[OS] UNIX/Linux File System

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

👑 UNIX File System

UNIX File System에서는 다음의 여섯 가지 종류로 파일을 구분한다.

• Regular (or Ordinary) file

• Directory

• Special file

• Named pipes

• Links

• Symbolic links

💡 Inode

UNIX 및 UNIX 계열 운영 체제에서 inode(인덱스 노드)는 파일에 대한 메타데이터를 저장하는 데이터

구조이다. 파일 시스템의 각 파일은 inode과 연결되어 있으며, 해당 파일에 대한 중요한 정보를 포함한다.

inode에 대한 주요 내용은 다음과 같다.

• 고유 식별자

  • 각 inode는 파일 시스템 내에서 inode 번호(인덱스 번호)로 고유하게 식별된다.
    이 번호는 운영 체제가 inode와 연결된 파일을 찾고 관리하는 데 사용된다.

• 메타데이터

  inode은 파일에 대한 메타데이터를 저장하며, 이는 다음을 포함한다.

  • 파일 유형 (일반 파일, 디렉토리, 심볼릭 링크 등을 구분)

  • 파일 소유자, 그룹 및 기타 사용자에 대한 권한(읽기, 쓰기, 실행)

  • 타임스탬프(생성 시간, 최근 접근 시간, 최근 수정 시간)

  • 파일 크기(바이트 단위)

  • 파일의 실제 내용을 저장하는 디스크의 데이터 블록에 대한 포인터

  • Link Count : 해당 inode에 대한 링크의 수를 나타내는 값
    쉽게 말하면, 몇 개의 디렉토리에서 이 파일을 가리키고 있는지를 알려줌

• 데이터 블록에 대한 포인터

  • inode에는 일반적으로 파일 내용이 저장된 디스크의 데이터 블록에 대한 포인터가 포함되어 있다.

  • 이러한 포인터는 파일 크기 및 파일을 저장하는 데 필요한 데이터 블록의 양에 따라
    직접 포인터, 단일 간접 포인터, 이중 간접 포인터 또는 삼중 간접 포인터일 수 있다.

• Inode 테이블

  • 파일 시스템은 파일 시스템 내 모든 파일의 inode를 포함하는 inode table (or list)을
    가지며, 파일에 액세스할 때 해당하는 inode가 메모리로 로드되어 파일 작업에 사용된다.

💡 UNIX File Allocation

UNIX 시스템은 Indexed allocation 방식을 사용하여, 파일을 블록 단위로 할당한다.

파일의 블록은 연속적이지 않을 수 있으며, 파일 할당 방식은 각 파일의 inode에 저장되어 있다.

일반적으로 UNIX 시스템에서는 다음과 같은 방식으로 파일 할당이 이루어진다.

• Direct Pointers

  • 모든 UNIX 시스템 구현에서는 inode에 직접 포인터(direct pointers)가 포함되어 있다.
    

  • 직접 포인터는 파일의 처음 몇 개 블록을 직접 가리키는 포인터로, 일반적으로 12개이다.
    

  • 이는 작은 파일의 경우에는 파일 데이터 블록을 직접 가리키는 데 사용된다.

• Indirect Pointers

  파일이 더 많은 블록을 필요로 하는 경우, inode에는 간접 포인터(indirect pointers)가
  포함된다. 간접 포인터는 추가적인 블록을 가리키는 포인터로, 세 가지 유형이 있다.
  
  

  • Single Indirect Pointer

    • Inode의 포인터가 Single Indirect Pointer을 가리키며, 해당 블록은
      데이터 블록을 가리킨다.

  • Double Indirect Pointer

    • Inode의 포인터가 Double Indirect Pointer를 가리키며, 해당 블록은 다시
      Single Indirect Pointer를 가리키고, 이는 데이터 블록을 가리킨다.

  • Triple Indirect Pointer

    • Inode의 포인터가 Triple Indirect Pointer를 가리키며, 해당 블록은
      Double Indirect Pointer -> Single Indirect Pointer -> data 의 경로를 가진다.

👑 Linux Virtual File System

Virtual File System(VFS)은 사용자가 파일 시스템에 관계 없이 공통된 인터페이스로

파일 시스템에 접근할 수 있도록 하는 계층을 의미한다. 디스크마다 다른 파일 시스템을 가지고

있더라도 VFS가 세부 사항을 추상화하여 open, read, write, close과 같은 system call을

통해 똑같이 처리할 수 있도록 한다. 이러한 VFS의 역할 덕분에 Linux는 다양한 파일 시스템을 지원하며,

사용자와 응용 프로그램이 파일 시스템의 차이를 신경 쓰지 않고 파일 작업을 수행할 수 있게 된다.