운영체제론 - 10 장 파일 시스템 -

1. 운영체제론- 10장 파일 시스템- 민 주 홍 y2kminju@kunsan.ac.kr Information Sciences & Technology Laboratory 2012.01.27

2. 목차 파일 시스템의 개요 파일 시스템의 기능 파일의 구조 및 접근 방법 파일 공간의 할당 방법 디렉터리 시스템 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

3. 파일 시스템의 개요(1/8) • 파일 시스템(File Systems) • 파일을 저장하고 또한 찾기가 용이하도록 유지 및 관리하는 방법 • 관련된 정보를 포함하는 실제적인 파일들의 집합체 • 시스템 내의 모든 디렉토리 구조 • 파일 • 설계자가 정의한 관련된 정보의 집합체 • 디스크와 같은 물리적인 저장 매체에 저장되는 프로그램 • 데이터 정보에 대한 논리적인 저장 단위 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

4. 파일 시스템의 개요(2/8) • 자료 구성의 단위 • 비트(bit) : 자료 표현의 최소단위 • 니블(nibble) : 4비트로 구성되며 16진수 1자리를 표현하기에 적합함 • 바이트(byte) : 문자를 표현하는 최소단위, 8비트로 구성, 256개의 정보 를 표현 • 워드(word) : CPU가 한번에 처리할 수 있는 명령 단위 • 반워드(Half Word) : 2Byte • 풀워드(Full word) : 4Byte • 더블워드(Double Word) : 8Byte • 필드(field) : 파일 구성의 최소단위, 의미 있는 정보를 표현하는 최소 단위 • 레코드(record) : 하나 이상의 관련 필드가 모여서 구성됨, 컴퓨터 내부의 자료 처리 단위 • 블록(block) : 몇 개의 논리적 레코드를 모아 놓은 집합 세그먼트, 페이지 단위의 물리적인 입출력 단위 • 파일(file) : 프로그램 구성의 기본단위, 여러 개의 레코드가 모여 구성 • 데이터베이스(database) : 여러 개의 파일의 집합 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

5. 파일 시스템의 개요(3/8) 블록 1 레코드 1 항목 1 블록 2 레코드 2 항목 2 항목 3 레코드 3 블록 3 ……… ……… ……… 항목r 블록 n 레코드 r 파일 블록 레코드 물리 레코드(전송 단위) 보조기억장치 … 레코드 1 레코드 2 … 레코드10 … CPU 주기억장치 항목1 항목2 항목3 … 항목n 논리 레코드(처리 단위) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory • 파일의계층적 구조 • 파일 구성의 계층적 구조 • 물리적 레코드와 논리적 레코드의 관계

6. 파일 시스템의 개요(4/8) • 논리적 레코드 • 보조 기억장치와 시스템 사이에서 전송되는 레코드 • 프로그램에 의해서 처리되는 최소 단위의 레코드 집합 • 물리적 레코드 • 사용자 프로그램에 의해 처리되는 레코드 • 블록킹(blocking) • 논리적 레코드를 묶어서 물리적 레코드로 만드는 과정 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

7. 블록(물리 레코드) 레코드 1 레코드 2 레코드 3 ‥‥ (a) 비블록화 고정 길이 레코드 레코드 1 레코드 2 ‥ 레코드 10 레코드 11 블록(물리 레코드) (b) 블록화 고정 길이 레코드 파일 시스템의 개요(5/8) • 비블록화 고정 길이 레코드(unblocking fixed length record) • 하나의 논리적 레코드가 하나의 물리적 레코드를 구성하며 모든 레코드의 길이를 동일하게 하는 것 • 블록화 고정 길이 레코드(blocking fixed length record) • 길이가 같은 논리적 레코드들이 동일한 수로 모여 블록을 형성한 형식으로 모든 물리적 레코드의 길이도 동일 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

8. 파일 시스템의 개요(6/8) 블록(물리 레코드) 레코드 길이 레코드 1 레코드 길이 레코드 2 ‥ (a) 비블록화 가변 길이 레코드 블록 길이 레코드 길이 레코드 1 ‥ 레코드 길이 레코드 10 블록(물리 레코드) (b) 블록화 가변 길이 레코드 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory • 비블록화 가변 길이 레코드 • 길이가 다른 논리적 레코드가 블록을 형성하지 않고 그대로 물리적 레코드로 수록함 • 각 물리적 레코드의 앞에는 블록 길이와 레코드 길이 수록함 • 블록화 가변 길이 레코드 • 길이가 다른 레코드를 모아 블록을 형성하여 수록함 • 각 블록의 길이도 달라지므로 각 블록의 앞에는 블록의 길이를 표시하고, 각 레코드의 앞에는 레코드의 길이를 표시

9. 분 류 기 능 마스터 파일(master file) 한 조직체의 모든 면을 나타내고 있는 원장 데이터 파일 트랜잭션 파일(transaction file) 마스터 파일의 내용을 갱신 또는 조회하기 위해 만들어진 파일 보고서 파일(report file) 사용자에게 보여주기 위한 일정 양식을 갖춘 데이터 파일 작업 파일(work file) 작업의 중간에 생성된 파일로 다름 프로그램의 입력으로 사용하는 파일 프로그램 파일(program file) 프로그래밍 언어로 작성된 명령문을 포함하고 있는 파일 분 류 기 능 순차 파일(transaction file) 물리적인 순서로 저장된 파일 인덱스 순차 파일(indexed sequential file) 인덱스와 순차 파일로 구성되어 인덱스를 통해 임의 접근 가능한 파일 인덱스 파일(transaction file) 레코드들이 인덱스를 통하여 접근되도록 구성된 파일 직접 파일(transaction file) 레코드를 키에 의한 주소 계산을 통해 접근할 수 있도록 구성한 파일 파일 시스템의 개요(7/8) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory • 파일 조작 • 운영체제에서 수행하는 파일 단위 조작 명령 • open, close, create, delete, rename, copy, list • 파일 내의 각 항목 단위로 수행되는 파일 단위 조작 명령 • read, write, update, insert, delete • 데이터나 프로그램을 파일로 구성하는 이유 • 주기억장치에 전부를 적재하기에 너무 큼 • CPU는 어느 순간에 프로그램이나 데이터를 전부 참조하지 않음 • 데이터의 독립성 보장 • 파일의 종류 수행 기능 파일 편성

10. 디렉토리 각 파일에 대한 정보 엔트리 1 파일 이름 파일 형태 엔트리 2 파일 위치, 크기 파일 소유자 엔트리 3 보호 비트 사용자 수 엔트리 4 파일 생성 일자 엔트리 5 파일 수정 일자 디스크 블록 리스트 파일 시스템의 개요(8/8) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory • 디렉토리의 개념 • 장치 디렉토리(device directory) • 각각 실제 장치에 저장되고 이러한 장치 상에 있는 모든 파일들을 나타냄 • 각 파일의 실제적인 속성들을 나타냄 • 파일 디렉토리(file directory) • 모든 파일 상에 있는 파일들을 논리적인 구성으로 나타냄 • 각 파일의 논리적인 특성들을 포함 • 디렉토리에 있는 각 파일의 정보

11. 파일 시스템의 기능 블록 전송 (파일 입출력 수행) 보조기억 장 치 파일 입출력 명령 파일 시스템 사용자 논리적 관점 제공 인터페이스 제공 물리적 관점 제공 편리성 신뢰성, 효율성 파일 시스템 기능 상위 기능 하위 기능 디렉토리 구조 제공 오류 검출 디스크 공간 할당 및 회수 디스크 스케쥴링 파일 보호 암호화 데이터 무결성 블록 전송 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory • 파일 시스템의 기능 • 파일이 안전하게 사용되고 보호될 수 있도록 하는 파일 관리 • 파일에 저장되어 있는 방식에 관계되는 접근 방식 • 파일의 저장에 필요한 보조 기억장치 관리 • 파일의 정보가 소실되지 않도록 하는 무결성을 유지

12. 파일의 구조 및 접근 방법(1/3) 복사 순차 파일(Sequential file) - 레코드를 논리적인 처리 순서에 따라 연속된 물리적 저장공간에 기록 * 파일의 레코드들이 순차적으로 기록되어 판독할 때 순차적으로 접근 * 순차 접근 방식(SAM, Sequential Access Method)이라고 함 * 순차 접근이 가능한 자기테이프를 모형화한 구조 * 순서적으로 저장하기에 저장효율이 좋지만 속도는 느림 장점&단점 - 파일의 구성이 용이 - 순차적으로 읽을 수 있으므로 기억 공간의 이용 효율이 높음 - 물리적으로 연속된 공간에 저장되므로 접근 속도가 높음 - 어떠한 기억 매체에서도 구현 가능 - 파일에 새로운 레코드를 삽입하거나 삭제 시 파일 전체를 복사해야 하므로 시간이 많이 걸림 - 파일의 특정 레코드를 검색하려면 순차적으로 접근하기 때문에 검색 효율이 낮음 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

13. 파일의 구조 및 접근 방법(2/3) 직접 파일(Direct File) - 직접 파일은 파일을 구성하는 레코드를 임의의 물리적 저장공간에 기록 * 레코드에 특정 기준으로 키를 할당 * 직접 접근 방식(DAM, Direct Access Method)이라고 함 * 해싱 함수를 이용하여 물리적 상대 주소를 계산한 후 해당 주소에 레코드 저장 * 레코드는 해싱 함수에 의해 계산된 물리적 주소를 통해 접근 * 직접 접근은 저장하기에 저장효율이 좋지 않지만 속도는 빠름 장점&단점 - 직접 접근 기억장치(DASD)의물리적 주소를 통하여 파일의 각 레코드에 직접 접근 이 가능하여 접근 및 기록의 순서에 제약이 없음 - 접근 시간이 빠르고 레코드의 삽입, 삭제, 갱신이 용이 - 주소 변환 과정으로 인하여 시간이 소요됨 - 기억 공간의 효율이 저하될 수 있음 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

14. Tip. Overflow - cylinder - independent 파일의 구조 및 접근 방법(3/3) Tip. ISAM 영역 Prime영역 실제 데이터가 저장되는 영역 Index 영역 저장된 데이터들의 순서, 차례 Overflow영역 Prime 영역에 추가할 데이터를 저장 물리적 특성에 따른 색인 구성 트랙 색인(track index) 실린더 색인(cylinder index) 마스터 색인(master index) 접근 시간 : 순차 파일 < 색인 순차 파일 < 직접 파일 저장 효율 : 순차 파일 > 색인 순차 파일 > 직접 파일 색인 순차 파일(Indexed Sequential File) - 색인을 이용한 순차적인 접근 방법을 제공 * 색인 순차 접근 방식(ISAM, Index Sequential Access Method)이라고 함 * 각 레코드를 키값 순으로 논리적으로 저장하고, 시스템은 각 레코드의 실제 주소가 저장 된 색인을 관리 * 자기 디스크에서 많이 사용되며 자기 테이프에서는 사용할 수 없음 장점&단점 - 순차 처리와 임의 처리가 모두 가능 - 효율적인 검색이 가능하고 삽입, 삭제 , 갱신이 용이 - 색인 영역이나 오버플로우 영역을 설정해야 하므로 추가적인 기억 공간이 필요 - 색인을 이용하여 참조하기 때문에 접근 시간이 직접 파일보다 느림 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

15. 파일 공간 할당 방법(1/5) • 연속 할당(Contiguous Allocation) - 파일디스크의 연속된 기억 공간에 할당하는 방법으로 생성되는 파일 크기만큼의 공간이 요구됨 * 빠른 접근이 가능 * 파일 디렉터리가 단순 * 파일의 시작 주소와 파일의 길이만 유지한다면 구현이 용이 * 파일 생성이 어려움 * 주기적 집약이 필요 * 공간에 대한 재반환 요구 * 기억 공간의 낭비 * 파일의 크기가 계속 변하는 경우에는 구현이 어려움 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

16. 파일 공간 할당 방법(2/5) 불연속 할당(Non-Contiguous Allocation) - 디스크 공간을 일정 단위로 나누어 할당하는 기법 - 섹터 단위 할당 - 블록 단위 할당 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

17. 파일 공간 할당 방법(3/5) - 섹터 단위 할당(섹터 지향 할당) * 각 섹터간에는 연결을 위한 포인터를 가지고 있는 형태 * 동일 파일에 속해 있는 섹터들이 서로 연결된 리스트를 취하면서 다른 섹터와의 연결을 위한 포인터를 가지고 디스크 전체에 분산되어 있음 특징 * 가용 공간 리스트는 모든 섹터에 대한 항목을 갖고 있음 * 연속 할당 방법에서와 같은 집약은 더 이상 필요 없음 * 논리적으로 연속된 긴 블록들의 검색에는 긴 시간이 요구됨 * 연결된 리스트 구조를 유지하는데 시간이 추가적으로 필요함 * 기억장소를 낭비를 초래할 수 있음 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

18. 파일 공간 할당 방법(4/5) - 블록 단위 할당 * 개별적인 섹터 대신에 연속된 몇 개의 섹터를 묶어 블록 단위로 할당 * 블록 체인 기법 - 블록은 보통 여러 개의 섹터로 구성된 고정 크기의 블록 특징 * 사용자 디렉터리의 각 항목은 각 항목의 첫 번째 블록을 가리키는 포인터 * 고정 길이의 각 블록은 데이터 블록과 다음 블록을 가리키는 포인터를 포함 * 삽입/삭제 시 포인터만 수정하면 되므로 간단 * 탐색 시간이 소모되어 속도가 느림 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

19. 파일 공간 할당 방법(5/5) - 블록 단위 할당 * 인덱스 블록 체인 기법 - 파일마다 하나의 인덱스 블록을 두고, 여기에 파일의 블록 항목이 산재해 있는 주소에 대한 포인터를 모아두는 것 - 항목은 블록 번호와 블록 포인터를 갖고 있어 해당 블록에 대한 직접 접근이 가능 특징 * 탐색이 인덱스 블록 자체에서 일어나므로 빠름 * 탐색 시간을 줄이기 위해 인덱스 블록을 보조 기억장치에 연관성 있게 연결 하거나 주기억장치에 유지 * 여러 개의 인덱스 블록을 서로 연결하여 사용 * 삽입 시 인덱스 블록을 완전히 재구성 * 추후 삽입을 위해 인덱스 블록을 비워두므로 기억공간의 낭비 초래 * 빈 공간을 모두 사용한 후에 인덱스 블록 구조의 재구성이 필요 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

20. 장치 디렉토리 파일 디렉토리 실제적 장치에 저장되어 있으며, 그 장치에 모든 파일들을 기술함 각 파일의 물리적 성질인 위치, 길이, 할당 방식 등을 기술함 파일의 논리적 성질인 파일 형태, 소유자, 계정 정보, 접근 보호 등을 기술함 실제적인 성질을 제공하기 위해 장치 디렉 토리에포인터를 둠 디렉토리시스템(1/7) • 디렉토리 시스템 • 하나의 파일은 장치 디렉토리 또는 VTOC에 있는 항목 등에 의해 표현 • 장치 디렉토리 • 한정된 용량만을 사용하는 단일 사용자 시스템에서는 적합 • 용량이나 사용자의 수가 증가함에 따라 모든 파일들을 구성하고 추적해 나가는 것이 점차 어려워짐 • 파일 디렉토리 • 장치 디렉토리의 문제점을 해결하는 방법 • 파일 시스템에 디렉토리 구조를 추가한 것 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

21. 파일명 1 파일명 1 파일명 1 ‥‥ 파일명 1 디렉토리 파일 파일 파일 파일 파일 디렉토리시스템(2/7) • 단일 구조 디렉토리 • 가장 간단한 형태의 디렉토리 구조로서, 장치 디렉토리의 예 • 모든 파일이 같은 디렉토리 내에서 유지되므로 이해하기가 용이함 • 파일의 수가 증가하거나 사용자의 수가 많아질 때 모든 파일들이 같은 디렉토리 내에 있으므로 모두 유일한 이름을 가져야 한다는 제약이 따름 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

22. 사용자 1 사용자 2 사용자 3 MFD aa dd gg bb ee hh cc ff ii UFD 파일 파일 파일 파일 파일 파일 파일 파일 파일 파일 디렉토리시스템(3/7) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory • 2단계 구조 디렉토리 • 각 사용자는 자신의 사용자 파일 디렉토리(UFD)를 가짐 • 각 사용자 디렉토리는 오직 한 사용자 파일만을 기술 • 파일명을 모두 달리하는 단일 디렉토리의 문제점 해결 • 한 사용자가 다른 사용자로부터 독립되는 장점 • 다른 사용자로부터 독립된 업무에 대한 협력 및 공유를 원할 때, 또는 파일명이 길어진다는 단점

23. 디렉토리 시스템(4/7) • 트리 구조 디렉토리(tree structure) • 2단계 구조 디렉토리를 확장한 일반적인 개념의 임의 트리(arbitrary tree) 구조 • 사용자들이 자신의 서브 디렉토리(sub directory)를 생성하고 이것에 따라 자신의 파일을 구성하는 것 • 특징 • 하나의 루트 디렉토리와 다수의 서브 디렉토리로 구성 • 디렉토리의 탐색은 포인터로 이루어짐 • 경로명은 완전 경로명과 상대 경로명으로 구분 • 공유가 가능하고 삭제가 용이하나, 디렉토리 생성과 제거가 어려움 • UNIX 시스템에서 트리는 루트 디렉토리이며, 시스템 내의 모든 파일은 유일한 경로명을 가짐 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

24. spell bin programs start mail dist find count her record p c mail prog copy pyt exp record list find hex count list obj spell all list first 디렉토리 시스템(5/7) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

25. dict spell list all w count count words list list code w7 디렉토리 시스템(6/7) • 비순환 그래프 디렉토리 • 사이클이 없는 그래프로서 트리 구조 디렉토리를 일반화 한 구조 • 특징 • 서브 디렉토리를 공유할 수 있도록 허용 • 트리 구조 디렉토리 보다 융통성이 좋으나, 구조가 더 복잡 • 하나의 파일이 여러 개의 완전 경로명을 가짐 • 서로 다른 경로명이 같은 파일을 공유하는 경우 시스템 운영에 문제 발생 • 파일을 제거할 때, 남게 되는 포인터 문제 발생 가능 • 파일 자체가 삭제되면, 연결들을 전부 탐색해서 삭제할 수도 있음 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

26. avi te jim text mail count book book mail unhex hyp avi count unhex hex 디렉토리 시스템(7/7) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory • 일반적 그래프 디렉토리 • 기존의 트리 구조 디렉토리에 새로운 파일을 추가하거나 서브 디렉토리를 추가 하면 트리 구조는 그대로 유지됨 • 사이클이 허용되고 그래프 운영 알고리즘도 간단 • 특징 • 그래프 구조를 운영하는 알고리즘이 간단 • 한 파일에 대한 참조가 더 이상 없다는 사실을 쉽게 알 수 있음 • 각 디렉토리마다 불필요한 파일의 제거를 위해 쓰레기 수집 수행 • 디스크의 경우 쓰레기 수집 시간이 많이 소요되므로 잘 사용하지 않음

27. 감사합니다 민주홍 y2kminju@kunsan.ac.kr