디렉터리들이 서브 디렉터리들과 파일을 공유할 수 있도록 한다.
• 서로다른 사용자가 동일한 파일에 대해서 서로 다른 Alias(별칭)을 사용 가능하다.

• 파일을 무작정 삭제하게 되면, 현재 파일을 가리키는 포인터는 대상이 사라지게 된다.
  해당 포인터를 Dangling Pointer라고 한다.
• 따라서, 참조되는 파일에 참조계수를 둔다.
  참조계수가 0이 되면, 파일을 참조하는 링크가 존재하지 않는다는 의미이므로 그때 파일을 삭제할 수 있도록 한다.

General Graph (일반 그래프) Directory

• 순환을 허용하는 그래프 구조이다.
• 순환이 허용되면 무한 루프에 빠질 수 있기때문에, 잘 쓰이지 않는다.

• 순환이 발생하지 않도록 하위 디렉터리가 아닌 파일에 대한 링크만 허용하거나,
  Garbage Collection을 통해 전체 파일 시스템을 순회하고, 접근 가능한 모든 것을 표시한다.