파일 시스템 개념, 종류, 구조

파일 시스템 개념

파일 시스템은 컴퓨터 시스템에서 데이터를 저장, 조직화하고 접근하는 방식을 정의하는 소프트웨어 및 데이터 구조의 집합입니다.
파일 시스템은 하드 디스크, SSD, CD-ROM 등의 물리적인 저장 장치에 파일을 저장하고, 파일 및 디렉토리의 계층 구조를 관리합니다.
이를 통해 사용자 및 응용 프로그램은 데이터를 쉽게 찾고 접근할 수 있습니다.
파일 시스템은 데이터의 안정성, 보안, 성능 등 다양한 측면을 고려하여 설계되며, 운영 체제와 밀접하게 연관되어 있습니다.

파일 시스템 종류

• FAT 파일 시스템 (File Allocation Table): FAT 파일 시스템은 초기에 MS-DOS 및 Windows 운영 체제에서 널리 사용되었던 파일 시스템입니다.
  파일 및 디렉토리를 클러스터라는 고정 크기의 블록으로 나누어 저장하고, 파일의 위치 정보를 FAT 테이블에 기록하여 관리합니다.
  FAT 파일 시스템은 단순하고 호환성이 높아 널리 지원되지만, 큰 파일을 다루기에는 비효율적입니다.
• NTFS 파일 시스템 (New Technology File System): NTFS 파일 시스템은 Windows 운영 체제에서 사용되는 고급 파일 시스템입니다.
  NTFS는 파일 및 디렉토리의 보안, 접근 제어, 암호화 등 다양한 기능을 제공합니다.
  또한 파일 압축, 디스크 공간 할당, 복구 기능 등의 성능과 신뢰성을 향상시키는 기능을 가지고 있습니다.
• ext 파일 시스템 (Extended File System): ext 파일 시스템은 리눅스와 유닉스 계열 운영 체제에서 주로 사용되는 파일 시스템입니다.
  ext2, ext3, ext4 등 여러 버전이 있으며, 각 버전마다 기능과 성능이 개선되었습니다.
  ext 파일 시스템은 안정성, 속도, 확장성 등을 고려하여 설계되었으며, 리눅스 운영 체제의 일부로 기본적으로 제공됩니다.
• HFS+ 파일 시스템 (Hierarchical File System Plus): HFS+ 파일 시스템은 애플의 맥 OS 운영 체제에서 사용되는 파일 시스템입니다.
  HFS+는 기존의 HFS 파일 시스템을 발전시켜 대용량 디스크 지원, 파일 및 디렉토리의 이름 길이 제한 완화, 파일 시스템의 일관성 유지 등을 개선한 것입니다.
  최근에는 APFS(Apple File System)로 대체되고 있습니다.

파일 시스템 구조

파일 시스템의 구조는 파일 및 디렉토리의 계층 구조와 데이터의 물리적인 배치를 포함합니다. 다양한 파일 시스템은 각각 다른 구조를 가지지만, 일반적으로 아래 리스트와 같은 구성 요소로 구성됩니다.

• 슈퍼블록 (Superblock): 슈퍼블록은 파일 시스템의 메타데이터를 저장하는 영역입니다.
  파일 시스템의 크기, 블록 크기, 파일 및 디렉토리의 위치 정보, 사용 가능한 공간 등의 정보를 포함합니다.
  슈퍼블록은 파일 시스템이 마운트될 때 읽혀지며, 파일 시스템의 일관성을 검사하고 복구하는 데 사용될 수 있습니다.
• 아이노드 (Inode): 아이노드는 파일이나 디렉토리의 메타데이터를 저장하는 구조입니다.
  각 파일이나 디렉토리는 고유한 아이노드를 가지며, 아이노드는 파일의 소유자, 접근 권한, 파일 크기, 수정 시간 등의 정보를 포함합니다.
  아이노드 테이블은 파일 시스템의 일부로 저장되며, 파일 및 디렉토리의 이름은 아이노드와 연결됩니다.
• 데이터 블록 (Data Block): 데이터 블록은 실제 파일의 내용을 저장하는 영역입니다.
  파일 시스템은 데이터 블록을 고정 크기의 블록으로 나누어 저장하며, 파일의 크기에 따라 여러 개의 데이터 블록이 사용될 수 있습니다.
  데이터 블록은 파일 시스템의 공간 할당 방식에 따라 관리되며, 블록 단위로 데이터를 읽고 쓸 수 있습니다.
• 디렉토리 (Directory): 디렉토리는 파일 및 하위 디렉토리의 계층 구조를 나타내는 구조입니다.
  디렉토리는 이름과 해당 파일 또는 디렉토리의 아이노드 번호를 매핑하여 저장합니다.
  디렉토리 엔트리는 디렉토리의 구성 요소를 나타내며, 파일 시스템의 디렉토리 트리를 탐색하는 데 사용됩니다.
• 파일 할당 방식 (File Allocation Method): 파일 시스템은 파일의 데이터 블록을 할당하는 방식을 결정해야 합니다.
  일반적인 방법으로는 연속 할당, 연결 리스트, 인덱스 블록 등이 있습니다.
  연속 할당은 파일의 데이터 블록을 연속적으로 할당하는 방식이며, 연결 리스트는 각 데이터 블록이 다음 블록의 위치를 가리키는 방식입니다.
  인덱스 블록은 각 파일에 대한 인덱스 블록을 유지하여 데이터 블록을 참조하는 방식입니다.

파일 시스템의 구조는 파일 및 디렉토리의 조직화와 데이터의 효율적인 저장을 위해 설계되었습니다.
각 구성 요소는 파일 시스템의 동작과 성능에 영향을 미치며, 다양한 파일 시스템은 이러한 구성 요소를 최적화하여 특정 운영 체제 및 사용 환경에 적합한 기능을 제공합니다.

개발자로서 파일 시스템을 배우는 이점 – 6가지

• 데이터 관리 및 조작: 파일 시스템을 이해하면 데이터를 구조화하고 조작하는 방법을 이해할 수 있습니다.
  파일 및 디렉토리의 계층 구조, 메타데이터, 데이터 블록 등을 다룰 수 있어 데이터의 저장, 검색, 수정, 삭제 등을 효율적으로 수행할 수 있습니다.
• 파일 및 디렉토리 조직화: 파일 시스템을 배우면 파일 및 디렉토리를 효과적으로 조직화하는 방법을 알게 됩니다.
  파일 및 디렉토리의 계층 구조, 디렉토리 엔트리, 이름 관리 등을 이해하여 파일 시스템을 활용한 데이터 구조 설계 및 파일 관리에 유용합니다.
• 성능 및 안정성 개선: 파일 시스템을 이해하면 성능과 안정성을 향상시키는 방법을 알 수 있습니다.
  파일 할당 방식, 캐싱, 저널링, 메타데이터 백업 등의 기술을 학습하여 파일 시스템의 성능을 최적화하고 데이터 손실을 예방할 수 있습니다.
• 운영 체제와의 상호작용 이해: 파일 시스템은 운영 체제의 일부로서 밀접한 관련이 있습니다.
  파일 시스템을 배우면 운영 체제와의 상호작용 방법을 이해할 수 있으며, 운영 체제 API를 활용하여 파일 및 디렉토리 작업을 수행할 수 있습니다.
• 다양한 플랫폼 지원: 파일 시스템은 다양한 운영 체제와 플랫폼에서 사용됩니다.
  파일 시스템을 이해하면 Windows, 리눅스, macOS 등 다양한 운영 체제에서 파일 시스템에 대한 이해와 작업을 공유할 수 있습니다.
• 데이터 관리의 보안 및 규정 준수: 파일 시스템을 이해하면 데이터 관리의 보안 및 규정 준수 측면에서 중요한 지식을 습득할 수 있습니다.
  암호화, 접근 제어, 백업, 복구 등의 개념을 이해하여 데이터 보안과 규정 준수를 위한 전략을 개발할 수 있습니다.

위 6가지의 이점들은 개발자가 파일 시스템을 이해하고 습득함으로써 데이터 관리와 조작, 시스템 성능 향상, 운영 체제와의 상호작용, 다양한 플랫폼 지원 등에 있어서 더욱 전문적이고 효과적인 역할을 수행할 수 있게 도와줍니다.