Chapter 10. 파일 시스템 인터페이스( File System Interface)

1. Chapter 10. 파일 시스템 인터페이스(File System Interface) • 파일 개념 (File Concept) 보조기억장치에 저장된 관련된 정보들의 모임 • 파일 속성: 이름, 타입, 위치, 크기, 보호 • 파일 연산: 생성, 쓰기, 읽기, 재위치, 삭제 • 열린 파일 정보: per-process open file table • file pointer • file open count • disk location of the file • memory-mapped files: 그림 10.1 • memory mapping으로 파일의 한 영역을 공유 • 상호배제 필요 • 파일 타입: 그림 1.2, magic number(Unix) • 파일 구조: • 텍스트 파일과 실행 파일 구분 • 최소한의 구분: 8-bit byte의 연속(Unix, MS-DOS) • 내부 파일 구조 • 논리구조 = 1 byte • 물리구조 = 512 bytes 운영체제

2. Memory Mapped Files 운영체제

3. File Types – name, extension 운영체제

4. 접근 방법(Access Methods) • 순차접근(sequential access) • 직접접근(direct access) • 기타: ISAM(Indexed Sequential Access Method) 운영체제

5. 디렉토리 구조(Directory Structure) • 디렉토리: 파일에 대한 정보를 담고 있는 노드들의 모임 (a collection of nodes containing information about all files) Directory Files F 1 F 2 F 3 F 4 F n • 디레토리 구조 및 파일은 디스크에 운영체제

6. 디렉토리 구조(Directory Structure) • 단단계 디렉토리: 그림 10.7 • 모든 파일이 같은 디렉토리에 • 모든 파일이 유일한 이름을 가져야 함 • 이단계 디렉토리: 그림 10.8 • 사용자별 UFD(User File Directory) • 파일 공유 어려움 • 트리구조 디렉토리: 그림 10.9 • 사용자별 subdirectory 생성 • 유일한 path name 가짐 • 비순환 그래프 디렉토리: 그림 10.10 • 파일과 서브디렉토리 공유가능 • 구현방법 : link 사용(Unix), 복사(duplication) • 일반적인 그래프 디렉토리: 그림 10.11 • 트리구조 디렉토리에 link 첨가 • cycle 허용되면 탐색시 무한 루프 가능 • 새 link 추가시 cycle 피하는 것이 어려움 운영체제

7. 단단계 디렉토리(Single-Level Directory) 이단계 디렉토리(Two-Level Directory) 운영체제

8. 트리구조 디렉토리(Tree-Structured Directories) 운영체제

9. 비순환 그래프 디렉토리(Acyclic-Graph Directories) 운영체제

10. 일반적인 그래프 디렉토리(General Graph Directory) 운영체제

11. 보호(Protection) • 보호 • 접근타입 제어: 읽기, 쓰기, 실행,첨가, 삭제, 리스트 • 접근 리스트와 그룹: owner, group, universe • 기타 보호: password, 디렉토리 보호(sticky bit) • 예: 3 bits rwx(Unix) 일관성 의미 구조(Consistency Semantics) • 파일 시스템 관리에 있어서의 일관성 의미 구조(철학) • Unix 의미론: Unix file system • 열린파일의 변경은 즉시 공유자에게 보여짐 • 파일의 현재 위치 포인터 공유->하나의 파일 이미지유지 • 세션 의미론: Andrew file system • (session: 파일 open과 close 사이의 모든 파일접근의 연속) • 열린파일의 변경은 즉시 공유자에게 보여지지 않음 • 파일 변경은 파일 close 후 다른 session에서만 보여짐 • 불변-공유 파일 의미론 • (immutable shared file = read-only file) • 파일 이름 불변 • 파일 내용 변경 불가 운영체제

12. 파일 시스템 구현(File System Implementation) • 파일 시스템 구조(File System Organization) • 응용 프로그램(application program) • 논리적 파일 시스템(logical file system) • 디렉토리 구조 • 파일 구성 모듈(file-organization module) • 논리블록 -> 물리블록) • 기본적 파일 시스템(basic file system) • 장치 드라이버에 read/write 명령) • 입출력 제어(I/O control) • device drivers와 interrupt handler • 장치(devices) 운영체제

13. 할당 방법(Allocation Methods) • 연속할당(contiguous allocation): p393(11.15) • 디스크 탐구시간(seek time)이 최소 • 순차접근과 직접접근 모두 • 동적 기억장치 할당 • 외부단편문제 • 파일 크기 결정(preallocation) 문제 • -> extent(다른 연속할당 덩어리)로 연결 • 파일의 블록주소 : <시작위치, 블록 개수, 다음 extent로 link) 운영체제

14. Example of Contiguous Allocation 운영체제

15. 할당 방법(Allocation Methods) • 연결 할당(linked allocation): p394(11.16) • 디스크 블록의 연결 리스트 구성 • 외부 단편 없음 • 파일 커져도 문제 없음 • pointer space overhead -> block들의 clusters로 보완 • 신뢰성 떨어짐 -> doubly linked list로 보완 • 직접 접근이 비효율적 • (예) FAT(File Allocation Table): p395(11.17) MS-DOS, OS/2각 • 각 partition 시작 부분에 • 테이블의 각 항목 : <블록 번호, 파일에서의 다음 블록 번호> • 잦은 참조로 인해 caching 해야 함 운영체제

16. Linked allocation of disk space 운영체제

17. FAT (File Allocation Table) 운영체제

18. 할당 방법(Allocation Methods) • 색인 할당(indexed allocation) : p396(11.18) • 각 파일에 색인 블록(index block): paging과 유사 • 직접접근 가능 • 색인 블록의 memory overhead • 색인 블록의 구현 • 연결 체계(linked scheme) : 다음 색인 블록으로 연결 • 다중레벨 색인 (multilevel index) : 간접 색인 (예) 블록크기: 4096 bytes = 1024 항목 x 4 bytes pointers 2-level indexing 경우 최대 블록 개수: 1024 x 1024 파일 최대 크기:1024 x 1024 x 4K = 4G • 혼합 체계 (combined scheme) : BSD Unix , p411(11.7) 12 direct blocks: 불록주소 = ~48K (4K x 12) 3 indirect blocks: • single indirect blocks: ~ 4M (1024 x 4K) • double indirect blocks: ~ 4G (1024 x 1024 x 4K) * 4KB-block = 16TB • triple indirect blocks: ~ 4T (1024 x 1024 x 1024 x 4K): 실제 사용 않음 Q: 한 파일의 최대 블록 수? Q: 한 파일의 최대 크기? • 성능 • 연속(직접 접근) + 연결(순차 접근) • 연속(작은 파일) + 색인(큰 파일) 운영체제

19. Example of Indexed Allocation 운영체제

20. Combined Scheme: UNIX (4K bytes per block) 운영체제

21. 가용 공간 관리(Free-Space Management) • Bit-vector(Bitmaps) • free: 1 • allocated: 0 블록번호 = 워드 당 비트수 x 0인 워드 갯수 + 첫번 1 까지의 간격 • 연결리스트(Linked List): p388(11.20) • 그룹화(Grouping) • 첫번 블록에 n-1개 • 마지막은 다음 블록의 포인터 • 개수(Counting) • <첫번 블록 주소, 연속된 free blocks 갯수> 디렉토리 구현(Directory implementation) • 선형 리스트(Linear List) • linear search 가 문제 • 해시 테이블(Hash Table) • collision이 문제 • 크기확장 어려움 운영체제

22. Chapter12. 대용량 저장장치 구조(Secondary Storage Structure) • 디스크 구조(Disk Structure) • fixed head • moving head • p29(Figure 2.5) 참조 • b = k + s x (j + i x t) k : sector # j : surface # i : cylinder # s : sectors/track 디스크 스케줄링(Disk Scheduling) • FCFS Scheduling(First-Come First Served) • 가장 Simple • 가장 먼저 도착한 요청을 먼저 처리 • 장점 : program 하기 쉬움 • fair-predictable(공평성이 유지됨) • 단점 : 필요없이 지나치게 이동하는 경우 발생 운영체제

23. FCFS Illustration shows total head movement of 640 cylinders. 운영체제

24. 디스크 스케줄링(Disk Scheduling) • SSTF Scheduling(Shortest-Seek-Time-First) • 현재 head 위치에서 가까운 모든 요구를 처리 • FCFS 보다 더 효율적, 일반적인 방법 • 장점 : 전반적인 seek time을 감소시킴 • 단점 : 근본적으로 SJF algorithm 형태이므로, starvation이 발생할 수 있음 • SCAN • 입출력 head가 disk의 한쪽 끝에서 다른 끝으로 가면서 처리해 나가며, 다른 끝에 도착하면 역방향으로 이동하면서 요청된 track 에 대한 처리를 해나가는 방법 • SSFT 방식에서의 response time에 있어서의 high-variance를 보완 • SSFT와의 차이점 : 계속 한 방향으로 진행 • 장점 : ① thoughput 증가 ② response time 감소 • 단점 : 밀도가 높은 부분의 요청이 상당히 오랜시간을 대기하게 됨. (대기 시간의 불균등) • 보완한 방식 : LOOK-한 방향으로 요청이 있는 곳까지만 head가 이동하고, 현재 방향에서 더 이상의 요청이 없으면, 이동방향을 바꿈 운영체제

25. SSTF (Cont.) 운영체제

26. SCAN 운영체제

27. 디스크 스케줄링(Disk Scheduling) • C-SCAN • SCAN 방식을 보완하여, 대기시간을 좀 더 균등하게 한 기법 • 한쪽 방향으로 head를 이동해가면서 요청을 처리하는 것은 같으나, 한쪽 끝에 도착하면 반대 방향으로 head를 이동하지 않고 다시 처음으로 와서 처음부터 처리를 진행시킴. • 장점: response time 균등 • 보완 기법 : C-LOOK • Disk Scheduling Algorithm의 선택 • 가장 일반적이고 자연스러운 선택 : SSTF • disk를 많이 사용하는 system : SCAN이나 C-SCAN • performance에 영향을 미치는 요인 • ① request의 type과 수 • ② file 할당 기법 (예) contiguously allocated file : head 이동이 제한됨 link file 또는 index file : head 이동 많음, disk space utilization 높음 • ③ directory 와 index block 의 위치 운영체제

28. C-SCAN (Cont.) 운영체제

29. C-LOOK (Cont.) 운영체제

30. 무엇이 성공인가 자주 그리고 많이 웃는 것 현명한 이에게 존경을 받고 아이들에게서 사랑을 받는 것 정직한 비평가의 찬사를 듣고 친구의 배반을 참아 내는 것 아름다움을 식별할 줄 알며 다른 사람에게서 최선의 것을 발견하는 것 건강한 아이를 낳든 한 뙈기의 정원을 가꾸든 사회 환경을 개선하든 자기가 태어나기 전보다 세상을 조금이라도 살기 좋은 곳으로 만들어 놓고 떠나는 것 자신이 한때 이곳에 살았음으로 해서 단 한 사람의 인생이라도 행복해지는 것 이것이 진정한 성공이다. 랄프 왈도 에머슨 운영체제

31. 수고하셨습니다! • Hard한 걸Hard하게 하면Hard해 진다. • Hard한 것은 아름답다. 운영체제