[OS] 12. 파일시스템 - (3)

[이화여자대학교 반효경 교수님의 강의를 듣고 정리한 글입니다.]

운영체제

운영체제

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[그림과 함께 편하게 보려면 여기로]

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[OS] 12. 파일시스템 - (3)

1. File

1. File and File system

• File
  • 일반적으로 비휘발성의 보조기억장치에 저장
  • 운영체제는 다양한 저장 장치를 file이라는 동일한 논리적 단위로 볼 수 있게 해줌
  • 연산(시스템콜)
    • create, read, write, reposition, delete, open(메타데이터를 올리는 것), close 등
      • open - I/O 요청 → CPU가 운영체제에게 넘어감 (시스템 콜)
        • 운영체제는 root의 metadata부터 읽어 내려가면서, 읽은 metadata 정보들을 커널 메모리 영역에 저장
        • 각 프로세스마다 그 프로세스가 오픈한 metadata의 pointer값을 배열로 가지고 있음. 이 포인터 값을 return (b의 fd)
          • → 이제 앞으로는 루트부터 탐색해 내려올 일이 없다.
      • read - I/O 요청 → CPU가 운영체제에게 넘어감 (시스템콜)
        • 운영체제는 fd를 이용해서 커널 영역에 존재하는 metadata를 이용해서 디스크에서 파일 읽어옴
        • 읽어온 내용을 운영체제가 커널메모리에 먼저 저장, copy해서 사용자 프로그램에 전달
          • Buffer Caching
            • 다른 프로세스가 동일한 파일의 동일한 위치를 요청하면 캐시에서 바로 읽어서 전달해줌
            • 운영체제가 무조건 개입하므로, 페이지 교체 알고리즘을 LRU,LFU를 할 수 있다.
    • 
• File metadata
  • 파일 자체의 내용이 아니라, 파일을 관리하기 위한 각종 정보들
    • 파일 이름, 유형, 저장된 위치, 파일 사이즈
    • 접근 권한(읽기,쓰기,실행), 시간(생성/변경,사용), 소유자 등
• File system
  • 운영체제에서 파일을 관리하는 부분
  • 파일 및 파일의 메타데이터, 디렉토리 정보 등을 관리
  • 파일의 저장 방법 결정
  • 파일 보호 등

2. Directory

• 파일의 메타데이터 중 일부를 보관하고 있는 일종의 특별한 파일
  • 그 디렉토리에 속한 파일 이름 및 파일 attribute들
• 연산
  • search for a file, create a file, delete a file
  • list a directory, rename a file, traverse the file system
• Partition(=Logical Disk)
  • 하나의 (물리적)디스크 안에 여러 파티션을 두는게 일반적
  • 여러 개의 물리적인 디스크를 하나의 파티션으로 구성하기도 함
  • (물리적)디스크를 파티션으로 구성한 뒤,
    • 각각의 파티션에 file system을 깔거나 swapping등 다른 용도로 사용할 수 있음

2. File Protection(접근 권한)

• Read, Write, Execution
• Access
  • Access Control Matrix
    • 각각의 사용자가 각각의 파일에 대해 어떤 권한이 있는지 표시해놓기
    • 행렬 자체가 sparse matrix
      • 나 혼자 쓰려고 만든 파일인데, 그러머 다른 사용자들은 다 빈칸
  • Access Control List
    • 파일별로 누구에게 어떤 접근 권한이 있는지 표시
    • 행렬에 의한 공간 낭비를 막음
  • Capability
    • 사용자별로 자신이 접근 권한을 가진 파일 및 해당 권한 표시
• Grouping
  • 전체 user를 owner, group, public 세 그룹으로 구분
  • 각 파일에 대해 세 그룹의 접근 권한을 3비트씩으로 표시
    • 파일에 대한 접근 권한이 단 9개 비트로 끝!!
    • rwx/r- -/r- -
• password
  • 파일마다 password를 두는 방법
  • 근데 모든 파일마다 비밀번호를 설정하면, 기억하기 어려움

3. Mounting

• 파일 시스템을 partition별로 나눠서 사용할 때, 다른 파일 시스템에 있는 정보를 사용하고 싶어질 수 있음
• 마운트 된 파일을 접근하면, 다른 파일 시스템의 루트에 접근할 수 있게 되는 것

4. Access Methods

• 순차접근
  • 카세트 테이프
  • 읽거나 쓰면 자동으로 offset 증가
• 직접접근
  • LP, CD, 하드디스크
  • 파일을 구성하는 레코드를 임의의 순서로 접근할 수 있음

1. 디스크에 파일을 저장하는 방법

• contiguous allocation
  • file,start,length 로 연속할당됨
  • 단점
    • 외부단편화 발생 가능 (각각의 파일 길이가 균일하지 않기 때문)
    • File은 중간에 크기가 수정이 가능한데, 그게 어려움
      • File grow 어려움
      • 미리 빈공간을 확보해놓으면? (hole이 얼마나 될 것인가?)
        • 그래도 그만큼 까지만 커질 수 있음
        • 사용하지 않으면 낭비되는 것임
  • 장점
    • Fast I/O
      • 하드디스크는 대부분의 접근시간이 디스크 헤드가 이동하는 시간이기 때문에
      • 한 번의 seek/rotation으로 파일을 연속해서 읽어올 수 있음 (같은 트랙안에 있다는 가정하에)
        • ⇒ Realtime file 용으로, 또는 이미 run 중이던 process의 swapping 용
          • Realtime은 데드라인이 있고 속도 효율성이 중요
          • swap area는 임시로 저장해놓는 것이기 때문에 공간효율성보다는 속도 효율성이 중요하기 때문
      • Direct access(=random access)가능
        • 앞에서부터 5개의 블록이 보고 싶으면 n개 탐색 X, O(1)으로 탐색 가능
• Linked allocation
  • file,start,end 로 연결됨
  • 장점
    • 외부조각 문제 발생 안함
  • 단점
    • 직접 접근 불가
    • Reliability 문제
      • 파일을 구성하는 sector가 고장나 pointer가 유실되면 많은 부분을 잃음
    • Pointer를 위한 공간이 block 의 일부가 되어 공간 효율성을 떨어뜨림
      • 512bytes/sector, 4bytes/pointer
• Indexed Allocation