File-System Structure

File-System Structure

• Logical storage unit
  • Collection of related information
• File control block
  • 특정 file에 관련된 정보를 전달해주는 storage structure
• file system은 disk에 존재하며 disk operation은 block 단위로 수행된다.
  

File system implementation

• Information on disk
• Information in memory
• Partitions
• Virtual file system

Information on Disk

Disk는 다음에 정보들을 저장한다.

1. Boot control block

• system을 작동시키기 위한 OS 기본적인 정보를 disk에 정해진 위치에 저장함
• UNIX: It is called bootblock
• NTFS: partition boot secto

2. Volume(partition) control block

• file system에 대한 정보
• Volume(partition)
  • booting에 필요한 정보를 제외한 나머지 파일들을 Disk에 저장을 해야함
  • 그 Disk 단위
  • Windows 에서는 D:, E: ... 순차적으로 증가
• 해당하는 partition에 block의 수
• Free block Pointer
  • Free block: 사용하지 않은 공간 이는 따로 관리함
• FCB pointer
  • FCB: file과 관련된 정보들을 저장하는 자료구조
• UNIX는 superblock라 함
• NTFS는 master file table에 저장함

3. Directory structure for a file system

• UNIX에서는 file 이름과 그와 mapping 되는 inode number들을 저장한다.
• NTFS는 master file table에 포함함

4. Per-file FCB

• FCB는 file을 찾아가기 위한 정보, file과 관련된 추가 정보를 가진다.
  

Information in memory

1. In-memory mount table
   • 현재 System에서 mount가 되어 file system으로 접근이 가능한 것들의 list
   • Kernel이 관리
   • Windows 는 D:, F:와 같이 표기함
   • Unix는 아무 directory에 mount가 가능
2. In-memory directory structure
   • 최근에 접속했던 Directory만 메모리에 넣어둔다.
3. System-wide open-file table
   • 전체 System 상에서 최근에 접속했던 FCB는 모두 메모리상에 올라가 있다.
4. Per-process open-file table
   • system-wide open file table에서 어떤 프로세스가 어떻게 접근하는지에 대한 정보의 pointer를 저장함

• 주의!: system-wide open table와 Per-process open table를 구분해야 함
  • system-wide open table
    • 현재 open이 되어있는 file의 FCB를 포함함
    • 전체 system에서 딱 한 개 존재
  • Per-process open table
    • system-wide open table의 FCB에 대한 Pointer를 가짐
    • 프로세스마다 따로 존재
      

      만일 file이 open 되었다면

      system-wide open table를 check한다.
• 다른 프로세스가 open했는가를 확인
  • 만일 있다면, per-process open-file table를 만듦
  • 만일 없다면, directory structure를 찾는다.
    • directory structure를 찾은 다음에 FCB를 system-wide open table에 넣는다.

만일 file이 read or written 된다면

1. per-process open-file table을 찾는다.
   • system-wide open file table에 link가 되어있으므로 offset같은 정보를 찾음
2. system-wide open-file table을 찾는다.
   • FCB를 찾아서 read, write를 수행

만일 file이 close 된다면

1. system-wide open file table에 open count를 확인한다.
   • 1일 경우 2를 수행
   • 그 이상일 경우 count를 줄임
2. per-process file table entry를 지움

Memory에서 Property를 정리하면

• directory structures
• inode tables(Linux에는 있음)
• data
  • buffer cache에 저장되기도 함

Partitions

• 독립된 file system 하나가 partition을 이룬다.
• 하나의 Partition에는 여러 개의 partition들이 있을 수 있다.
• 하나의 disk가 여러 partition으로 나누어 질 수 있다.
  • A boot partition
  • Root partition
• 만일 생 그대로 disk를 사용하게 된다면
  • file system이 없다.
    • 즉, file system 을 구현해야함
  • UNIX에서는 Swap space를 raw partition으로 사용한다.
    • Swap space
      • Main memory를 가상적으로 extension함
      • virtual memory

        Virtual File System (VFS)

• VFS는 같은 system call interface에 대해서
  • 서로 다른 file system type에도 문제 없이 작동할 수 있도록 함
• 이 API를 VFS interface라 한다.
• Vnode
  • 메모리에서 사용할 수 있는 inode
  • unique 하게 사용가능
    

VFS architecture in Linux

• Inode object
  • Vnode
• File object
  • 프로세스에 의해 열려 있는 실제 file
• Superblock object
  • 전체 file system에 대한 정보를 처리하기 위한 supeblock
• Dentry object
  • directory 혹은 directory에 있는 file에 접근하기 위한 object
  • directory entry가 처음 momory에 read가 되면 VFS에 의해 dentry object를 만든다

Directory Implementation

• file이 생성되고 삭제될 때 효율적으로 동작해야 함
• Linear list
  • file name에 따라 Linear 하게 만듦
  • 매우 간단한 프로그램
  • 하지만 파일이 여러개 일 경우 조작하거나 찾기 어려움
• Hash Table
  • Hash를 사용함
  • search 효율성 매우 올라감
  • 하지만 collision 발생 가능성 존재
    

Allocation methods

• file은 disk block으로 이루어져 있다.
• disk에 할당하는 방법
  • Contiguous allocation
    • 연속된 공간으로 할당하게 된다면 fragment가 발생할 수 있다.
  • Linked allocation
    • 할당된 block 다음에 어딘가에 할당한 blcok을 연결한다.
    • 하지만 이는 포인터를 저장, search의 오버헤드 단점이 있다.
    • Windows에서 이 방식으로 사용
  • Indexed allocation
    • 파일의 index를 통해서 접근
    • Linux에서 이 방식으로 사용
    •