계층적 파일 시스템

3. HFS의 특징

HFS는 1985년 9월 애플이 매킨토시용 하드 디스크 드라이브를 지원하기 위해 도입한 파일 시스템이다. HFS는 애플의 실패작인 애플 III용 계층적 파일 시스템인 SOS를 기반으로 했다.^[2] 폴더를 이용한 계층 구조를 지원하며, 이름에 "Hierarchical"의 "H"가 붙었다.

HFS는 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

• 두 개의 포크: 주 데이터(데이터 포크) 외에 리소스 포크라는 메타 정보를 갖는다.
• 대소문자를 구별하지 않음: 파일 이름은 최대 31자까지 가능하며, 대소문자를 구별하지 않는다.
• 파일 ID: 파일은 파일 이름 대신 고유한 파일 ID (CNID)로 참조된다.
• '''카탈로그 파일''': B-트리 구조를 사용하여 파일 및 디렉토리 정보를 빠르게 검색할 수 있다.^[2]
• '''에일리어스''': 심볼릭 링크, 바로 가기보다 진보된 에일리어스(Alias) 기능을 제공한다.

3. 1. HFS의 구조

• '''부트 블록''': 볼륨의 논리 블록 0과 1은 시스템 시작 정보를 포함한다.^[2] 예를 들어, 시스템 및 셸(일반적으로 Finder) 파일의 이름이 시작 시 로드된다.

• '''마스터 디렉토리 블록''' ('''MDB'''): 논리 블록 2에는 볼륨 생성 날짜 및 타임스탬프, 볼륨 비트맵과 같은 다른 볼륨 구조의 위치, 할당 블록과 같은 논리 구조의 크기 등 볼륨 자체에 대한 광범위한 데이터가 정의되어 있다. 또한 볼륨의 끝에서 두 번째 논리 블록에는 '''대체 마스터 디렉토리 블록''' ('''대체 MDB''')이라는 MDB의 복제본이 있다. 이는 주로 디스크 유틸리티에서 사용하기 위한 것이며 카탈로그 파일 또는 익스텐트 오버플로 파일의 크기가 증가할 때만 업데이트된다.

• '''볼륨 비트맵''': 논리 블록 3은 어떤 할당 블록이 사용 중이고 어떤 블록이 비어 있는지 추적하는 볼륨 비트맵의 시작 블록이다. 볼륨의 각 할당 블록은 맵의 비트로 표시된다. 비트가 설정되면 블록이 사용 중이고, 비트가 지워지면 블록을 사용할 수 있다. 볼륨 비트맵은 각 할당 블록을 나타내는 비트를 가져야 하므로 크기는 볼륨 자체의 크기에 따라 결정된다.^[2]

• '''익스텐트 오버플로 파일''': B-트리이며, 카탈로그 파일의 초기 3개의 익스텐트가 소진되면 어떤 할당 블록이 어떤 파일에 할당되었는지 기록하는 추가 익스텐트를 포함한다. 최신 버전에서는 파일 시스템이 파일에 잘못된 블록을 할당하려고 시도하는 것을 방지하기 위해 익스텐트 오버플로 파일이 잘못된 블록을 기록하는 익스텐트를 저장하는 기능이 추가되었다.

• '''카탈로그 파일''': 볼륨에 저장된 모든 파일과 디렉토리에 대한 레코드를 포함하는 또 다른 B-트리이다. 4가지 유형의 레코드를 저장한다. 각 파일은 파일 스레드 레코드와 파일 레코드로 구성되고 각 디렉토리는 디렉토리 스레드 레코드와 디렉토리 레코드로 구성된다. 카탈로그 파일의 파일과 디렉토리는 고유한 '''카탈로그 노드 ID''' (또는 '''CNID''')로 위치를 찾는다.

4. 한계

HFS는 카탈로그 파일이 모든 파일과 디렉터리 레코드를 단일 데이터 구조에 저장하기 때문에 멀티태스킹 환경에서 성능 저하를 유발할 수 있다. 한 번에 하나의 프로그램만 이 구조에 쓸 수 있어, 여러 프로그램이 대기해야 하는 상황이 발생할 수 있기 때문이다.^[6] 또한 카탈로그 파일이 손상되면 전체 파일 시스템이 손상될 수 있어 심각한 신뢰성 문제를 야기한다. 이는 파일과 디렉터리 레코드를 별도의 구조에 저장하는 다른 파일 시스템(예: DOS의 FAT 파일 시스템 또는 유닉스 파일 시스템)과 대조적이다. 이러한 파일 시스템에서는 디스크 구조가 분산되어 있어 단일 디렉터리 손상이 치명적이지 않으며, 손상되지 않은 부분의 데이터를 사용하여 복구할 수 있다.^[6]

HFS는 65,535개의 할당 블록 제한을 가지고 있어, 파일의 최소 크기가 디스크 크기의 1/65,535와 같아졌다. 따라서 크기에 관계없이 주어진 볼륨은 최대 65,535개의 파일만 저장할 수 있었다. 또한 모든 파일은 할당 블록 크기만큼의 공간을 할당받아, 실제로 필요한 것보다 더 많은 공간을 차지하게 되었다. 디스크가 작을 때는 할당 블록 크기가 작아 문제가 되지 않았지만, 디스크 용량이 커지면서 할당 블록 크기가 과도하게 커져 디스크 공간 낭비가 심해졌다. 예를 들어, 1GB 디스크에서 HFS의 할당 블록 크기는 16,000이므로, 1바이트 파일도 16,000의 디스크 공간을 차지하게 된다. 이는 그림, 데이터베이스, 오디오와 같이 큰 파일보다 작은 파일이 많은 사용자에게 더 큰 문제가 되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Mac 사용자들은 디스크를 작은 논리 볼륨으로 분할하여 사용하기도 했다. FAT16 파일 시스템에서도 동일한 문제가 발생했다.

5. 다른 운영 체제에서의 지원

HFS는 독점적인 파일 시스템 형식이지만, 문서화가 잘 되어 있어 대부분의 최신 운영 체제에서 HFS 형식의 디스크에 접근할 수 있는 솔루션을 일반적으로 제공한다.^[2]

클래식 Mac OS에서는 1998년 버전 8.1에서 HFS+가 도입되었지만, HFS에서의 부팅 및 읽기/쓰기를 계속 지원했다. Mac OS X에서는 HFS 파티션에서의 부팅은 불가능했지만, v10.5까지 읽기/쓰기가 가능했다. Mac OS X v10.6 이후에는 쓰기가 불가능해졌으며, 2016년 macOS 시에라 10.12에서 지원이 중단되었다.^[7]

참조

_[1] 웹사이트 Losing legacy data to Snow Leopard http://www.computerw[...] Computerworld 2009-08-31
_[2] 웹사이트 The HFS Primer http://macjournals.c[...] GCSF, Incorporated 2003-05-25
_[3] 웹사이트 What's New in macOS: macOS Sierra 10.12 https://developer.ap[...] Apple 2017-01-25
_[4] 웹사이트 How to mount HFS Classic drives on MacOS Catalina and later https://www.matthewh[...] Matthew Hughes 2020-07-25
_[5] 웹사이트 About the security content of Security Update 2021-005 Mojave https://support.appl[...] 2022-06-21
_[6] 서적 Practical File System Design with the Be File System http://www.nobius.or[...] Morgan Kaufmann 2006-07-13
_[7] 간행물 What's new in OS X - OS X v10.12 https://developer.ap[...]