[쉽게 배우는 운영체제] 11. 파일 시스템

조성호 님의 "쉽게 배우는 운영체제" 책을 정리한 포스팅 입니다

 

1. 파일

• 논리적인 데이터 집합
• 여러 개의 블록으로 구성됨
• 제 2 저장장치에 저장됨

 

블록

• 일정한 크기의 데이터 단위
• 파일은 블록 단위로 나뉘어 저장됨

 

Unit

• Memory: byte
• HDD: Cluster
• File System: 4KB (ext4, NTFS)

 

속성

파일 헤더

구성 요소	설명
첫 블록 주소	파일의 첫 번째 데이터 블록의 주소를 나타냄
name	파일 이름
type	파일 유형 (예: 텍스트, 이진 등)
size	파일 크기 (바이트 단위)
time	파일 생성, 수정, 접근 시간
location	파일이 저장된 위치 (디스크 상의 물리적 위치)
accessibility	파일의 접근 권한 (읽기, 쓰기, 실행 등)
owner	파일 소유자

• 파일 테이블에서 관리됨

 

파일 디스크립터

파일 식별자

• 프로세스의 파일 접근에 사용됨
• 프로세스마다 파일 디스크립터 테이블을 가지고 있음

 

open() 

• 시스템 콜을 호출하여 파일 디스크립터를 리턴받음
• 파일 관리자로부터 부여받음

 

종류

파일 종류	설명	특징
실행 파일	직접 실행될 수 있는 프로그램 코드가 포함된 파일	- 프로세스 생성 및 메모리 로드를 거쳐 실행됨 - 유닉스에서는 접근 권한으로 실행 여부 결정 (확장자로 구분되지 않음)
데이터 파일	실행 파일이 작업하는 데 필요한 데이터를 모아놓은 파일	- 실행 파일이 작업을 수행하는 데 필요한 데이터를 포함 - 연결 프로그램이 해당 파일을 실행하면 자동으로 실행됨 - 고유 헤더를 통해 파일 형식 및 열어야 할 프로그램을 구분 가능
이진 파일	이진 형식으로 인코딩된 데이터	- 텍스트, 이미지, 오디오, 비디오 등 다양한 데이터를 포함할 수 있음 - 컴퓨터가 데이터를 효율적으로 저장하고 처리하기 위해 사용됨 - 포맷 정보(글꼴, 스타일 등)를 포함할 수 있음
텍스트 파일	사람이 읽을 수 있는 문자로 구성된 파일	- 사람이 읽을 수 있는 문자로 구성됨 - 문자 기반 데이터만 포함 (이미지, 비디오 등은 포함되지 않음) - 코드, 로그 파일, 구성 파일 등에서 흔히 사용됨

 

구조

파일 구조	특징
순차 파일 구조	- 저장 공간에 낭비되는 부분이 없음 - 수정 및 삽입 작업 시 비용이 많이 듦 - 특정 데이터로 이동 시 직접 접근 불가
인덱스 파일 구조	- 순차 파일 구조에 인덱스 테이블을 추가하여 효율성 증가 - 플로피 디스크, CD-ROM, HDD 등에서 사용
직접 파일 구조	- 데이터의 특정 값에 관계를 정의하여 물리 주소로 바로 변환 - 접근이 매우 빠름 - 해시 함수를 사용하여 빠른 데이터 접근 가능

 

2. 파일 시스템

• 파일을 어떻게 읽고, 쓰고, 관리할 지에 대한 규칙
• 파티션 당 하나씩 존재

 

목적

• 사용자로부터 파일 보호
• 공간을 효율적으로 사용

 

기능

기능	설명
구성	파일 또는 디렉토리로 데이터를 저장하고 조직하는 방식
관리	파일의 생성, 수정, 삭제 등의 작업을 처리
접근	파일에 대한 접근 권한 설정 및 프록시 역할 수행
무결성 보장	파일의 내용이 손상되지 않도록 보호하고 유지
백업 및 복구	데이터의 손실을 방지하기 위한 백업 및 복구 기능
암호화	파일의 데이터를 암호화하여 보안성 강화

 

파티션

클러스터 단위

• 연속된 섹터 묶음 (물리적으로 연속됨)
• 섹터 번호를 기준으로 나뉨 (lba 기준)

 

독립적

• 디스크를 여러 파티션들로 나눌 수 있음
• 한 파티션당 하나의 파일 시스템만 사용 가능
• 사용자별 파티션 부여 가능

 

구성

구성 요소	설명
Boot Block	부트스트랩 코드 보관 (OS를 부팅하거나 초기화하기 위한 코드)
Super Block	파일 시스템의 정보 저장 (파일 시스템의 전체적인 구조와 상태 정보)
i-list (inode list)	파일 및 디렉토리의 메타데이터 목록 inode: 파일 또는 디렉토리에 대한 메타데이터 (파일 속성 등)
- inode number	파일 또는 디렉토리를 고유하게 식별하는 번호
- Size	파일의 크기
- Owner	파일의 소유자
- Mode	파일의 접근 권한 (읽기, 쓰기, 실행 권한)
- Timestamp	파일의 생성 시간, 수정 시간 등 타임스탬프 정보
- Hard Link Count	해당 inode를 참조하는 하드 링크의 수
- Data Block Pointers	데이터 블록을 가리키는 포인터
-- Direct	데이터 블록 포인터 (파일의 실제 데이터가 저장된 위치)
-- Indirect	데이터 블록 번호를 저장한 데이터 블록의 포인터들 (single, double, triple)
Directory Blocks	디렉토리의 데이터 블록 (디렉토리 항목이 저장되는 블록)
Data Blocks	파일의 실제 데이터가 저장되는 블록

 

볼륨

• 여러 섹터나 클러스터들로 이루어진 집합
• 파티션과 달리, 물리적으로 연속되지 않아도 됨 
  • 논리적으로 하나의 단위처럼 동작

 

3. 디렉토리

• 관련있는 파일을 하나로 모은 것

 

헤더

• 디렉터리 이름, 만든 시간, 접근 권한, 블록 위치

 

구조

• 트리 구조

 

마운트

• 여러 개의 파티션을 하나의 파티션으로 통합하는 명령

 

mounting point

• 파티션끼리 연결된 지점
• 외부 저장장치도 파티션에 붙이고 해제할 수 있음
  • /dev: 외부 저장장치가 마운트된 디렉토리

 

4. 디스크 파일 할당

할당 방식	세부 방식	설명	예시
연속 할당 (Contiguous Allocation)	-	데이터가 연속된 물리적 위치에 할당됩니다. 접근 속도가 빠르고 관리가 용이합니다.	-
불연속 할당 (Non-contiguous Allocation)	연결 할당 (Linked Allocation)	데이터 블록들이 연결 리스트로 관리되며, 각 블록은 다음 블록을 가리키는 포인터를 포함합니다.	FAT(File Allocation Table) 연결 리스트 방식
	인덱스 할당 (Indexed Allocation)	파일에 대한 데이터 블록의 인덱스를 인덱스 블록에 저장 필요한 경우 간접 인덱스 블록을 사용합니다.	-

 

빈 공간 관리

• 빈 블록의 정보만 모아놓는 빈 공간 리스트를 유지하여 관리