2-6) 운영체제 - 파일 시스템

(참고: Fastcampus 강의, 강민철의 인공지능 시대 필수 컴퓨터 공학 지식)

6. 파일 시스템

Contents

1. 파일과 디렉터리
2. 파일 시스템이 만들어지기까지
3. 파일 시스템 종류와 특성

(1) 파일과 디렉터리

a) 파일 시스템

파일 시스템

( 쉬운 설명: 파일과 디렉토리를 저장하고, 관리하고, 찾을 수 있게 해주는 방법과 구조 )

• 파일과 디렉토리(폴더)를 관리하는 커널의 한 부분
• 다양한 파일 시스템이 있고, 여러 파일 시스템을 동시에 사용 가능

파일 시스템이 필요한 이유?

• 컴퓨터의 저장장치는 그냥 빈 공간 (0과 1의 연속)

  \(\rightarrow\) 이걸 그냥 쓰면 어떤 파일이 어디에 있는지, 어떤 게 어떤 데이터인지 알 방법이 없어

• 따라서, OS는 파일 시스템이라는 규칙을 만들어서

  • 파일을 저장
  • 이름 붙이고
  • 찾고
  • 삭제하고
  • 복사할 수 있게 해 줌

b) 파일

보조 기억장치의 “의미있는 정보의 집합”

구성 요소

• (1) 이름
• (2) 실행하기 위한 정보
• (3) 부가 정보 = 메타데이터/속성

블록 (block): 파일 접근 단위

• 참고) 섹터 단위로 접근하지 않음!

c) 디렉토리 (경로)

• 상대 경로 & 절대 경로
• 많은 OS는, “디렉터리를 파일과 동일하게” 간주한다!

구성 요소

• (1) 파일 이름
• (2) 위치를 유추할 수 있는 정보
• (3) (파일 속성)

d) 파일 유형

(2) 파일 시스템이 만들어지기까지

보조기억장치 1개에, 1개의 파일시스템이 사용되는 것이 아님!

\(\rightarrow\) 파티셔닝 (partitioning)

파티셔닝 (partitioning)

• 보조기억장치의 영역을 구획하는 작업
• 파티션 (partition) = 보조기억장치에서 구획된 영역

포매팅 (formating)

• 파일 시스템을 만드는 작업

마운트 (mount)

• 파일 시스템을, 다른 파일 시스템에 편입

(3) 파일 시스템 종류와 특성

(복습) 연속적으로 블록을 할당할 경우

\(\rightarrow\) 외부 단편화 발생

a) FAT 기반 파일 시스템

FAT(File Allocation Table)를 활용하는 파일 시스템

• 파일 조각들이 어디 저장돼 있는지 알려주는 “목차표”를 사용

동작 방식

• 저장 장치를 작은 블록(클러스터) 단위로 나눔
• 각 블록마다 FAT라는 표에 정보를 저장해둬
• 어떤 파일이 저장되면,
  • FAT에 “이 파일은 블록 3 → 7 → 12에 저장됨” 이런 식으로 연결 정보를 기록
  • 파일을 읽을 땐, FAT를 보고 블록들을 순서대로 따라가며 읽음

항목	내용
장점	구조가 간단하고, 구현하기 쉬움
단점	큰 파일이 많으면 조각나기 쉬움 (단편화), 성능이 떨어짐

b) i-node 기반 파일 시스템

아이노드(i-node)라는 색인 블록을 활용한 파일 시스템

아이노드(i-node)란?

• 파일에 대한 정보를 담고 있는 작은 데이터 구조
  • e.g., “이 파일은 어디에 저장돼 있고, 누가 만들었고, 몇 바이트야” 같은 파일의 정체 정보를 담고 있음

동작 방식

• 파일이 만들어지면, i-node가 하나 생성됨

• i-node에는

  • 파일의 크기

  • 소유자

  • 권한

  • 생성/수정 시간

  • 실제 데이터가 저장된 블록 번호 목록

    등이 저장돼

• 파일 시스템은 파일 이름 → i-node 번호 → i-node → 실제 데이터 블록 이런 흐름으로 접근

장점

• 파일 정보가 정리돼 있어서 효율적
• 파일 이름과 분리돼 있어서, 하나의 파일에 여러 이름(하드 링크)을 줄 수도 있음

c) 둘 간의 비교

항목	🧩 FAT 기반 파일 시스템	📌 i-node 기반 파일 시스템
핵심 구조	FAT 테이블 (연결 리스트처럼 저장)	i-node (파일 메타정보 + 블록 목록)
파일 위치 정보	FAT 테이블에 저장 (블록 연결 정보)	i-node에 저장 (직접 블록 주소 보유)
파일 이름 저장 위치	디렉토리와 함께 저장됨	디렉토리에 이름 + i-node 번호 저장
접근 방식	FAT를 따라가며 블록 순서대로 읽음	i-node에서 블록 위치 바로 참조
성능	많은 블록 이동 필요 → 느릴 수 있음	직접 주소 접근 가능 → 빠름
단편화 문제	조각 현상(단편화) 심함	상대적으로 적음
링크(하드 링크)	지원하지 않음	하드 링크 지원 (i-node 공유)
유연성	구조가 단순 → 소형 저장장치에 적합	기능 다양 → 고급 시스템에 적합

• FAT는 테이블에서 블록 번호를 따라가는 구조

  → 구현이 단순하고 작지만, 조각나기 쉽고 느릴 수 있음

• i-node는 각 파일마다 정보를 따로 갖고 있어서 효율적

  → 큰 시스템에서도 성능이 좋고 기능도 많음

시스템	비유
FAT	책의 내용을 여러 종이에 써놓고, “다음 종이는 몇 번” 적어둔 방식
i-node	파일마다 도서관 카드(i-node)가 있고, 거기에 어느 선반에 어떤 페이지가 있음 적혀 있는 구조