[OS] File System

William Stallings의 『Operating Systems, Internals and Design Principles (9th Ed.)』 을 토대로 작성하였음.

👑 File

파일 (File)은 데이터나 정보를 저장하는 기본 단위로 비슷한 유형의 자료들의 집합이다.

하나의 단일 엔티티로 취급되며, 각 파일은 고유한 이름을 가진다.

파일의 정보는 파일 속성 (file attribute)에 저장되며, FCB (File Control Block)라 불리는

자료 구조에 의해 관리된다. 파일 속성에는 파일 이름, 크기, 생성 날짜, 수정 날짜, 접근 권한 등의

파일에 대한 전반적인 정보가 포함된다.

💡 FCB : File Control Block

FCB 는 파일에 대한 모든 메타 데이터를 저장하고 관리하는 데이터 구조이다.

파일의 속성, 위치, 상태 등 여러 중요한 정보를 포함하여 OS가 파일을 효율적으로 관리하고 접근할

수 있도록 도와주는 역할을 한다.

FCB에 포함되는 정보

• 파일 이름

• 파일 타입

• 파일 위치

• 파일 크기

• 소유자 정보

• 접근 권한

• etc..

FCB는 운영체제마다 구체적인 구현 방식이 다를 수 있으며, 유닉스 계열 OS에서는

inode로 구현되며, Windows NT에서는 Master File Table(MFT)로 구현된다.

💡 Device File

Device File 또는 Special File은 유닉스 계열 운영 체제에서의 device driver와의

인터페이스를 제공하는 특수한 파일이다. 파일 시스템의 일부로서, 일반 파일처럼 보이지만

실제로는 장치 드라이버와 상호 작용하는데 사용된다.

Device File은 크게 두 가지로 나뉜다.

• Block Device File

  • 데이터가 블록 단위로 읽고 쓰여지는 디바이스를 나타낸다.

  • 주로 SSD, 플래시 메모리, CD-ROM 등이 Block Device File을 사용한다.

• Character Device File

  • 데이터가 문자(바이트) 단위로 연속적으로 읽고 쓰여지는 디바이스를 나타낸다.

  • 주로 키보드, 마우스 등이 Character Device File을 사용한다.

Device File은 일반 파일과는 다른 속성들을 가지고 있다.

• Major number

  • 디바이스 드라이버를 식별하는 번호로, OS가 이 번호를 통해 어떤 드라이버가
    디바이스 파일과 연관되는지를 결정한다.

• Minor number

  • 드라이버 내에서 특정 디바이스를 식별하는 번호로, 동일한 드라이버를 사용하는
    여러 디바이스를 구분하는 데 사용된다.

Device File은 mknod 명령어를 사용하여 생성할 수 있다.

mknod /dev/file_name [b/c] major_number minor_number

👑 Directory

디렉토리 (Directory)는 파일 시스템에서 파일을 체계적으로 관리하고 조직하는 파일의

정보를 담고 있는 구조이다. 디렉토리는 파일과 다른 디렉토리(서브 디렉토리)를 포함할 수

있으며, 디렉토리 역시 파일로 간주된다.

디렉토리의 주요 기능

• 파일 조직

  • 파일을 그룹화하여 체계적으로 관리할 수 있게 해준다.

• 계층 구조

  • 디렉토리는 트리 구조를 형성하여, 루트 디렉토리에서 시작하여 여러 서브 디렉토리를 통해
    파일을 정리할 수 있다.
    (유닉스 계열에서 루트 디렉토리는 / 로 표시되며, 루트 디렉토리의 inode number = 2)

• 파일 이름 관리

  • 디렉토리는 동일한 이름을 가진 파일이 다른 디렉토리 내에 존재할 수 있도록 한다.

• 메타데이터 관리

  • 파일의 메타데이터를 관리한다.

👑 File System

운영체제의 파일 시스템 (File System)은 데이터 저장, 검색, 관리, 및 조직화 방법을 정의하는

중요한 구성 요소이다. 파일 시스템은 하드 드라이브, SSD, USB 드라이브, CD/DVD 등 다양한 저장

장치에서 작동하며, 사용자가 데이터를 효율적으로 저장하고 접근할 수 있도록 도와준다.

파일 시스템은 주로 2차 저장 장치(디스크)에 위치하며, 다음의 구성 요소를 포함한다.

• Boot block

  • OS 부팅 시 필요한 정보를 저장하는 블록으로, 시스템이 시작할 때, 처음으로 읽어오는 부분이다.

• Partition control block (super block)

  • 파일 시스템에 관한 정보를 담고 있는 블록으로, 파일 시스템의 전체적인 구조와 상태 정보를 포함한다.

    • 파일 시스템의 크기(블록 수)
    • 파일 시스템 내의 빈 데이터 블록 수
    • 빈 데이터 블록의 목록
    • 파일 시스템에 있는 전체 inode의 개수
    • 빈 inode의 수
    • 빈 inode의 목록

• Directory structure

  • 파일 시스템 내에서 파일과 디렉토리를 조직화하여 계층적으로 배치한다.

• File control blocks (Inode list)

  • 각 파일에 대한 FCB를 포함한다.

  • Unix/Linux 에서 하나의 inode의 크기는 128 bytes

  • 즉, Inode list는 하나당 128 bytes의 크기를 갖는 inode들의 배열이다.

  

• Data blocks

  • 실제 데이터가 저장되는 블록이다.

💡 주요 운영체제의 파일 시스템 구조