Chapter11 파일 시스템

Chapter11 파일 시스템

1. Disk System

• Disk pack
  • 비활발성 데이터 영구 저장 장치
  • 구성

    • 

    • Sector : 데이터 저장/판독의 물리적 단위
    • Track : platter 한 면에서, 중심으로 부터 같은 거리에 있는 sector의 집합
    • Cylinder : 같은 반지름을 갖는 track의 집합
    • Platter : 양면에 자성 물질을 입힌 원형 금속판
    • Surface : platter의 윗면과 아랫면
• Disk drive
  • Disk pack에 데이터를 기록하거나 판독할 수 있도록 구성된 장치
  • 구성

    • 

    • Head : 디스크 표면에 데이터를 기록 및 판독하는 장치
    • Arm : head를 고정하는 장치
    • Positioner : arm을 지탱하는 장치, head를 원하는 track으로 이동
    • Spindle : disk pack을 고정하는 회전축

 

1.1 Disk Address

• Physical disk address
  • Sector(물리적 데이터 전송 단위)를 지정
    • Surface Number
    • Cylinder Number
    • Sector Number
• Logical disk address : relative address
  • Disk system의 데이터 전체를 block들의 나열로 취급
• Mapping 방법

  • 

 

1.2 Data Access

• Data Access Time의 구성
  • Seek Time : 디스크 head를 필요한 cylinder로 이동하는 시간
  • Rotational delay : 필요한 sector가 head 위치로 도착하는 시간
  • Data transmission time : 해당 sector를 읽어서 전송/기록 하는 시간

2. File System

• 운영체제의 한 부분
• 구성
  • Files
  • Directory structure
  • Partitions

 

2.1 Files

• 보조 기억 장치에 저장된 연관된 정보들의 집합
  • 보조 기억 장치 할당의 최소 단위
• OS는 File operation(create, read, write, delete ...)들에 대한 system call을 제공해야 함
• Access Methods
  • Sequential access(순차접근) : file을 record 단위로 순서대로 접근
  • Directed access(직접 접근) : 원하는 block을 직접 접근
  • Indexed access : index를 참조하여 원하는 block을 찾은 후 데이터에 접근

 

2.2 Directory structure

• File들을 분류, 보관하기 위한 개념
  • 일종의 폴더 개념

 

2.3 Partitions

• 일종의 virtual disk
• 디스크 하나를 두개의 파티션으로, 두개의 디스크를 하나의 파티션으로 할 수 있음
  •  

    

  • 

2.4 Mounting

• 현재의 file system에 다른 file system을 붙이는 것

3. Directory Structure

3.1 Logical directory structure

• Flat(single-level) directory structure
  • File System 내에 하나의 directory만 존재
  • 명명법, 보호, 관리가 어려움

  • 

• 2-level directory structure
  • 사용자 마다 하나의 directory 배정
    • MFD(Master File Directory)
    • UFD(User File Directory)
  • Sub-directory 생성 불가능, 파일 공유 불가

  • 

• Hierarchical(tree-structure) directory structure
  • Tree 형태의 계층적 directory 사용 가능
  • 하부 directory 생성/관리 가능
    • system call이 제공되어야 함
  • 대부분의 OS에서 사용

  • 

• Acyclic graph directory structure
  • Hierarchical graph directory structure에서 더 확장한 개념
  • shared directory, shared file을 담을 수 있음
  • link 개념 사용
  • Cycle을 허용 하지 않음

  • 

• General graph directory structure
  • Acyclic graph directory structure의 일반화 개념
  • Cycle을 허용
  • file 탐색 시, 무한 루프를 고려해야 함

  • 

4. File Protection

• File에 대한 부적절한 접근 방지
• 접근 제어가 필요한 연산
  • Read (R)
  • Write (W)
  • Execute (X)
  • Append (A)
• Protection Mechanism
  • Password 기법
  • Access Matrix 기법

 

4.1 Password 기법

• 각 file들에 PW 부여
• 비현실적인 방법
  • 사용자가 파일 각각에 대한 PW를 기억하고 있어야하고, 접근 권한 별로 서로 다른 PW를 부여해야 하기 때문

 

4.2 Access Matrix 기법

• 범위(domain)와 개체(object)사이의 접근 권한을 명시
• 용어
  • Object : 접근 대상
  • Domain : 접근 권한의 집합
  • Access right : <object-name, rights-set>

  • 

• Implementation
  • Global Table
    • 시스템 전체 file들에 대한 권한을 Table로 유지

    • 

    • 단점 : large table size
  • Access List
    • access matrix의 열(column)을 list로 표현
      • $A_{list}(F_k)={<D1, R1>, <D2,R2>,\cdots,<Dm, Rm>}$
    • object 생성 시, 각 domain에 대한 권한 부여
    • object 접근 시 권한을 검사(접근 할 때마다 계속 → 느림)
  • Capability List
    • access matrix의 행(row)을 list로 표현
      • $C_{list}(D1)={<F1, R1>, <F2,R2>,\cdots,<Fp,Rp>}$
    • Capability(C)는 일종의 통행증 역할(접근 할 때 한 번만 확인)
    • 시스템이 capability list 자체를 보호 해야 함
• Lock-key Mechanism
  • Access list + Capability list
  • Object는 Lock, Domain은 key를 가짐
  • Object 별 권한 관리(권한 취소 등)가 어려움
• 과정
  • Object에 대한 첫 접근 → access list 탐색 → 접근 허용 시, Capability 생성 후 해당 프로세스에게 전달 → 이후 접근시에는 권한 검사 불필요 마지막 접근 후 → Capability 삭제

5. Allocation Methods

5.1 Continuous Allocation

• 한 File을 디스크의 연속된 block에 저장
• 장점
  • 효율적인 file 접근
• 단점
  • 새로운 공간 확보 어려움 → External fragmentation
  • 파일의 사이즈가 커져야 할 때를 처음에 고려해야 함.

• 

 

5.2 Linked Allocation

• File이 저장된 block들을 linked list로 연결
  • 비연속 할당 가능
• Directory는 각 file에 대한 첫 번째 block의 포인터를 가짐
• 장점
  • 간단하고, external fragmentation이 없음
• 단점
  • 직접 접근에 비효율적
  • 포인터 저장을 위한 추가적인 공간 필요
  • 포인터의 위치를 임의로 바꾸면 파일을 사용 할 수 없음

• 

 

5.3 FAT (File Allocation Table)

• 각 block의 시작 부분에 다음 블록의 번호를 기록하는 방법

• 

 

5.4 Indexed Allocation

• File이 저장된 block의 정보를 index block에 모아 둠
• 직접 접근에 효율적 → 순차 접근은 비효율적
• index block의 크기에 따라 파일의 최대 크기가 제한
• space overhead 존재

• 

6. Free Space Management

6.1 Bit Vector

• 시스템 내 모든 block들에 대한 사용 여부를 1bit flag로 표시
• 간단하고 효율적
• bit vector 전체를 메모리에 보관 해야 함 → 대형 시스템에 부적합
•  

  

6.2 Linked list

• 빈 blcok을 linked list로 연결
• 비효율적
•  

  

6.3 Grouping

• n개의 빈 block을 그룹으로 묶고, 그룹 단위로 linked list로 연결
• 연속된 빈 block을 쉽게 찾을 수 있음

• 

6.4 Counting

• 연속된 빈 block들 중 첫 번째 block의 주소와 연속된 block의 수를 table로 유지
• 빈 블록이 연속되지 않으면 비효율적 → continuous allocation 시스템에 적합