10장 File Systems

 

reference: kocw의 반효경 교수님 강의와 권진욱 교수님 강의(대학 정규 수업)
수업을 듣고나서 강의 교재를 타이핑하고 필기한 부분을 추가적으로 정리하였습니다.
웹뷰에서 toc를 제공합니다.
github의 md 파일로 보는 게 편하시다면, 여기로 이동해주시면 됩니다.

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1 file, file system, directory, logical disk

File

• "A named collection of related information"
• 비휘발성의 보조기억장치(ex 하드디스크)에 저장되는 단위
• 운영체제는 다양한 저장 장치를 file이라는 동일한 논리적 단위로 볼 수 있게 해 줌
• 메모리는 주소를 통해서 접근 ↔ 파일은 이름을 통해서 접근
• Operation 가능한 연산
  • create, read, write, reposition (lseek), delete, open, close 등
  • 파일의 연산중 reposition(lseek)는 파일의 읽고 있는 포인터를 수정해주는 것
  • Open하고 Close는 왜 할까? → 파일의 메타데이터를 메모리 올리고 내리는 작업

File attribute ( = 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 방법을 결정하고 파일을 보호

Directory (폴더)

• 파일의 메타데이터 중 일부를 보관하고 있는 일종의 특별한 파일
  • 디렉토리도 하나의 파일!
  • 디렉토리는 자기 안에 파일들의 메타데이터를 가지고 있다
• 디렉토리에 속한 파일 및 파일 attribute 들을 가지고 있음
• Operation 연산
  • search for a file 파일 찾기, create a file 생성, delete a file 지우기
  • list a dictionary 리스트, rename a file 이름 바꾸기, traverse the file system 파일 시스템을 전체 탐색 등의 연산을 할 수 있다.

Partition (= Logical Disk)

• 하나의 (물리적) 디스크 안에 여러 파티션을 두는 게 일반적 ex) C drive, D drive
• 여러 개의 물리적인 디스크를 하나의 파티션으로 구성하기도 함 ex) raid
• (물리적) 디스크를 파티션으로 구성한 뒤 각각의 파티션에 file system을 깔거나 swapping 등 다른 용도로 사용할 수 있음
• 운영체제가 보는 것은 물리적 디스크가 아닌 논리적 디스크

2 Open()

open("/a/b/c")

• 디크스로부터 파일 c의 메타데이터를 메모리로 가지고 오란 뜻이다.
• Open 함수가 리턴하는 값은 각 프로세스에 있는 파일 디스크립터(fd) 값을 반환한다.
  • 보통 3부터 시작(0, 1, 2 표준 입출력 애러)

• A 프로세스가 open 함수를 사용한다. (→ 시스템 콜이라서 프로세스가 운영체제에게 넘어감)
• 오픈된 파일이 전역으로 관리 되는 Open file table 이 있다.
• 운영체제의 Root 디렉토리의 메타데이터를 가지고 있다.
• Root의 메타데이터를 Open(open file table로 가지고 온다) 한다.
• Root 폴더(root의 content) 안에서 a의 메타데이터를 접근해서 다시 연다 (이 작업을 찾을 때까지 반복한다.)
• a 폴더(a의 content) 안에서 b의 메타데이터에 접근해서 다시 연다.
• b의 메타데이터를 Process A의 PCB에 가지고 온다.
• 이제 오픈한 파일을 읽을 때 이미 올라온 FD에 접근만 하면 된다.

• FD는 파일의 메타데이터를 가리키고 있고(일종의 메타데이터 포인터), 해당 메타데이터는 파일의 내용을 가르키고 있다.
• 파일의 내용을 메모리의 작은 부분에 저장하는 데 이를 버퍼 캐시라고 한다.
• 메모리 안에 버퍼 캐시에 저장을 하면 다시 사용자 read 요청을 했을 때 캐시에 있는 것을 바로 주면 된다.
• 이 버퍼에 대한 권한은 모두 OS가 가지고 있기 떄문에 LRU, LFU 알고리즘이 사용 가능하다.
• 여러 프로세스에 같은 파일을 접근할 수 있다. 각 프로세스마다 offset을 둔다.

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• directory path의 search에 너무 많은 시간이 소요되기에 open을 read/write 별도로 둔다. 한 번 open한 파일은 read/write 시 directory search가 불필요하다. 왜냐하면 이미 원하는 파일의 메타데이터가 메모리에 들어와있기 때문이다.
• Open file table: 메모리에서 현재 open 된 파일들의 메타데이터 보관소를 말한다. 디스크의 메타데이터보다 open한 프로세스의 수, file offset(파일 어느 위치 접근 중인지) 등의 몇 가지 정보가 추가된다.
• fd: file descriptor (file handle, file control block) 의 약자이고 프로세스 별로 open file table에 대한 위치 정보가 적혀있다.

3 File Protection

• 메모리에서는 read, write에서만 신경 썼다.
• 파일은 여러 곳에 사용되기 떄문에.. 접근권한 유저와, 어디까지 연산이 가능한지를 동시에 가지고 있어야 한다.

Access control Matrix (접근제어행렬)

• 파일과 사용자의 사용권한을 표로 만든 것

• 

• Access control list(ACL): 파일 별로 누구에게 어떤 접근 권한이 있는지 표시
• Capability: 사용자별로 자신이 접근 권한을 가진 파일 및 해당 권한 표시

Grouping

• 전체 user를 owner, group, public 세 그룹으로 구분하여 각 파일에 대해 3bit씩 사용자 권한을 표시 (9bit)
• 유닉 스에서 사용(맥 터미널에서 ls -al), 가장 많이 사용
  • ex) rwxr--r--

Password

• 파일 마다 비밀번호를 두는 방법 (디렉토리 파일에 두는 방법도 가능)
• 모든 접근 권한에 대해 하나의 password: all-or-nothing
• 접근 권한별 password: 비번을 암기 및 관리 문제가 생김.

 

다른 디스크에 파일 시스템을 접근하려면 어떻게 해야 되냐 → Mounting

 

04 File System의 Mounting

mount: 가져다 붙인다

Q. disk1 에서 disk 2와 disk 3에 접근하고 싶다면 어떻게 해야할까?

A. mounting 하면 된다. 위의 그림과 같이 연결 시키는 것이 mounting이다.

굉장히 flexible한 방식

mounting을 통해 file system을 무한 확장할 수 있다!

linux에서 man mount 와 같은 명령어로 실행하기 됨.

window에서는 내 컴퓨터 밑에 C: D: E: 드라이브들이 붙어있는 것은 바로 linux의 mount 개념에서 나온 것.

5 Access Methods

시스템이 제공하는 파일 정보의 접근 방식

• 순차 접근 (sequenctional access)
  • 카세트 테이프를 사용하는 방식처럼 접근
  • 읽거나 쓰면 offset은 자동적으로 증가
• 직접 접근 (direct access, random access)
  • LP 레코드 판과 같이 접근하도록 함
  • 파일을 구성하는 레코드를 임의의 순서로 접근할 수 있음

ex)

• HDD: 원판에 원형 형태로 데이터가 들어있음. track 까지는 직접 접근이 가능하고 이후에 원하는 지점까지 돌아서 찾기 때문에 약간의 순차 접근 방식이 섞여 있음
• SSD: 메모리 칩 안에 저장 장치들이 있기 때문에 직접 접근
• DRAM: 직접 접근