운영체제 13주차 정리 - 1

파일 시스템 - 기본 개념

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파일 시스템

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정의

저장매체(예: 하드디스크)에 데이터를 효율적으로 관리하기 위한 용도

 

컴퓨팅을 위한 파일들을 관리하는 운영체제의 한 부분
• 파일에 데이터를 효율적으로 읽고 쓰기 위해 구현
• 파일들을 효율적으로 관리하기 위해 구현

 

운영체제의 기능 및 특성에 따라 다양한 파일 시스템이 존재

파일 테이블 & 블록(Block)

블록

• 운영체제가 저장장치에 데이터의 접근을 위한 가장 작은 단위
• 블록의 크기는 사용자의 선택에 따라 달리 지정할 수 있음 = 포맷(Format)과정에서 수행

 

• 작은 블록의 크기
– 내부 단편화 줄어듦
– 블록의 개수가 많음 = 성능 저하

• 큰 블록의 크기
– 내부 단편화가 많아짐 = 공간 낭비
– 블록의 개수가 적음 = 성능 향상

 

파일 테이블

• 블록 테이블이라고도 함
• 파일의 항목들과 각 파일이 기록된 하드디스크내 블록의 위치정보를 관리

※ 하드디스크의 최소 저장 단위 : 섹터(sector)
- 광대한 용량으로 인해 섹터의 주소는 너무 많음
- 섹터들을 관리하기에는 시스템적으로 부담이 큼
- 여러 섹터를 하나의 블록으로 묶음 처리
- 최종적으로, 블록의 주소값을 활용

대표적 종류

- FAT(16/32) : 윈도우용 파일시스템
- NTFS : 윈도우용 파일시스템
- EXT(2/3/4) : 리눅스에서 주로 사용

- HFS+/APFS : macOS용 파일시스템

 

 FAT 16 파일 시스템

- FAT : File Allocation Table(파일 할당 테이블)
- MS-DOS에서 부터 윈도우95까지 사용
- 최대 2GB까지의 용량을 지원
- 파일명은 최대 8문자가 가능(확장자 3글자 제외)

FAT 32 파일 시스템

- 기존 FAT 16의 결점을 보완
- 윈도우 98 ~ 윈도우ME에서 기본 채택
- 최대 2TB까지의 용량을 지원
- 파일명은 최대 256문자가 가능
- USB 메모리 및 다양한 외부 저장매체에도 활용됨
- 일부 변형 파일 시스템(exFAT)이 탑재

FAT 16 & 32의 단점

- 보안 기능이 결여 = 공용 파일 저장용으로 활용
- 저용량 볼륨(Volume)에 최적

NTFS 파일 시스템

- NTFS : New Technology File System
- Windows NT 파일 시스템
- FAT32를 극복하기 위해 설계
- 지원 운영체제: NT 이후 모든 윈도우 운영체제
- 파일명 길이 : 최대 32,767문자 (운영체제 별 일부 차이는 있음)
- 최대 지원 용량: 256TB
- 보안 및 암호화 지원

 

저널링 파일 시스템(Journaling File System)

※ 저널링 파일 시스템
- 기록 데이터의 변화 과정을 로그(log)
- 문제 발생 시 복구가 가능

EXT(2/3/4) 파일 시스템

- EXT: Extended File System
- 리눅스 기반의 운영체제를 위해 설계(EXT1: 1992)
- EXT1에서 부터 기능이 보완되고 확장되면서 EXT4(2008)까지 개량
- EXT3에서부터 저널링 기능이 탑재
- EXT4기준 최대 파일 크기: 16TB
- EXT4기준 최대 볼륨 크기: 1EB(1TB x 106)

HFS & APFS 파일 시스템

- HFS: Hierarchical File System
- 애플의 macOS를 위해 1985에 도입
- 1998년 HFS+로 개량(저널링 기능 탑재)
- HFS : 최대 파일 크기: 2GB, 볼륨 크기: 2TB
- HFS+ : 최대 파일 및 볼륨 크기: 8EB
- 2017년 APFS(Apple File System)로 변경

파일 시스템 확인하기

구성

파일(Files)
• 연관된 정보들의 집합
• 데이터 본체가 기록된 공간

디렉토리(Directories)
• 파일들의 정보를 구성
• 파일들의 구성을 계층화
• 동의어: 폴더(Folders)
• 디렉토리도 파일의 한 종류

파티션(Partitions)
• 파일시스템을 구성하기 위한 디스크의 논리적인 공간

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파일

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정의

보조 기억장치에 저장된 정보들의 집합

기록된 정보 집합의 최소 단위

바이트 배열이 저장된 공간(Sequence of bytes)

기록 형태에 따른 분류
• 텍스트(아스키) 파일
• 바이너리(이진) 파일

 

파일 속성

파일의 유형

파일 처리 기능

- 생성
- 읽기

- 쓰기
- 이동(파일의 이름 변경 포함)
- 삭제
- 기타

- 운영체제의 시스템 함수 호출에 의해 제공

 

파일 기록 구조

순차 파일 구조(Sequential File Structure)
• 파일의 내용이 하나의 연속된 줄로 기록된 형태
• 연속적 데이터 접근을 기반한 매체(자기 테이프)에서 가장 효율적 방식

• 장점
– 낭비되는 저장 공간이 없음
– 데이터의 빠른 읽기/쓰기가 가능

• 단점
– 내용 갱신 및 중간 삽입이 비효율적임
– 위치 이동 시 너무 오래 걸림

인덱스 파일 구조(Index File Structure)
• 순차 파일 구조에 인덱스를 위한 필드를 추가한 방식
• 주로 디스크 기반의 저장매체에서 사용
• 현대의 기록매체에서 주로 사용하는 방식

• 장점
– 빠른 접근 및 위치 이동이 가능
– 중간에 삽입 및 변경이 쉬움

• 단점
– 내부 단편화가 발생
– 디스크의 낭비가 발생될 수 있음
(= 가성비 고려 대용량으로 극복)

직접 파일 구조(Direct File Structure)

• 물리적인 저장매체의 주소에 직접 접근하는 방식
• 해시(hash) 기법을 사용

• 장점
– 블록의 개수가 너무 많을 때 빠른 접근이 가능

• 단점
– 해시 충돌에 대한 해결방안이 필요

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디렉터리

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정의

- Directory
- 파일시스템에서 관리되는 파일들을 체계적으로 관리하기 위한 공간
- 공간: 논리적(가상) 영역
- 파일 및 하부 디렉터리들의 리스트를 관리
- 디렉터리 내 별도의 파일시스템 구성이 가능
• 파일들을 기능 또는 속성에 따라 분류해서 보관이 가능

 

경로(Path)

파일이 전체 디렉터리 중 어디에 있는지를 나타내는 정보

 

동일 디렉터리에는 동일한 명칭의 파일 또는 디렉터리가 존재할 수 없음
• 단, 동일 명의 파일이나 디렉터리는 다른 디렉터리에 존재할 수 있음

 

루트(root) 디렉터리: 최상위 디렉터리를 의미

절대 경로

• 루트 디렉터리(/)를 기준으로 파일의 위치를 나타내는 방식
• 예: /etc/default/

상대 경로

• 현재 있는 위치를 기준으로 파일의 위치를 표시하는 방식
• 예: ../ (상위 경로를 의미)

 

예:

파일 및 디렉터리의 명명 규칙

사용 가능
• 알파벳(대소문자 구분), 한글, 숫자, 하이픈(-), 밑줄(_), 점(.)
• 기타: 공백, *, &, |, 등의 특수 문자

사용 불가
• /

 

마운트(mount)

- 현재 파일 시스템에 다른 파일시스템을 연결하는 것
- 유닉스 운영체제에서 여러 개의 파티션을 하나의 파일시스템의 하위 폴더에 연결

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파티션

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정의

- 디스크를 논리적인 구역으로 분할
- 파티션 하나에 하나의 파일 시스템이 탑재
- 대용량 하드디스크의 경우 여러 개로 나누어 사용하면 관리하기가 편함
- 여러 개의 하드디스크를 하나의 파티션으로 통합하여 사용하기도 함

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디스크 장치 관리

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포멧팅(formatting)

디스크에 파일 시스템을 탑재
• 디스크 표면을 초기화
• 빈 저장장치에 파일 테이블을 탑재

빠른 포매팅과 느린 포매팅

빠른 포매팅 : 
• 파일 테이블만 초기화
• 데이터 복구 가능

느린 포매팅 : 
• 파일 시스템을 탑재
• 디스크 표면을 초기화
• 데이터 복구 불가

조각모음

- 하드디스크의 분산된 섹터에 저장된 데이터들에 대하여 재정렬하는 과정
- 동일 파일 블록에 대하여 연속된 섹터에 할당

- 데이터 접근이 빨라짐