0. Introduction

 

1. File and File System

  • File

    A named collection of related information

    • 저장 장소:
      • 일반적으로 비휘발성의 보조기억장치(disk)에 저장
    • 메모리는 주소를 통해서 접근하는 장치지만, disk에 일반적으로 저장되는 file은 이름을 통해서 접근한다.
    • 운영체제는 다양한 저장 장치를 file이라는 동일한 논리적 단위로 볼 수 있고 관리한다.
      • 운영체제의 관리 방법으로 사용되는 file을 ‘device special file’ 이라 한다.
    • file 관련 Operation(연산):
      • create, delete,read, write, reposition(파일 내부의 위치 저장), open, close 등

  • File attribute(or metadata of file)

    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 체계

    • 파일 및 파일의 메타 데이터, 디렉토리 정보 등을 관리
    • 파일의 저장 방법 결정
    • 파일 보호 등

  • Directory

    • 파일의 metadata 중 일부를 보관하고 있는 일종의 특별한 파일
    • 그 디렉토리에 속한 파일 이름 및 파일 attribute들을 가지고 있다.
    • directory로 정의되는 연산
      • file 찾기, 만들기, 지우기
      • list a directory, rename a file, traverse(탐색) the file system

  • Partition (= Logical Disk)

    • 하나의 물리적 디스크 안에 여러 파티션을 두는 게 일반적이다.
      • 쪼개진 파티션을 C drive, D drive라 불린다.
    • 반대로 여러 개의 물리적인 디스크를 하나의 파티션으로 구성하기도 한다.
    • (물리적) 디스크를 파티션으로 구성한 뒤 각각의 파티션에 file system을 설치하거나, 가상 메모리의 swapping 등 다른 용도로 크게 2가지로 나눠 사용할 수 있다.

 

2. open() 연산

system call을 통해서 OS가 물리적 디스크에 있는 file의 metadata를 memory로 올리는 연산으로, read와 write 같은 연산들 모두 system call을 통해서 수행한다.

image

 

2.1 open() 연산의 구체적인 과정

image

  • 왼쪽: memory, 오른쪽: disk

  • open(’/a/b/’): Process A가 ‘/a/b/’ 경로에 있는 file을 open하겠다.

    • system call 이므로, CPU 제어권이 OS에게 넘어간다.

    • disk로부터 파일 c의 metadata를 메모리로 가져오기 위해, directroy path를 search.

      • open 작업: 그 안에 있는 metadata를 memory에 올리는 것

      • read 작업: open 후, memory에 올린 metadata 안의 disk 상의 실제 위치를 얻는 것

      • root directory ‘/‘의 metadata는 미리 알고 있다.

      • root directory ‘/‘를 open하고, read하여 그 안(= disk 상의 실제 위치 안)에서 ‘a’의 metadata를 획득.

      • 파일 ‘a’의 metadata를 open한 후, read하여 그 안에서 파일 ‘b’의 metadata를 획득.

      • 파일 ‘b’의 metadata를 open한 후, read하여 그 안에서 원하는 data를 가져온다.

    • 이런 tree 구조의 directory는 search에 너무 많은 시간을 소요한다.

      • 한 번 open한 파일은 kernel의 메모리 영역 일부에 copy하여 두고 나서 동일한 경로의 파일에 관한 read / wrtie 시, kernel의 메모리 영역에 둔 file을 다시 copy해서 사용하기 때문에 directory search를 하지 않아도 된다.
      • kernel memory 일부 영역에 copy하여 별도로 저장된 file을 buffer cache 라 한다. 그래서 LRU와 LFU 알고리즘을 자연스럽게 사용할 수 있다.

 

2.2 file system 연산의 두 종류 table

  • File descriptor table(fd) (file handle, file control block)

    • 프로세스마다 존재하여 프로세스 별 open file table에 대한 위치 정보를 나타낸다.
      • 위 이미지에서는 b file의 index 정보를 가지고 있다.

  • Open file table

    • 현재 open된 file들의 metadata 보관소 (in memory)

    • 디스크의 metadata보다 몇 가지 정보가 추가된다.

      • Open한 process의 수
      • File offset: 파일 어느 위치 접근 중인지 표시 (별도 테이블 필요)

 

3. File Protection

  • 각 파일에 대해 누구에게 어떤 유형의 접근(read / wrtie / execution)을 허락할 것인가??
  • Access Control 방법: 3가지
    • Access control Matrix, Grouping, Password

image

  • Access control Matrix로 하는 건 overhead가 커서 일반적인 OS에서는 Grouping 방법을 사용한다.
  • Grouping 방식은 단 9 비트만 있으면 된다.

 

4. File System의 Mounting

Mounting 연산이란 A partition의 root file system에 있는 특정 directory 이름에다가 또 다른 파티션 B의 file system을 mounting 하여, A parition이지만 B partition과 연결하는 연산

image

image

 

5. Access Methods

  • 시스템이 제공하는 파일 정보의 접근 방식

    • 순차 접근 (sequential access)

      • 카세트 테이프를 사용하는 방식처럼 접근
      • 읽거나 쓰면 offset은 자동적으로 증가

    • 직접 접근 (direct access, random access)

      • LP 레코드 판과 같이 접근하도록 한다.
      • 파일을 구성하는 레코드를 임의의 순서로 접근할 수 있다.

 

Reference