[파일 시스템] 파일 시스템

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파티셔닝과 포매팅

• 보조기억장치를 사용하려면 파티션을 나누는 작업과 포맷 작업을 거쳐야 한다.

파티셔닝

• 저장 장치의 논리적인 영역을 구획하는 작업이다. 즉 칸막이로 영역을 나누는 작업을 말한다.
• 파티션: 파티셔닝 작업을 통해 나누어진 영역 하나하나

포매팅

• 파일 시스템을 설정하여 어떤 방식으로 파일을 저장하고 관리할 것인지 결정하고, 새로운 데이터를 쓸 준비를 하는 작업을 의미한다.
• 즉, 어떤 종류의 파일 시스템을 사용할지는 이때 결정난다.
• 파일 시스템에는 여러 종류가 있고, 파티션마다 다른 파일 시스템을 설정할 수도 있다.

=> 포매팅까지 완료하여 파일 시스템을 설정했다면 파일과 디렉터리를 생성할 수 있다.

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파일 할당 방법 3️⃣

• 운영체제는 하나 이상의 섹터를 블록이라는 단위로 묶어 파일과 디렉터리를 관리한다. 파일 시스템이 모든 섹터를 관리하기에는 개수가 너무 많고 크기도 작기 때문이다.
• 파일 할당에는 연속 할당과 불연속 할당(연결 할당, 색인 할당)이 있다.
  • 오늘날까지 사용되는 방식은 불연속 할당이다.

1. 연속 할당

• 가장 단순한 방식으로 보조기억장치 내 연속적인 블록에 파일을 할당하는 방식이다.
• 파일의 첫 번째 블록 주소, 블록 단위의 길이만 알면된다.
• 디렉터리 엔트리에 파일 이름, 첫 번째 블록 주소, 블록 단위 길이를 명시한다.
• 단점: 외부 단편화를 야기한다.

2. 연결 할당(불연속 할당)

• 각 블록 일부에 다음 블록의 주소를 저장하여 각 블록이 다음 블록을 가리키는 형태로 할당하는 방식이다.
• 파일을 이루는 데이터를 연결 리스트로 관리한다.
• 디렉터리 엔트리에 파일 이름, 첫 번째 블록 주소, 블록 단위 길이를 명시한다.
• 단점:
  • 반드시 첫 번째 블록부터 하나씩 차례대로 읽어야 한다.
    • 파일 내 임의의 위치에 접근하는 속도가 매우 느리다.
  • 하드웨어 고장이나 오류 발생 시 해당 블록 이후 블록은 접근할 수 없다.
    • 하나의 블록 안에 파일 데이터, 다음 블록 주소가 모두 포함되어 있어, 하드웨어 고장이나 오류에 의해 블록에 문제가 생기면 그 블록 이후의 블록에는 접근할 수 없다.

3. 색인 할당(불연속 할당)

• 파일의 모든 블록 주소를 색인 블록이라는 하나의 블록에 모아 관리하는 방식이다.
• 파일 내 임의의 위치에 접근하기 쉽다.
• 디렉터리 엔트리에 파일 이름, 색인 블록을 명시한다.

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파일 시스템

• 파일과 디렉터리를 보조기억장치에 저장하고 접근할 수 있게 하는 운영체제 내부 시스템이다.
• 다양한 종류가 있고, 하나의 컴퓨터에서 여러 파일 시스템을 사용할 수 있다.
• 다양한 파일 시스템이 있지만 보통 2가지로 나뉜다. 2️⃣
  • FAT 파일 시스템: USB 메모리, SD 카드 등의 저용량 저장 장치에서 사용
  • 유닉스 파일 시스템: 유닉스 계열 운영체제에서 사용

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1. FAT(File Allocation Table) 파일 시스템

• 연결 할당의 단점을 보완한 파일 시스템이다.
• 각 블록에 포함된 다음 블록의 주소들을 모아 테이블 형태로 관리한다. 이러한 테이블을 파일 할당 테이블(FAT)라고 한다. FAT는 블록 주소와 다음 블록 주소를 명시한다.
• 예약 영역, FAT 영역, 루트 디렉터리 영역, 데이터 영역으로 나눠진다.
• 디렉터리 엔트리에 파일이름과 첫 번째 블록주소를 명시한다.
• FAT는 파티션의 앞부분에 만들어진다. 실행 도중 FAT가 메모리에 캐시될 수 있는데 이 경우 기존 연결 할당보다 다음 블록을 찾는 속도가 매우 빨라진다.

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2. 유닉스 파일 시스템

• 색인 할당 기반이다.
• 색인 블록(i-node)에는 파일 속성 정보와 15개의 블록 주소가 저장될 수 있다.
• 파일마다 i-node가 있고, i-node마다 번호가 부여되어 있다.
• 예약 영역, i-node 영역, 데이터 영역으로 나눠진다.
• 파일 속성뿐만 아니라 파일 크기가 크더라도 파일 데이터를 모두 가리킬 수 있다.
• 디렉터리 엔트리에 i-node 번호와 파일이름을 명시한다.
• 루트 디렉터리의 i-node를 항상 기억하고 있다.

1. 블록 주소 중 12개에는 직접 블록 주소를 지정한다.

• 직접 블록: 파일 데이터가 저장된 블록
• 이것만으로 파일 데이터 블록을 모두 가리킬 수 있다면 추가적인 작업이 필요하지 않다.

2. 1의 내용으로 충분치 않다면 13번째 주소에 단일 간접 블록 주소를 저장한다.

• 단일 간접 블록: 파일 데이터를 저장한 블록주소가 저장된 블록

3. 2의 내용으로 충분치 않다면 14번째 주소에 이중 간접 블록 주소를 저장한다.

• 이중 간접 블록: 단일 간접 블록들의 주소를 저장하는 블록

4. 3의 내용으로 충분치 않다면 15번째 주소에 삼중 간접 블록 주소를 저장한다.

• 삼중 간접 블록: 이중 간접 블록 주소가 저장된 블록

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✚ 저널링 파일 시스템

• 저널링 기법: 작업 로그를 통해 시스템 크래시가 발생했을 때 빠르게 복구하기 위한 방법
  • 시스템 크래시: 컴퓨터를 이용해 작업하던 도중 갑자기 전원이 나가거나 오류로 인해 강제로 종료되어 버린 상황
• 예약 영역, 로그 영역, i-node 영역, 데이터 영역으로 나눠진다.
• 현대 대부분의 파일 시스템은 저널링 기능을 지원한다.

파일 시스템을 변경하는 작업 순서

1. 작업 직전 파티션의 로그 영역에 수행하는 작업(변경 사항)에 대한 로그를 남긴다.
2. 로그를 남긴 후 작업을 수행한다.
3. 작업이 끝났다면 로그를 삭제한다.

• 시스템 크래시가 발생하여 다시 부팅해야할 때 파일 시스템 전체를 검사할 필요 없이, 시스템 크래시가 발생한 직후에 로그 영역을 읽어 알아낸 후 해당 작업을 완료한다.

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✚ 마운트

• 한 저장 장치의 파일 시스템에서 다른 저장 장치의 파일 시스템에 접근할 수 있도록 파일 시스템을 편입시키는 작업을 말한다.
• 유닉스, 리눅스와 같은 운영체제에서 다양한 저장 장치를 컴퓨터에 연결할 때 mount 명령어를 사용한다.