운영체제 - 반효경 10강

File and File System

• File
  • 관련 정보를 이름을 통해 저장하는 것
  • 일반적으로 비휘발성 장치에 저장
  • OS는 다양한 저장장치들도 file이라는 동일한 논리적 단위로 볼 수 있게 해 줌(device special file)
  • Operation : create, read, write, reposition(lseek), delete, open, close 등
• File attribute(= meta data)
  • 파일 자체의 내용이 아니라 파일을 관리하기 위한 각종 정보들 (파일 유형, 저장된 위치, 접근 권한 등)
• File system
  • 운영체제에서 파일을 관리하는 부분
  • 파일 및 파일의 메타데이터, 디렉토리 정보 등을 관리
  • 파일의 저장 방법 결정, 파일 보호 등

Directory and Logical Disk

• Directory

  • 파일의 메타데이터 중 일부를 보관하고 있는 일종의 특별한 파일
  • 그 디렉토리에 속한 파일 이름 및 파일 metadata들
  • Operation : search for a file, create a file 등

• Partition(=Logical Disk)

  • OS가 바라보는 Disk

  • (물리적) 디스크를 파티션으로 구성한 뒤 각각의 파티션에 file system을 깔거나 swapping 등 다른 용도로 사용 가능

open()

• 파일의 metadata를 disk에서 main memory로 올려 놓는 것

• open(“/a/b”)

  

  • “/a/b”를 가져오는 그림이다
  • root -> a -> b를 순서로 메모리에 올리게 된다
  • 마지막에 b를 찾게 되면 file descriptor라는 값을 리턴해주고 open()이 끝이 난다
  • file descriptor는 어떤 파일을 메모리에 올리면 해당 process의 PCB에 파일의 위치를 저장하는 일종의 배열이 만들어진다. 그 배열에서 특정 파일의 정보가 담긴 인덱스가 fd이다
  • 이 fd를 통해 read(fd)와 같은 시스템콜을 날리면 해당 fd가 가르키는 파일에 바로 접근이 가능하다
  • read()를 통해 b의 내용을 불러오면 바로 사용자에게 내용을 주는 것이 아니라 커널 메모리에 buffer cashe에 저장한 뒤 그 값을 copy해서 전해준다
  • 이 buffer cache는 OS 내에 존재하므로 LRU, LFU와 같은 알고리즘을 적용할 수 있다
  • 또 OS에서 read()와 같이 파일의 내용을 접근하는 시스템 콜을 날리면 먼저 buffer cache에 그 값이 있는지 확인 후 없다면 disk에서 메모리로 올린다

File Protection

• 각 파일에 대한 접근 권한을 설정 가능하다(read/write/excution)

• Access Control 방법

  • Access control Matrix : Linked list로 만듬, 오버헤드가 큼

    

  • Grouping

    • 전체 user를 owner, group, public의 세 그룹으로 구분
    • 각 파일에 대해 세 그룹의 접근 권한을 3비트로 표시(총 9비트)
    • ex) rwx(owner)r–(group)rx-(public)

  • Password : 파일마나 password를 두는 방법, 잘 안 씀

Mounting

• 파티션을 연결하는 것
• root 디렉토리 안에 특정 디렉토리에 다른 파티션을 연결하는 것

Access Methods

• 시스템이 제공하는 파일 정보의 접근 방식
• 순차 접근(sequential access)
  • 카세트 테이프 처럼 동작
  • 읽거나 쓰면 offset이 자동적으로 증가
• 직접 접근(direct access, random access)
  • LP 판 같이 동작
  • 임의의 순서를 바로 접근 가능

Disk에 파일 데이터를 저장하는 방법

• Contiguous Allocation

  

  • 파일을 순차적으로 저장
  • 장점
    • 빠른 I/O(한번의 seek으로 많은 바이트 transfer, swapping에 사 용)
    • 직접 접근 가능
  • 단점
    • 외부 조각이 발생
    • File grow가 어려움(커질 것을 감안해서 큰 섹터를 할당할 수 있지만 한계가 있음, 내부 조각 발생)

• Linked Allocation

  

  • 디렉토리에 시작과 끝 정보만 저장하고 다음 섹터의 정보를 가르키는 포인터를 섹터에 저장하는 방법
  • 장점 : 외부 조각 발생 X
  • 단점
    • 직접 접근 X
    • Reliability : 중간에 한 섹터가 고장나면 그 다음 정보들도 함께 유실
    • 포인터를 위한 공간이 섹터 내에 있어 효율성이 떨어짐 (512bytes 중 4bytes가 포인터로 사용)
  • 개선
    • FAT(File-allocation table) 파일 시스템 : 포인터를 별도의 위치에 보관하여 단점들 개선

• Indexed Allocation

  

  • 인덱스 블럭을 하나 둬 특정 파일의 위치를 한번에 저장
  • 장점
    • 외부조각 X
    • 직접 접근 가능
  • 단점
    • 작은 파일일 경우 공간 낭비
    • 큰 파일의 경우 하나의 block으로 index 저장하기에 부족 -> linked scheme(block의 마지막에 다음 index block 위치를 가르키게 해둠), multilevel index

실제 UNIX 파일시스템 기본 구조

• Boot block : 모든 파일 시스템이 0번 block에는 boot block이 설치(약속)

• Super block : 파일 시스템에 관한 총체적인 정보를 담음

• Inode list

  • 파일에 메타데이터를 담은 공간

  • 실제 파일시스템에서는 디렉토리에 파일에 모든 메타 데이터를 저장하는 것이 아닌 다른 공간에 저장
  • 디렉토리는 파일의 이름과 inode 번호만을 가지고 있음
  • 파일의 위치 정보는 Index allocation 방식을 사용(파일 크기에 따라 direct blocks -> single indirect -> double indirect 순으로 저장)

FAT File System

• FAT : 파일의 메타데이터(위치 정보만) 저장 공간

• 나머지 메타데이터는 디렉토리에 있음

• FAT이라는 별도의 테이블에 위치를 담고 있기 때문에 Linked Allocation의 단점 해결

Free-Space Management

• 빈 공간을 어떻게 관리할 것인가

• Bit map or bit vector

  • 빈 곳 = 0, 차있는 곳 = 1로 해서 관리
  • 연속적인 n개의 free block을 찾는데 효과적
  • 하지만 부가적인 공간을 필요로 함

• Linked list

  

  • 빈 공간을 연결해서 관리
  • 연속적인 가용공간 찾기 힘듬

• Grouping

  • Indexed Allocation과 같은 방법을 사용

  • 첫번째 block이 빈 block들을 가르키는 pointer를 가짐, 많다면 마지막에 다음 pointer를 가지는 block을 가지는 방법

  • 연속적인 공간 찾기 힘듬

• Counting

  • 빈 블록의 위치와 그 블록부터 몇개가 비었는지를 저장하고 관리

출처)

[운영체제 - 이화여자대학교

KOCW 공개 강의](http://www.kocw.net/home/cview.do?cid=3646706b4347ef09)