Transcript 11장

Chapter 10. 파일 시스템 인터페이스(File System Interface)
• 파일 개념 (File Concept)
보조기억장치에 저장된 관련된 정보들의 모임
» 파일 속성: 이름, 타입, 위치, 크기, 보호
» 파일 연산: 생성, 쓰기, 읽기, 재위치, 삭제
• 열린 파일 정보: per-process open file table
» file pointer
» file open count
» disk location of the file
• memory-mapped files: 그림 10.1
» memory mapping으로 파일의 한 영역을 공유
» 상호배제 필요
» 파일 타입: 그림 1.2, magic number(Unix)
» 파일 구조:
• 텍스트 파일과 실행 파일 구분
• 최소한의 구분: 8-bit byte의 연속(Unix, MS-DOS)
» 내부 파일 구조
• 논리구조 = 1 byte
• 물리구조 = 512 bytes
운영체제
10.11.12.1
인천대학교 컴퓨터공학과 성미영
Memory Mapped Files
운영체제
10.11.12.2
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File Types – name, extension
File Type
Executable
Object
Source code
Usual extension
exe, com, bin or
none
obj, o
Function
ready-to-run machinelanguage program
complied, machine
language, not linked
source code in various
languages
commands to the
command interpreter
textual data documents
Batch
c, p, pas, 177,
asm, a
bat, sh
Text
txt, doc
Word processor
wp, tex, rrf, etc.
Library
lib, a
various word-processor
formats
libraries of routines
Print or view
ps, dvi, gif
ASCII or binary file
Archive
arc, zip, tar
related files grouped
into one file, sometimes
compressed.
운영체제
10.11.12.3
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접근 방법(Access Methods)
•
순차접근(sequential access)
•
직접접근(direct access)
•
기타: ISAM(Indexed Sequential Access Method)
운영체제
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디렉토리 구조(Directory Structure)
• 디렉토리: 파일에 대한 정보를 담고 있는 노드들의 모임
(a collection of nodes containing information about all
files)
Directory
Files
F1
F2
F3
F4
Fn
• 디레토리 구조 및 파일은 디스크에
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디렉토리 구조(Directory Structure)
•
단단계 디렉토리: 그림 10.7
» 모든 파일이 같은 디렉토리에
•
» 모든 파일이 유일한 이름을 가져야 함
이단계 디렉토리: 그림 10.8
» 사용자별 UFD(User File Directory)
•
» 파일 공유 어려움
트리구조 디렉토리: 그림 10.9
» 사용자별 subdirectory 생성
•
» 유일한 path name 가짐
비순환 그래프 디렉토리: 그림 10.10
» 파일과 서브디렉토리 공유가능
•
» 구현 방법 : link 사용(Unix), 복사(duplication)
일반적인 그래프 디렉토리: 그림 10.11
» 트리구조 디렉토리에 link 첨가
» cycle 허용되면 탐색시 무한 루프 가능
» 새 link 추가시 cycle 피하는 것이 어려움
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단단계 디렉토리(Single-Level Directory)
이단계 디렉토리(Two-Level Directory)
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트리구조 디렉토리(Tree-Structured Directories)
운영체제
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비순환 그래프 디렉토리(Acyclic-Graph Directories)
운영체제
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일반적인 그래프 디렉토리(General Graph Directory)
운영체제
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보호(Protection)
•
보호
»
»
»
»
접근타입 제어: 읽기, 쓰기, 실행,첨가, 삭제, 리스트
접근 리스트와 그룹: owner, group, universe
기타 보호: password, 디렉토리 보호(sticky bit)
예: 3 bits rwx(Unix)
일관성 의미 구조(Consistency Semantics)
•
파일 시스템 관리에 있어서의 일관성 의미 구조(철학)
» Unix 의미론: Unix file system
• 열린파일의 변경은 즉시 공유자에게 보여짐
• 파일의 현재 위치 포인터 공유->하나의 파일 이미지 유지
» 세션 의미론: Andrew file system
(session: 파일 open과 close 사이의 모든 파일접근의 연속)
• 열린파일의 변경은 즉시 공유자에게 보여지지 않음
• 파일 변경은 파일 close 후 다른 session에서만 보여짐
» 불변-공유 파일 의미론
(immutable shared file = read-only file)
• 파일 이름 불변
• 파일 내용 변경 불가
운영체제
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파일 시스템 구현(File System Implementation)
•
파일 시스템 구조(File System Organization)
» 응용 프로그램(application program)
» 논리적 파일 시스템(logical file system)
• 디렉토리 구조
» 파일 구성 모듈(file-organization module)
• 논리블록 -> 물리블록)
» 기본적 파일 시스템(basic file system)
• 장치 드라이버에 read/write 명령)
» 입출력 제어(I/O control)
• device drivers와 interrupt handler
» 장치(devices)
운영체제
10.11.12.12
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할당 방법(Allocation Methods)
• 연속할당(contiguous allocation): p393(11.15)
»
»
»
»
»
디스크 탐구시간(seek time)이 최소
순차접근과 직접접근 모두
동적 기억장치 할당
외부단편 문제
파일 크기 결정(preallocation) 문제
-> extent(다른 연속할당 덩어리)로 연결
파일의 블록주소 : <시작위치, 블록 개수, 다음 extent로
link)
운영체제
10.11.12.13
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Example of Contiguous Allocation
운영체제
10.11.12.14
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할당 방법(Allocation Methods)
•
연결 할당(linked allocation): p394(11.16)
» 디스크 블록의 연결 리스트 구성
» 외부 단편 없음
» 파일 커져도 문제 없음
» pointer space overhead -> block들의 clusters로 보완
» 신뢰성 떨어짐 -> doubly linked list로 보완
» 직접 접근이 비효율적
» (예) FAT(File Allocation Table): p395(11.17) MS-DOS, OS/2각
• 각 partition 시작 부분에
• 테이블의 각 항목
: <블록 번호, 파일에서의 다음 블록 번호>
• 잦은 참조로 인해 caching 해야 함
운영체제
10.11.12.15
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Linked allocation of disk space
운영체제
10.11.12.16
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FAT (File Allocation Table)
운영체제
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할당 방법(Allocation Methods)
•
•
색인 할당(indexed allocation) : p396(11.18)
» 각 파일에 색인 블록(index block): paging과 유사
» 직접접근 가능
» 색인 블록의 memory overhead
» 색인 블록의 구현
• 연결 체계(linked scheme) : 다음 색인 블록으로 연결
• 다중레벨 색인 (multilevel index) : 간접 색인
(예) 블록크기: 4096 bytes = 1024 항목 x 4 bytes pointers
2-level indexing 경우 최대 블록 개수: 1024 x 1024
파일 최대 크기:1024 x 1024 x 4K = 4G
• 혼합 체계 (combined scheme) : BSD Unix , p411(11.7)
12 direct blocks: 불록주소 = ~48K (4K x 12)
3 indirect blocks:
» single indirect blocks: ~ 4M (1024 x 4K)
» double indirect blocks: ~ 4G (1024 x 1024 x 4K) * 4KB-block = 16TB
» triple indirect blocks: ~ 4T (1024 x 1024 x 1024 x 4K): 실제 사용 않음
Q: 한 파일의 최대 블록 수?
Q: 한 파일의 최대 크기?
성능
» 연속(직접 접근) + 연결(순차 접근)
» 연속(작은 파일) + 색인(큰 파일)
운영체제
10.11.12.18
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Example of Indexed Allocation
운영체제
10.11.12.19
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Combined Scheme: UNIX (4K bytes per block)
운영체제
10.11.12.20
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가용 공간 관리(Free-Space Management)
•
•
•
•
Bit-vector(Bitmaps)
» free: 1
» allocated: 0
블록번호 = 워드 당 비트수 x 0인 워드 갯수 +
첫번 1 까지의 간격
연결리스트(Linked List): p388(11.20)
그룹화(Grouping)
» 첫번 블록에 n-1개
» 마지막은 다음 블록의 포인터
개수(Counting)
» <첫번 블록 주소, 연속된 free blocks 갯수>
디렉토리 구현(Directory implementation)
•
선형 리스트(Linear List)
» linear search 가 문제
•
해시 테이블(Hash Table)
» collision이 문제
» 크기확장 어려움
운영체제
10.11.12.21
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Chapter 12. 대용량 저장장치 구조(Secondary Storage Structure)
•
디스크 구조(Disk Structure)
» fixed head
» moving head
» p29(Figure 2.5) 참조
» b = k + s x (j + i x t)
k : sector #
j : surface #
i : cylinder #
s : sectors/track
디스크 스케줄링(Disk Scheduling)
•
FCFS Scheduling(First-Come First Served)
» 가장 Simple
» 가장 먼저 도착한 요청을 먼저 처리
» 장점 : program 하기 쉬움
fair-predictable(공평성이 유지됨)
» 단점 : 필요없이 지나치게 이동하는 경우 발생
운영체제
10.11.12.22
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FCFS
Illustration shows total head movement of 640 cylinders.
운영체제
10.11.12.23
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디스크 스케줄링(Disk Scheduling)
•
SSTF Scheduling(Shortest-Seek-Time-First)
» 현재 head 위치에서 가까운 모든 요구를 처리
» FCFS 보다 더 효율적, 일반적인 방법
» 장점 : 전반적인 seek time을 감소시킴
•
» 단점 : 근본적으로 SJF algorithm 형태이므로, starvation이 발생할 수 있음
SCAN
» 입출력 head가 disk의 한쪽 끝에서 다른 끝으로 가면서 처리해 나가며, 다른
끝에 도착하면 역방향으로 이동하면서 요청된 track 에 대한 처리를 해나가는
방법
» SSFT 방식에서의 response time에 있어서의 high-variance를 보완
» SSFT와의 차이점 : 계속 한 방향으로 진행
» 장점 : ① thoughput 증가
② response time 감소
» 단점 : 밀도가 높은 부분의 요청이 상당히 오랜시간을 대기하게 됨.
(대기 시간의 불균등)
» 보완한 방식 : LOOK-한 방향으로 요청이 있는 곳까지만 head가 이동하고,
현재 방향에서 더 이상의 요청이 없으면, 이동방향을 바꿈
운영체제
10.11.12.24
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SSTF (Cont.)
운영체제
10.11.12.25
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SCAN
운영체제
10.11.12.26
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디스크 스케줄링(Disk Scheduling)
•
C-SCAN
» SCAN 방식을 보완하여, 대기시간을 좀 더 균등하게 한 기법
» 한쪽 방향으로 head를 이동해가면서 요청을 처리하는 것은 같으나, 한쪽
끝에 도착하면 반대 방향으로 head를 이동하지 않고 다시 처음으로 와서
처음부터 처리를 진행시킴.
» 장점: response time 균등
•
» 보완 기법 : C-LOOK
Disk Scheduling Algorithm의 선택
» 가장 일반적이고 자연스러운 선택 : SSTF
» disk를 많이 사용하는 system : SCAN이나 C-SCAN
» performance에 영향을 미치는 요인
» ① request의 type과 수
» ② file 할당 기법
(예) contiguously allocated file : head 이동이 제한됨
link file 또는 index file : head 이동 많음,
disk space utilization 높음
» ③ directory 와 index block 의 위치
운영체제
10.11.12.27
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C-SCAN (Cont.)
운영체제
10.11.12.28
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C-LOOK (Cont.)
운영체제
10.11.12.29
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무엇이 성공인가
자주 그리고 많이 웃는 것
현명한 이에게 존경을 받고
아이들에게서 사랑을 받는 것
정직한 비평가의 찬사를 듣고
친구의 배반을 참아 내는 것
아름다움을 식별할 줄 알며
다른 사람에게서 최선의 것을 발견하는 것
건강한 아이를 낳든
한 뙈기의 정원을 가꾸든
사회 환경을 개선하든
자기가 태어나기 전보다
세상을 조금이라도 살기 좋은 곳으로
만들어 놓고 떠나는 것
자신이 한때 이곳에 살았음으로 해서
단 한 사람의 인생이라도 행복해지는 것
이것이 진정한 성공이다.
랄프 왈도 에머슨
운영체제
10.11.12.30
인천대학교 컴퓨터공학과 성미영
수고하셨습니다!
Hard 한 걸 Hard 하게 하면 Hard해 진다.
Hard 한 것은 아름답다.
운영체제
10.11.12.31
인천대학교 컴퓨터공학과 성미영