5주차 스터디 🔜

05/yongki/FileSystem.md

@@ -0,0 +1,330 @@
+# 파일 시스템
+
+- [파일 시스템](#파일-시스템)
+  - [Block](#block)
+  - [Inode struct](#inode-struct)
+    - [Directory](#directory)
+    - [File descriptor](#file-descriptor)
+  - [Reading a file from Disk](#reading-a-file-from-disk)
+  - [Creating & Writing a File from Disk](#creating--writing-a-file-from-disk)
+  - [참고문헌](#참고문헌)
+
+## Block
+
+<table>
+<tr>
+  <td width="50%">
+    <img src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R1280x0/?scode=mtistory2&fname=https%3A%2F%2Fblog.kakaocdn.net%2Fdn%2Fb2MSQM%2FbtqFjc2CP8t%2F5Jv2MbqFws4bkKdk0EZpa1%2Fimg.png">
+  </td>
+  <td>
+    <p>
+      <code>C</code>의 조각난 모양을 sector라고 한다.
+      <br/>
+      파일 시스템은 이 섹터를 여러 개 모아서 block이라는 단위를 사용한다.
+    </p>
+    <p>
+      OS는 disk를 일정한 크기의 block으로 나누어 저장한다.
+    </p>    
+  </td>
+</tr>
+</table>
+
+각 block은 그 목적에 따라 아래의 4가지로 구분지을 수 있다.
+
+- `Super block`
+
+  file system의 global한 정보들을 담는 block으로 하나의 file system에 1개만 존재한다.
+  <br/>
+
+- `Allocation structure block`
+  <table>
+  <tr>
+    <td width="50%">
+      <img src="assets/bitmap-consistent.png">
+    </td>
+    <td>
+      bitmap의 방법으로 inode struct와 data block의 data에 대해 used/unused 정보가 저장된다.
+    </td>
+  </tr>
+  </table>  
+  <br/>
+
+- `Key meta data block`
+
+  inode struct의 table이 저장된다.
+  <br/>
+
+- `User data block`
+
+  실제 data들이 저장된다.
+  <br/>
+
+즉, 다음과 같다.
+
+![block-type](assets/block-type.jpg)
+
+## Inode struct
+
+Inode struct에는 file에 대한 meta data가 저장된다. 
+
+file의 size, mode, permission, 소유자, 각종 시각 등이 저장된다.
+
+각 file마다 하나의 Inode struct가 부여된다.
+
+Inode struct에서 가장 중요한 정보는 실제 data가 저장된 `user data block`의 pointer이다. 
+
+file의 크기가 block의 size보다 클 경우에는 여러 block을 사용해야 하기 때문에 data block을 가리키는 여러 pointer 변수들이 Inode struct에 존재하게 된다.
+
+### Directory
+
+Directory는 file의 한 종류이다. 
+
+그렇다면 Directory의 Inode struct는 어떻게 구성되어 있을까? Inode struct의 일반적인 구성과 동일하다. 
+
+Directory의 `user data block`에서의 data가 다른데, Directory 하위 항목들에 대한 linked list를 저장된다. 
+
+linked list의 각 node는 Inode number와 name을 구성 요소로 갖는다. 
+이때 Inode struct pointer를 직접 저장하지 않고 단순 index 번호만 저장함으로써 공간을 절약한다.
+
+Directory마다 단순 선형 linked list를 운용하게 될 경우 깊은 계층 구조를 갖는 Directory에서 성능이 많이 하락하기 때문에 B-tree와 같은 자료구조를 사용해 성능을 향상시키기도 한다.
+
+### File descriptor
+
+각 process는 고유한 `File descriptor table`을 운용한다. 
+
+File descriptor란 해당 process가 어떤 file을 open했을 때 return되는 값인데, 한 process가 한 file을 여러 번 open할 수도 있다. 
+
+이 때마다 File descriptor는 새로 할당되게 된다. 
+즉, 같은 file에 대해 다른 File descriptor를 동시에 가질 수도 있는 것이다. 
+
+각 File descriptor는 `open file table`을 가리킨다. 
+
+각 항목이 가리키는 방향을 정리하자면 다음과 같다.
+
+![file-descriptor](assets/file-descriptor.drawio.svg)
+
+## Reading a file from Disk
+
+토글 안의 설명 한줄이 예시 사진 테이블의 한 행에 대한 설명이다.
+
+<table>
+<tr>
+  <th colspan="2">
+    /foo/bar 파일을 찾아보자.
+  </th>
+</tr>
+<tr>
+  <td width="50%">
+    <img src="https://cpm0722.github.io/assets/images/2020-12-01-File-System/03.png">
+  </td>
+  <td>
+    <details>
+      <summary>1. root directory (“ / “) read</summary>
+      <blockquote>
+        a. root의 inode struct read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;root의 block pointer 획득
+        <br/>
+        b. root의 data block read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;root의 하위 항목들에 대한 linked list 획득
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>
+    <details>
+      <summary>2. foo directory (“ /foo “) read</summary>
+      <blockquote>
+        a. root의 하위 항목들에 대한 linked list에서
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;이름이 “foo”인 항목의 inode number 획득
+        <br/>
+        b. inode number를 통해 inode table에서의 주소 계산
+        <br/>
+        c. foo의 inode sturct read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;foo의 block pointer 획득
+        <br/>
+        d. foo의 data block read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;foo의 하위 항목들에 대한 linked list 획득
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>
+    <details>
+      <summary>3. bar file (“ /foo/bar “) read</summary>      
+      <blockquote>
+        a. bar의 하위 항목들에 대한 linked list에서 
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;이름이 “bar”인 항목의 inode number 획득        
+        <br/>
+        b. inode number를 통해 inode table에서의 주소 계산
+        <br/>
+        c. bar의 inode struct read
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>
+    <details>
+      <summary>4. bar[0] read</summary>
+      <blockquote>
+        a. bar의 inode struct에서
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;첫번째 data block pointer 획득
+        <br/>
+        b. data block read
+        <br/>
+        c. bar inode struct write
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(access time 등 갱신 위함)
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>
+    <details>
+      <summary>5. bar[1] read</summary>
+      <blockquote>
+        a. bar의 inode struct에서
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;두번째 data block pointer 획득
+        <br/>
+        b. data block read
+        <br/>
+        c. bar inode struct write
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(access time 등 갱신 위함)
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>
+    <details>
+      <summary>6. bar[2] read</summary>
+      <blockquote>
+        a. bar의 inode struct에서
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;세번째 data block pointer 획득
+        <br/>
+        b. data block read
+        <br/>
+        c. bar inode struct write
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(access time 등 갱신 위함)
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>    
+  </td>
+</tr>
+</table>
+
+## Creating & Writing a File from Disk
+
+<table>
+
+<tr>
+  <th colspan="2">
+    /foo/bar 파일을 생성하고 사용하자.
+  </th>
+</tr>
+<tr>
+  <td width="50%">
+    <img src="https://cpm0722.github.io/assets/images/2020-12-01-File-System/04.png">
+  </td>
+  <td>
+    <details>
+      <summary>1. root directory (“ / “) read</summary>
+      <blockquote>
+        a. root의 inode struct read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;root의 block pointer 획득
+        <br/>
+        b. root의 data block read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;root의 하위 항목들에 대한 linked list 획득
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>
+    <details>
+      <summary>2. foo directory (“ /foo “) read</summary>
+      <blockquote>
+        a. root의 하위 항목들에 대한 linked list에서
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;이름이 “foo”인 항목의 inode number 획득
+        <br/>
+        b. inode number를 통해 inode table에서의 주소 계산
+        <br/>
+        c. foo의 inode sturct read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;foo의 block pointer 획득
+        <br/>
+        d. foo의 data block read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;foo의 하위 항목들에 대한 linked list 획득
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>    
+    <details>
+      <summary>3. bar file (“ /foo/bar “) create</summary>      
+      <blockquote>
+        a. 현재 사용 중인 inode number을 확인하기 위해
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;inode bitmap read
+        <br/>
+        b. 미사용 중인 inode number 선택 후 사용 중으로 변경하기 위해
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;inode bitmap write
+        <br/>
+        c. foo의 하위 항목들에 대한 linked list에 
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;획득한 inode number와 “bar” 명칭으로 항목 추가하기 위해
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;bar data block write
+        <br/>
+        d. bar inode struct read
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(inode struct 초기화 위함)
+        <br/>
+        e. bar inode struct write
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(inode struct 초기화 위함)
+        <br/>
+        f. foo inode struct write
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(inode struct 초기화 위함)
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>
+    <details>
+      <summary>4. bar file (“ /foo/bar “) write</summary>
+      <blockquote>
+        a. write 가능한 여유 있는 data block 존재 여부 확인하기 위해
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;bar inode struct read
+        <br/>
+        b. 현재 사용 중인 data block number 확인하기 위해
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;data bitmap read
+        <br/>
+        c. 미사용 중인 data block number 선택 후
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;사용 중으로 변경하기 위해
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;data bitmap write
+        <br/>
+        d. bar data block write
+        <br/>
+        e. bar inode write
+        <br/>
+          &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(access time 등 갱신 위함)
+      </blockquote>
+      </div>
+    </details>   
+  </td>
+</tr>
+
+</table>
+
+<hr/>
+
+## 참고문헌
+
+[파일시스템](https://hini7.tistory.com/88) -- 희은w
+
+[파일시스템](https://cpm0722.github.io/operating-system/file-system) -- Hansu Kim
+
+[File descriptor](https://www.computerhope.com/jargon/f/file-descriptor.htm) -- Computer Hope