File-System-Interface

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Basic Concept

• OS 는 저장된 정보에 대해 동일한 logical view 를 제공한다.
  • 저장장치의 물리적 특징을 축약한다.
• File : Logical storage unit (저장 장치에 저장하는 단위)
  • 사용자와 프로그램이 데이터를 저장하고 재사용할 수 있다.
  • Nonvolatile
  • 프로그램 (source, objects) 과 데이터 (numeric, character, binary) 를 나타낸다.
• File → 확장자에 의해 내용 정의된다.

File Attributes

Attribute	Description
name	사람이 읽을 수 있는 형태 이름
identifier	시스템이 구분할 수 있는 속성
type	파일 타입
location	장치의 파일 위치
size	현재 파일 사이즈
protection	누가 읽고 쓰고 실행할 수 있는지
timestamps and user identification	monitoring, 보안에 대한 데이터

File Operations

• Create
• Open
• Write - write pointer 위치에서 write
• Read - read pointer 위치에서 read
• Reposition within a file
• Delete
• Truncate : 파일 내용은 지우고 속성은 유지
• Create, Open 제외한 모든 operation 은 open 을 먼저 진행해 file discripter 를 얻어야 한다.
  • OS → open-file table 을 유지 (열려 있는 파일 추적 목적)
  • open count : 파일이 몇번 열렸는지 저장

File Locking

• 파일에 대해 접근 얻지 못하도록 파일을 잠그는 것
• reader-writer lock 과 비슷하다.
• Shared lock : reader lock 과 비슷 → 여러 프로세스들이 동시에 lock 획득 가능
• Exclusive lock : writer lock 과 비슷 → 한 번에 한 프로세스만 획득 가능
• Mandatory : OS 가 locking 통합적으로 보장
• Advisory : 개발자 (사용주체) 가 lock 을 적절하게 직접 설정
  • int flock(int fd, int operation);
  • int fcntl(int fd, int cmd, …);

File Types

• 파일 시스템의 이해를 위한 type
  • device, directory, symbolic link
• OS, runtime library
  • executable, dll, source code, object code
• 프로그램
  • jpg, mpg, avi, mp3, …
• 인코딩 파일 타입
  • 윈도우는 이름 안에 타입이 있다.
    • .com, .exe, .bat, .dll, .jpg, …
  • 유닉스는 파일 내용 안에 있다.

Access Methods

• Sequential access (순차 접근) : 다음 내용을 읽고 쓴다.
• Direct access : number 에 해당하는 부분을 직접 접근 (순서에 상관없이 빠르게 읽고 쓸 수 있다.)
• Index access : 책의 목차처럼 사용해 접근

Directory Structure

• 모든 파일에 대한 정보를 포함한 노드들의 집합
  • 디렉토리 구조와 파일 모두 디스크에 위치
• Efficiency(효율성) : 빠르게 파일을 위치시키기 위해 사용
• Naming(명칭) : 사용자의 편의성을 위해
  • 서로 다른 사용자의 경우 다양한 파일에 대해 같은 이름을 가질 수 있다.
  • 같은 파일에 대해 다양한 이름을 가질 수 있다.
• Grouping : 파일 logical grouping

Single-Level Directory

• 모든 파일이 한 폴더에 들어가 있는 경우
• Naming problem(서로 유일한 이름 갖는다.), Grouping problem(나눌 수 없다.) 발생.

Two-Level Directory

• 사용자 각각의 폴더가 다르게 분리한다.
• Path name : user_name/file_name
• 효율적 탐색
• Grouping 은 할 수 없다.

Tree-Structured Directory

• 가장 흔한 directory 구조
• Root directory 를 갖는다.
• 모든 파일이 고유한 경로를 갖는다.

Acyclic-Graph Directory

• 상위 디렉토리가 하위 디렉토리와 파일을 공유할 수 있도록 허용한다.
• 파일이 두 가지 다른 이름을 가질 수 있다.
• 하지만 순환 구조가 생기면 안된다.
• 유닉스 = Symbolic link, Pointer

General Graph Directory

• 디렉토리와 파일에서 순환 구조가 발생해도 된다.
  • Reference count 가 0 이 되지 않는다.
  • ⇒ root 에서 해당 파일로 가능 경로가 없어도 reference count = 1 이 된다. (순환 구조에서)
  • ⇒ 접근 가능하려면 0 이어야 하는데, 이를 확인할 수 없다.
  • ⇒ Garbage collection 을 사용하여 접근할 수 없으면 삭제한다.

Protection

• 파일 제작자/소유자 ⇒ 누구에 의해 실행되었는지 알아야 한다.
• 접근 권한 부여

Access List / Group in Unix

• 3 가지 모드 : read (R), write (W), execute (X)

• chmod 를 통해 해당 접근 권한을 부여할 수 있다.

Memory-Mapped Files

• Virtual address 의 한 부분이 파일들과 논리적으로 연결될 수 있도록 허용한다.
• Disk Block 을 Page 와 연결한다.

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

• addr = mmap() 이후 addr 에 write 를 할 경우 메모리에 써지는 것이 아닌 파일에 써지는 것

• Memory-mapped 상황에서 3 번 frame 에 write 과정

1. Write 입력
2. 3 번 frame addr 에 접근
3. Page fault 발생
4. Disk 에서 해당 file 부분을 3 번 physical memory 에 올려준다.
5. Page 가 physical memory 에 올려진 disk block 에 접근해 작업한다.