[운영체제] 파일 시스템

파일 시스템

• 파일시스템
  • 대신 파일을 보관하고 관리하는 파일 관리자를 두어 저장장치의 전체 관리를 맡기는 시스템
  • 파일 시스템에서 파일 관리자는 사용자의 요청에 따라 파일을 저장하거나 파일의 내용을 읽어온다.
• 파일 관리자
  
  • 사용자가 직접 파일을 보관하거나 접근하지 못하도록 하고 대신해준다
• 파일 디스럽터
  • 파일 접근 권한

 

파일 시스템의 기능

• 파일을 생성
• 디렉터리 구조를 제공
• 파일 이름과 확장자를 만들어 관리

블록과 파일 테이블

• 데이터는 운영체제와 저장장치 간에 블록 단위로 전송된다. 
• 블록
  • 저장장치에서 사용하는 가장 작은 단위
  • 한 블록에 주소 하나가 할당
  • 메모리는 바이트 단위로 저장
  • 하드디스크의 물리적인 구조상 가장 작은 저장 단위는 섹터
• 섹터마다 주소를 부여하면 너무 많은 양의 주소가 필요하기에 섹터를 묶어 하나의 블록으로 만들고, 블록 하나에 주소 하나를 배정한다.  
• 블록의 크기는 시스템마다 다르기 때문에 크기가 큰 파일을 많이 사용할 때는 블록 크기를 크게 잡는 것이 좋다.

 

파일 분류와 확장자

• 파일
  • 논리적인 데이터의 집합
  • 0과 1의 비트 패턴
  • 운영체제 입장
    
    • 실행 파일
      • 운영체제가 메모리로 가져와 CPU를 이용하여 작업을 하는 파일
    • 데이터 파일
      • 실행 파일이 작업하는 데 필요한 데이터를 모아놓은 파일
  • 파일을 구분하기 위해 모든 파일은 각각 고유한 헤더를 가지고 있고, 파일의 성격을 알기 위해 확장자를 붙인다.

 

파일 이름과 연결 프로그램

• 대부분의 파일 이름은 '파일 이름.확장자'의 형태로 구성된다. 
• 확장자를 바꾼다고 해서 파일 내용이 바뀌지는 않는다.

 
파일 속성

• 파일 속성은 각 파일 헤더에 기록되며, 
• 운영체제는 이러한 파일 헤더를 파일 테이블에서 관리한다.  
• 파일 헤더
  • 파일 테이블에서 관리하며 일반적인 내용이 담겨있다.
• 고유 헤더
  • 파일의 버전 번호, 크기 등 응용 프로그램이 필요로 하는 정보가 담겨 있다.

 

파일 구조

 
순차 파일 구조

• 일반 파일은 기본적으로 순차 파일 구조
• 순차 파일 구조는 파일 내용이 하나의 긴 줄로 늘어선 형태
• 파일을 작업할 때, 앞에서부터 뒤까지 순차적인 접근만 가능하다.
• 장점
  • 순서대로 기록되기 때문에, 공간 낭비가 없고 구조가 단순하다. 따라서 순서대로 읽거나 저장할 때 빠르다.
• 단점
  • 새로운 데이터를 삽입하거나, 삭제할 때 시간이 많이 소요되고 특정 데이터로 직접 접근이 어렵다.

 
인덱스 파일 구조

•  순차 파일 구조의 단점을 해결한 파일 구조
• 순차 파일 구조에 인덱스 테이블을 추가하여 순차 접근과 직접 접근이 가능하다.
• 음악 CD가 대표적인 예이다. 

 

직접 파일 구조

• 저장하려는 데이터의 특정 값에 어떤 관계를 정의하여 물리적인 주소로 바로 변환하는 파일 구조
• 해시 테이블이 대표적인 예이다.
• 데이터 접근이 매우 빠르지만 해시 함수의 선정이 매우 중요하다.

 

디렉터리

• 관련 있는 파일을 하나로 모아놓은 곳
• 디렉터리도 파일이다.
• 따라서 디렉터리도 일반 파일과 마찬가지로 헤더를 가진다.

 
경로

• 파일이 전체 디렉터리 중 어디에 있는지를 나타내는 정보
• 서로 다른 디렉터리에는 같은 이름의 파일이 존재할 수도 있다.
• 절대 경로
  • 루트 디렉터리를 기준으로 파일의 위치를 나타내는 방식 
• 상대 경로
  • 현재 있는 위치를 기준으로 파일의 위치를 나타내는 방식

 

디렉터리 구조

• 1단계 디렉터리 구조
  • 매우 단순하지만 파일이 많아지면 불편하다.
• 다단계 디렉터리 구조 = 트리 디렉터리 구조  
  • 디렉터리 속에 디렉터리가 존재하는 구조이다.

 

마운트

• 파티션은 논리적인 디스크 분할로, 하나 또는 여러 개의 디스크를 파티션으로 나누어 사용할 수 있다. 
• 이러한 파티션이 여러 개 있을 때 통합하는 명령어가 바로 마운트이다.

 

디스크 파일 할당   

• 연속 할당
  • 파일을 구성하는 데이터를 디스크 상에 연속으로 배열하는 간단한 방식
  • 그렇지만 디스크에 남은 공간 중 파일의 크기와 맞는 연속된 공간이 없을 때는 연속 할당이 불가능하다.
• 불연속 할당
  • 비어 있는 블록에 데이터를 분산하여 저장하고 이에 관한 정보를 파일 시스템이 관리하는 방식
  • 대표적인 불연속 할당 방식으로는 연결 리스트를 이용한 연결 할당과 인덱스를 이용한 인덱스 할당이 있다.

 

연결 할당 

• 파일에 속한 데이터를 연결 리스트로 관리하는 방식으로 체인 할당이라고도 한다.
• 테이블 형태로 관리 (FAT)
• 파일 테이블에는 시작 블록에 대한 정보만 저장

 

인덱스 할당

• FAT의 최대 할당 크기 제한의 문제를 해결하기 위해 인덱스 할당 방식 사용
• 데이터의 인덱스를 담고 있는 인덱스 블록을 연결
• 인덱스 블록은 실제 데이터의 위치에 관한 정보를 순서대로 보관

 

디스크의 빈 공간 정리

• 디스크 블록의 크기에 따라 낭비되는 공간이 생길 수도 있다. 낭비되는 공간을 내부 단편화 
• 내부 단편화 때문에 실제 전체 파일 크기보다 디스크에 할당된 파일의 크기가 더 커진다.
• 이러한 현상을 해결하기 위해 빈 블록의 정보만 모아놓은 빈 공간 리스트를 사용해 빈 공간을 최소화한다.