File Systems (Dateisysteme) Architecture

응용 프로그램이 만들어낸 논리적인 데이터를 하드디스크의 물리적인 블록에 어떻게 맵핑하고, 이를 어떻게 빠르고 안전하게 관리할 것인가

File System (Dateisysteme) Architecture

운영체제는 하드디스크의 복잡한 물리적 구조(섹터, 실린더 등)를 숨기고 ‘파일(File)’이라는 논리적 단위로 추상화함

File

• Everything is a file: 유닉스/리눅스 환경에서는 단순한 텍스트 데이터뿐만 아니라 디렉터리, 마우스/키보드(Character Special Files), 하드디스크(Block Special Files) 등 시스템의 모든 요소를 파일로 취급하여 관리함

물리적 할당 전략

연속 할당 방식 (Contiguous Allocation)

• 파일의 블록들을 디스크에 물리적으로 연속되게 일렬로 저장
• 구현이 쉽고 읽기 속도가 가장 빠름
• 파일을 지우고 쓰다 보면 중간중간에 빈 공간이 버려지는 외부 단편화(Externe Fragmentierung) 문제가 발생

연결 리스트 방식 (Linked List)

• 블록들을 흩어놓되, 블록의 끝에 ‘다음 블록의 주소’를 적어 연결 리스트로 만듦
• 외부 단편화는 해결되지만 임의 접근(Random Access)이 느려짐 -> 이를 보완하기 위해 포인터들을 메모리(RAM)에 표 형태로 모아둔 것이 FAT

FAT (File Allocation Table)

i-node 방식 (Index-node)

• 파일의 메타데이터(크기, 권한 등)와 데이터 블록의 주소(포인터)를 하나의 i-node라는 인덱스 테이블에 모아둠
• 파일이 커지면 간접(single), 이중 간접(double), 삼중 간접(triple) 포인터를 사용하여 수십 기가바이트에서 테라바이트 단위의 거대한 파일도 효율적으로 관리할 수 있음

ext

안정성과 성능 최적화

안정성 - Journaling

파일 삭제나 생성 도중 시스템이 크래시 났을 때 데이터 일관성이 깨지는 것을 막기 위해, 디스크에 쓰기 전에 수행할 작접을 미리 로그(저널)에 기록해두는 기술

성능 최적화

• Buffer Cache: 느린 디스크 접근 속도를 극복하기 위해 자주 쓰는 블록을 메모리에 캐싱
• Read-Ahead: 앞으로 읽을 데이터를 미리 읽어오기
• Defragmentierung: 파편화된 디스크를 정리

가상 파일 시스템 (VFS)

ext, FAT 등 서로 다른 파일 시스템들을 통합하여 사용자에게 일관된 인터페이스(open, read, write)를 제공하는 계층에 대해서도 덧붙일 수 있음