파일 시스템

3. 구조

파일 시스템은 일반적으로 512바이트, 1키비바이트, 2키비바이트 등 2의 제곱 형태의 크기를 가진 블록들의 배열(섹터)에 접근할 수 있는 자료 보관 장치 위에 생성된다. 이러한 배열들을 조직하여 파일이나 디렉터리를 만들고, 파일과 공백을 구분하기 위해 각 배열에 표시를 한다. 자료는 '클러스터' 또는 '블록'이라는 단위로 새겨지며, 이는 파일 하나에 필요한 최소 디스크 공간을 의미한다.

로컬 파일 시스템의 구조는 추상화 계층으로 설명할 수 있다.

• '''논리적 파일 시스템''' 계층은 열기, 닫기, 읽기, 쓰기 등 파일 작업에 대한 API를 제공하여 상위 수준의 접근을 지원하고, 하위 계층에 작업을 위임한다. 이 계층은 열린 파일 테이블 항목과 프로세스별 파일 디스크립터를 관리하며, 파일 접근, 디렉터리 작업, 보안 및 보호 기능을 제공한다.^[7]
• '''가상 파일 시스템'''은 선택적인 계층으로, 여러 개의 물리적 파일 시스템의 동시 인스턴스를 지원한다.^[8]
• '''물리적 파일 시스템''' 계층은 디스크와 같은 스토리지 장치에 대한 낮은 수준의 접근을 제공한다. 이 계층은 데이터 블록을 읽고 쓰며, 버퍼링 및 메모리 관리를 수행하고, 스토리지 매체의 특정 위치에 블록 배치를 제어한다. 이 계층은 장치 드라이버 또는 채널 I/O를 사용하여 스토리지 장치를 구동한다.^[7]

3. 1. 파일 이름

3. 2. 디렉터리

4. 파일 시스템의 종류

파일 시스템은 크게 디스크 파일 시스템, 분산 파일 시스템, 특수 용도 파일 시스템으로 나눌 수 있다.

분산 파일 시스템은 윈도우의 SMB/CIFS, 매킨토시의 AFP, 유닉스의 NFS 등이 해당하며, 네트워크를 통해 파일을 공유할 수 있도록 한다. 이러한 네트워크 파일 시스템은 공유 원본의 파일 시스템을 추상화한 또 다른 종류의 파일 시스템으로 취급된다.^[41]

개별 OS가 표준으로 하는 NTFS, UFS, HFS+, ext3, HPFS, BFS 등의 차이는 Samba 등을 사용한 파일 공유에서 실용적인 문제는 거의 없지만, 파일 이름 제한이나 확장 파일 속성을 사용할 수 없는 등의 문제는 있을 수 있다. 또한, Windows나 macOS를 대상으로 한 NAS 장치에서도 내부 하드 디스크 드라이브 (HDD)에서는 ReiserFS나 XFS 등이 사용되는 경우가 많다.

유닉스와 같은 파일 중심의 운영 체제는 '/proc'와 같은 여러 가지 특수 용도의 파일 시스템을 사용하여 프로세스나 운영 체제의 여러 기능에 접근할 수 있다.^[41]

4. 1. 디스크 파일 시스템

• FAT (FAT12, FAT16, FAT32)
• exFAT
• NTFS
• ReFS
• HFS 및 HFS+
• HPFS
• APFS
• UFS
• ext2
• ext3
• ext4
• XFS
• btrfs
• Files-11
• Veritas 파일 시스템
• VMFS
• ZFS
• ReiserFS
• NSS

{| class="wikitable" style="width: 100%; text-align: center; font-size: smaller; table-layout: fixed;"

|-style="position:sticky; top:0px"

!

! Tail Packing

! 투명 압축

! 블록 분할 할당

! 지연 할당

! 익스텐트(Extent (file systems))

! 가변 파일 블록 크기

|-

! FAT12

|

|

|

|

|

|

|-

! FAT16

|

|

|

|

|

|

|-

! FAT32

|

|

|

|

|

|

|-

! HPFS

|

|

|

|

|

|

|-

! NTFS

|

|

|

|

|

|

|-

|-

! ReFS

| 불명

|

| 불명

| 불명

| 불명

|

|-

! HFS+

|

|

| 불명

|

|

|

|-

! UFS (FFS)

|

|

|

|

|

|

|-

! UFS (FFFS)

|

|

| {{

4. 2. 데이터베이스 파일 시스템

• 그놈 VFS
• BFS
• WinFS

4. 3. 트랜잭션 기반 파일 시스템

4. 4. 특수 용도의 파일 시스템

• devfs, udev, TOPS-10는 I/O 장치 또는 가상 장치를 특수 파일로 노출한다.
• configfs 및 sysfs는 리눅스 커널 정보를 쿼리하고 구성하는 데 사용할 수 있는 특수 파일을 노출한다.
• procfs는 프로세스 정보를 특수 파일로 노출한다.

5. 파일 시스템과 운영 체제

운영 체제는 사용자에게 파일 시스템 접근을 제공하며, 유닉스 셸, Windows 명령 프롬프트 및 PowerShell, OpenVMS DCL과 같은 명령 줄 인터페이스를 제공한다. 또한 MacOS Finder 및 Windows 파일 탐색기와 같은 그래픽 사용자 인터페이스 파일 브라우저도 제공한다.

파일 시스템은 데이터 저장 및 접근 방식을 결정하며, 저장 장치뿐만 아니라 네트워크를 통해 동적으로 생성되는 데이터에도 적용될 수 있다.^[41] 일반적으로 여러 계층으로 구성되어 다양한 저장 장치를 지원하고, 하나의 시스템에서 여러 파일 시스템을 사용할 수 있게 한다. 대부분의 운영 체제는 파일을 기본 구성 요소로 사용하며, 파일 시스템을 갖추고 있다. 초기 마이크로컴퓨터 운영 체제인 도스는 파일 관리를 주 목적으로 설계되었고, 단 하나의 파일 시스템만 지원했다.

파일 시스템은 대개 파일 이름을 묶는 디렉터리를 가지며, 파일 이름은 파일 할당 테이블이나 inode와 같은 인덱스와 대응된다. 디렉터리 구조는 평면적이거나 계층적일 수 있으며, 일부 파일 시스템에서는 파일 이름에 확장자나 버전 번호와 같은 구조가 존재한다.

계층형 파일 시스템은 데니스 리치의 초기 연구 대상이었으며, UNIX의 성공 이후 다른 운영 체제 개발에도 영향을 미쳤다. 초기 파일 시스템은 파일 및 디렉터리 관리 기능을 제공했지만, 하드 링크 생성, 부모 링크 명칭 변경, 양방향 링크 생성과 같은 기능은 초기에 존재하지 않았다. 파일 내용의 부분 삭제, 연결, 삽입 등의 기능도 제한적이었다.

파일 시스템의 기본 조작에 대한 안전한 접근은 접근 제어 목록이나 케퍼빌리티를 통해 이루어진다. 상용 파일 시스템은 접근 제어 목록을 주로 사용하지만, 연구 중인 최신 운영 체제에서는 케퍼빌리티가 사용되는 경향이 있다.

일부 애플리케이션 소프트웨어는 독자적인 파일 시스템을 채용하기도 한다. (예: FMR 시리즈・FM TOWNS용 워드 프로세서 소프트웨어 「FM-OASYS」)

5. 1. 유닉스 계열의 파일 시스템

• 많은 상황에서 루트 이외의 파일 시스템은 운영 체제가 부팅되자마자 사용할 수 있어야 한다. 따라서 모든 유닉스 계열 시스템은 부팅 시 파일 시스템을 마운트하는 기능을 제공한다. 시스템 관리자는 옵션과 마운트 지점도 나타내는 구성 파일 fstab ( Solaris의 경우 ''vfstab'')에서 이러한 파일 시스템을 정의한다.
• 일부 상황에서는 사용 후 사용을 원하는 경우에도 부팅 시 특정 파일 시스템을 마운트할 필요가 없다. 유닉스 계열 시스템에는 요구 시 미리 정의된 파일 시스템을 마운트할 수 있는 유틸리티가 있다.
• 이동식 미디어를 사용하면 물리적 연결 없이도 기계 간에 프로그램과 데이터를 전송할 수 있다. 일반적인 예로는 USB 플래시 드라이브, CD-ROM 및 DVD가 있다. 따라서 사용자의 개입 없이 미디어의 존재 및 가용성을 감지한 다음 해당 미디어를 마운트하는 유틸리티가 개발되었다.

• 진보적인 유닉스 계열 시스템은 또한 '''슈퍼마운트'''라는 개념을 도입했다. 예를 들어 [http://sourceforge.net/projects/supermount-ng the Linux supermount-ng project]를 참조할 수 있다. 슈퍼마운트된 플로피 디스크는 시스템에서 물리적으로 제거할 수 있다. 정상적인 상황에서는 디스크를 동기화한 다음 제거하기 전에 마운트를 해제해야 한다. 동기화가 발생했다면 다른 디스크를 드라이브에 삽입할 수 있다. 시스템은 디스크가 변경되었음을 자동으로 감지하고 마운트 지점 내용을 업데이트하여 새 미디어를 반영한다.
• 자동 마운터는 마운트해야 하는 디렉터리를 참조하면 자동으로 파일 시스템을 마운트한다. 이는 일반적으로 이동식 미디어에 적합한 미디어 삽입과 같은 이벤트에 의존하기보다는 네트워크 서버의 파일 시스템에 사용된다.

5. 2. 마이크로소프트 윈도우의 파일 시스템

참조

_[1] 웹사이트 5.10. Filesystems https://tldp.org/LDP[...] The Linux Document Project 2021-12-11
_[2] 서적 File System Implementation http://pages.cs.wisc[...] Arpaci-Dusseau Books
_[3] 웹사이트 Storage, IT Technology and Markets, Status and Evolution https://indico.cern.[...] 2018-09-20
_[4] 서적 Office Practice and Business Procedure https://archive.org/[...] Gregg Publishing Company 2016-08-01
_[5] 서적 Technical investigations of addition of a hardcopy output to the elements of a mechanized library system : final report, 20 Sept. 1961 Svco Corporation 1961
_[6] 서적 Disc File Applications: Reports Presented at the Nation's First Disc File Symposium https://books.google[...] American Data Processing 2016-08-01
_[7] 웹사이트 Operating Systems 600.418 The File System http://www.cs.jhu.ed[...] 2016-07-31
_[8] 웹사이트 Component Structure of the Logical File System https://www.ibm.com/[...] IBM Corporation 2024-04-24
_[9] 학회자료 Proceedings of the November 30--December 1, 1965, fall joint computer conference, Part I on XX - AFIPS '65 (Fall, part I) http://www.multician[...] AFIPS 2011-07-30
_[10] 서적 Embedded Microcomputer Systems: Real Time Interfacing https://books.google[...] Cengage Learning 2022-06-30
_[11] 웹사이트 KSAM: A B + -tree-based keyed sequential-access method https://www.research[...] 2016-04-29
_[12] 서적 Operating Systems https://books.google[...] PHI Learning Pvt. Ltd. 2014-07-27
_[13] 웹사이트 Chapter 22. The Z File System (ZFS) https://docs.freebsd[...]
_[14] 웹사이트 About Apple File System (APFS) https://daisydiskapp[...]
_[15] 서적 Mobile Computing USENIX 1994
_[16] 웹사이트 Windows on a database – sliced and diced by BeOS vets https://www.theregis[...] theregister.co.uk 2014-02-07
_[17] 웹사이트 IBM DB2 for i: Overview https://web.archive.[...] 03.ibm.com 2014-02-07
_[18] 웹사이트 IBM developerWorks : New to IBM i http://www.ibm.com/d[...] Ibm.com 2014-02-07
_[19] 웹사이트 XP successor Longhorn goes SQL, P2P – Microsoft leaks https://www.theregis[...] theregister.co.uk 2014-02-07
_[20] 웹사이트 Alternatives to using Transactional NTFS (Windows) http://msdn.microsof[...] Msdn.microsoft.com 2014-02-07
_[21] 학회자료 Enabling transactional file access via lightweight kernel extensions http://www.fsl.cs.su[...] 2009
_[22] 학술지 Extending ACID Semantics to the File System http://www.fsl.cs.su[...] 2007
_[23] 학회자료 Transaction Support in a Log-Structured File System http://www.eecs.harv[...] 1993
_[24] 학회자료 Operating System Transactions http://www.sigops.or[...] 2009-10
_[25] 학회자료 A Transactional Flash File System for Microcontrollers http://www.usenix.or[...]
_[26] 서적 Sun's Network File System http://pages.cs.wisc[...] Arpaci-Dusseau Books
_[27] 서적 Storage Networks Explained: Basics and Application of Fibre Channel SAN, NAS, iSCSI and InfiniBand https://books.google[...] John Wiley & Sons 2022-06-30
_[28] 웹사이트 Mac OS X: About file system journaling http://support.apple[...] Apple 2014-02-08
_[29] 웹사이트 Mac OS X 10.5 Leopard: Installing on a UFS-formatted volume https://web.archive.[...] 2016-04-29
_[30] 웹사이트 How to Enable NTFS Write Support in Mac OS X http://osxdaily.com/[...] 2013-10-02
_[31] 서적 EnCase Computer Forensics - The Official EnCE: EnCase Certified Examiner https://books.google[...] 2014-02-07
_[32] 웹사이트 File system formats available in Disk Utility on Mac https://support.appl[...]
_[33] 웹사이트 exFAT file system specification https://docs.microso[...]
_[34] 서적 The Prospero File System: A Global File System Based on the Virtual System Model http://citeseer.ist.[...]
_[35] 학술지 A file system for a general-purpose time-sharing environment https://ieeexplore.i[...] 1975-06
_[36] 학술회의자료 The Protection of Information in a General Purpose Time-Sharing Environment https://docs.google.[...]
_[37] 웹사이트 The Temple Operating System http://www.templeos.[...] 2017-03-30
_[38] 웹사이트 How to Convert FAT Disks to NTFS https://learn.micros[...]
_[39] 웹사이트 Ext4 Howto https://ext4.wiki.ke[...] 2016-04-29
_[40] 웹사이트 Conversion from Ext3 https://btrfs.wiki.k[...]
_[41] 웹사이트 fsspec https://filesystem-s[...]
_[42] 서적 Office Practice and Business Procedure https://books.google[...] Gregg Publishing Company 2016-08-01
_[43] 서적 Technical investigations of addition of a hardcopy output to the elements of a mechanized library system : final report, 20 Sept. 1961 http://www.worldcat.[...] Svco Corporation 2016-08-01
_[44] 서적 Disc File Applications: Reports Presented at the Nation's First Disc File Symposium https://books.google[...] American Data Processing 2016-08-01