파일 시스템 인터페이스란? - 하루 10분 운영체제 13일차

File System Interface Explained - 10 Minutes of OS Day 13

이 글의 썸네일은 계층 구조로 정리된 디렉터리와 여러 종류의 파일들이 아이콘처럼 연결된 모습으로, 운영체제가 사용자와 파일을 어떻게 이어주는지를 시각화한 이미지입니다.

• 이름(Name)
  : 사용자가 파일을 식별할 수 있게 하는 텍스트
• 형식(Type)
  : 텍스트, 바이너리 등 데이터 종류
• 위치(Location)
  : 디스크 상의 주소 또는 포인터
• 크기(Size)
  : 파일이 차지하는 바이트 수
• 보호 정보(Protection)
  : 접근 권한, 읽기/쓰기 허가 등

가장 일반적인 방식으로, 앞에서부터 차례대로 데이터를 읽는 방식입니다.

예: 앞에서부터 → A → B → C 순서로만 접근 가능

특정 위치의 데이터를 바로 찾아가는 방식입니다. 레코드나 블록 단위로 나뉜 데이터를 다룰 때 사용합니다.

예: 임의의 위치 → 바로 C → B → A 순서로 접근 가능

인덱스를 사용해 원하는 위치로 바로 이동하는 구조입니다. 책의 목차처럼 필요한 내용을 빠르게 찾을 수 있습니다.

• 디스크에 저장된 각 파일은 '인덱스 블록(inode 또는 index table)'을 가지고 있습니다.
• 이 블록에는 각 데이터 블록의 주소가 순서대로 기록되어 있습니다.
• 따라서 원하는 레코드 번호를 알면 해당 인덱스를 조회해서 바로 접근 가능합니다.

예: 3번째 블록 주소 → Index[3] → 0x00FA4

세 가지 접근 방식(순차, 직접, 인덱스)을 비교하는 구조도

• 모든 파일이 같은 디렉터리에 있음
• 단순하지만 이름 충돌이 잦음

• 사용자마다 독립된 디렉터리
• 사용자 간 파일 이름 중복 허용

• 폴더 안에 폴더, 그 안에 또 파일이 있는 일반적인 방식
• 파일 시스템 대부분이 사용

트리 구조 디렉터리 예시

• 심볼릭 링크나 바로가기 등을 통해 한 파일이 여러 위치에서 접근 가능

• 읽기(Read)
  : 내용을 보기만 가능
• 쓰기(Write)
  : 내용을 수정 가능
• 실행(Execute)
  : 프로그램으로 실행 가능

• 사용자(user)
• 그룹(group)
• 기타 사용자(others)

• 사용자는 모든 권한
• 그룹은 읽기+실행
• 나머지 사용자들은 실행만 가능

이 구조는 프로세스 격리, 보안 설정, 접근 제한에 중요한 역할을 합니다.

• read() 방식: 매번 시스템 콜을 통해 디스크에서 버퍼로 읽고, 복사하여 처리 → 복사 및 이동 오버헤드 발생
• mmap() 방식: 파일이 메모리처럼 접근되므로
  포인터
  하나로 바로 읽고 수정 가능 → 오버헤드 최소화

1. 파일을 mmap() 시스템 콜로 메모리에 매핑
2. 이후 read() 없이 포인터처럼 데이터 접근 가능
3. 변경된 내용은 나중에 파일에 반영

기존 방식은 매번 디스크에서 데이터를 읽어야 하지만, mmap은 메모리에서 바로 접근하므로 속도가 훨씬 빠릅니다. 대량 파일 처리 시 수백 MB/s 이상의 차이가 날 수 있습니다.

• Operating System Concepts (10th Edition)
• https://en.wikipedia.org/wiki/File_system↗
• https://man7.org/linux/man-pages/man2/mmap.2.html↗