10. File Systems

in Category / OS

File and File System, Directory and Logical Disk, open( ), File Protection, File System의 Mounting, Access Methods

1. File and File System

  • File
    • “A named collection of related information”
    • 일반적으로 비휘발성의 보조기억장치에 저장
    • 운영체제는 다양한 저장 장치를 File이라는 동일한 논리적 단위로 볼 수 있게 해줌
    • Operation
      • create, read, write, reposition(lseek), delete, open, close 등
  • File Attribute(혹은 파일의 meta data)
    • 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 부분
    • 파일 및 파일의 메타데이터, 디렉토리 정보 등을 관리
    • 파일 보호 등

* Memory는 주소를 통해 접근하는 단위
* File은 이름을 통해 접근하는 단위
=> 파일은 데이터를 저장하는 용도로만 쓰는 것이 아니라
장치들도 관리하기 위해 파일이라는 이름을 사용하여 관리하기도 한다.

* Operation

  • create : 파일 생성
  • delete : 파일 삭제
  • read / write : 파일 읽고 쓰기
  • reposition( = lseek) : 파일을 읽으면 포인터로 위치가 표시 => 다른 부분부터 읽거나 쓰고 싶을때 현재 접근하는 위치를 수정하고 싶을때 사용하는 연산
  • open : read / write 하기 전에 open을 해야한다.
    ( 파일의 메타데이터를 메모리에 올리는 작업 )
  • close : 다 쓰고 나면 close해야한다.

2. Directory and Logical Disk

  • Directory
    • 파일의 메타데이터 중 일부를 보관하고 있는 일종의 특별한 파일
    • 그 디렉토리에 속한 파일 이름 및 파일 Attribute 들
    • Operation
      • Search for a file, Create a file, Delete a file
      • List a directory, Rename a file 등
  • Partition (= Logical Disk)
    • 하나의 (물리적)디스크 안에 여러 파티션을 두는 것이 일반적
    • 여러 개의 물리적 디스크를 하나의 파티션으로 구성하기도 함
    • (물리적) 디스크를 파티션으로 구성한 뒤 각각의 파티션에 File System을 깔거나 Swapping 등 다른 용도로 사용할 수 있음

3. File Operation

1) open()

파일의 meta data를 메모리에 올려놓는 것

openfunction

* open(“/a/b/c/”)

  • 디스크로부터 파일 c의 메타 데이터를 메모리로 가지고 옴
  • 이를 위하여 Directory Path를 Search
    • 루트 디렉토리 “/”를 open하고 그 안에서 파일 “a”의 위치 획득
    • 파일 “a”를 open한 후 read하여 그 안에서 파일 “b”의 위치 획득
    • 파일 “b”를 open한 후 read하여 그 안에서 파일 “c”의 위치 획득
    • 파일 “c”를 open한다
  • Directory Path의 Search에 너무 많은 시간 소요
    • open을 read / write 와 별도로 두는 이유임
    • 한번 open한 파일은 read / write 시 Directory Search 불필요
  • Open File Table
    • 현재 open 된 파일들의 메타 데이터 보관소(in memory)
    • 디스크의 메타데이터보다 몇 가지 정보가 추가
      • Open한 프로세스의 수
      • File Offset : 파일 어느 위치 접근 중인지 표시(별도 테이블 필요)
  • File Descriptor( File Handler, File Control Block)
    • Open File Table에 대한 위치 정보(프로세스 별)

openfunction2

사용자 프로그램인 Process A가 a아래 b라는 파일을 open
=> I/O를 하는 시스템 콜 (운영체제에게 CPU가 넘어간다)
=> 운영체제에게는 각 프로그램별 관리하기 위한 자료구조가 있고 전체 프로그램이 open한 파일들이 무엇인지 관리하는 Global Table을 가지고 있다.

* open 동작 순서
① open을 하면 root 디렉토리의 meta data를 먼저 메모리에 올린다.
=> root를 먼저 open한다.
② meta data 안에는 그 파일의 위치정보가 들어있다.
=> root 디렉토리 실제 내용의 위치를 알 수 있다.
③ 그 디렉토리 밑에 있는 파일들의 meta data를 가지고 있다.
a meta data를 메모리에 올린다.
④ a의 위치로 가면 그 밑에 있는 파일들의 meta data(b)를 알 수 있다.
⑤ b의 meta data를 메모리에 올린다.

openfunction3
open이 끝나면 시스템 콜의 결과 값을 리턴한다.
각 프로세스마다 그 프로세스가 open한 파일들에 대한 meta data 포인터를 갖고 있는 배열이 정의 되어 있다. 인덱스 번호 => File Descriptor 반환

openfunction4
read 함수 사용시 File Discriptor를 넘겨주면 테이블의 인덱스 번호를 통해 b의 위치로 가게 되고 그곳에서 읽어서 운영체제에 copy한 후 (⑥) 사용자 프로그램에게 넘겨준다. (⑦)
어떤 프로그램이 동일한 파일의 동일한 위치를 요청하면 Disk까지 가지 않고 운영체제가 읽어온 내용을 바로 전달 해준다.
( = Buffer Caching )

per-process File Descriptor Table : 프로세스마다 가지고 있다.
(PCB안에 있는 자료구조에 해당) system-wide Open File Table : open file에 대한 목록들은 시스템 전체 하나만 존재
(Open File Table에 해당)

4. File의 접근 권한

각 파일에 대해 누구에게 어떤 유형의 접근(read/wirte/execution)을 허락할 것인가?

* Access Control 방법

  • Access Control Matrix : 행렬로 접근 권한 표시
    단점 : 희소행렬이 크게 되므로 메모리 낭비
    해결 : Linkedlist로 만든다
    FileProtection
    • Access Control List : 파일별로 누구에게 어떤 접근 권한이 있는지 표시
    • Capability : 사용자별로 자신이 접근 권한을 가진 파일 및 해당 권한 표시
  • Grouping
    • 전체 user를 owner, group, public의 세 그룹으로 구분
    • 각 파일에 대해 세 그룹의 접근권한(rwx)을 3비트씩으로 표시
  • Password
    • 파일마다 passwor를 두는 방법(디렉토리 파일에 두는 방법도 가능)
    • 모든 접근 권한에 대해 하나의 password: all-or-nothing
    • 접근 권한별 password : 암기문제, 관리문제

=> 메모리는 프로세스마다 별도로 가지고 있었지만 파일은 여러 사용자가 같이 사용하므로 접근 권한 있는가 접근 연산이 어떤게 가능한가 둘다 가지고 있어야한다.

5. Mounting

서로 다른 파일시스템에 접근할 수 있게 해준다.

Mounting
하나의 물리적 디스크를 파티셔닝으로 여러개의 논리적 디스크로 나눌 수 있다.
각각의 논리적 디스크는 파일시스템을 설치해서 사용할 수 있다.
=> 다른 파티션에 설치되어 있는 파일시스템을 접근하려면 어떻게 해야하나?

Mounting2

Mounting : 루트파일 시스템의 특정 디렉토리 이름에다가 다른 파티션에 있는 파일시스템을 Mount 해주고 Mount된 디렉토리에 접근하면 다른 파일시스템의 루트 디렉토리에 접근하는 꼴이 된다.

6. 파일을 접근하는 방법

  1. 순차 접근(Sequential Access)
    • 하나를 보고 나서 중간에 건너 뛸 수 없다.
    • 카세트 테이프를 사용하는 방식처럼 접근
    • 읽거나 쓰면 offset은 자동적으로 증가
  2. 직접 접근(Direct Access, Random Access)
    • 바로 원하는 곳으로 건너 뛸 수 있다.
    • LP 레코드 판과 같이 접근하도록 함
    • 파일을 구성하는 레코드를 임의의 순서로 접근할 수 있음

=> 직접 접근의 가능한 경우라도
데이터를 어떻게 관리하느냐에 따라 순차접근만 허용하는 경우도 있다.

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