[파일시스템] 파일시스템의 개념

동기

오늘 회사에서 처음으로 Windows/Linux 개발 서버 프로비저닝 및 초기 구성 업무를 맡았다. 정해진 프로세스에 따라 업무를 수행하는데는 어려움이 없었다. 하지만, Linux 서버에 Oracle을 설치하기 위해서는 해당 OS에 오라클 서비스 작동에 필요한 파일시스템을 구성해야 했다. 이참에 파일시스템에 대한 개념을 정리하며, 향후 유사한 업무를 받았을 때 깊이있는 업무 수행을 하기 위해 개념을 정리하고자 한다.

파일 시스템이란?

1. 사전적 정의

컴퓨터에서 파일이나 자료를 쉽게 발견 및 접근할 수 있도록 보관 및 조직하는 체제
즉, 우리가 원하는 파일을 최대한 쉽고 빠르게 찾을 수 있도록 만들어놓은 체계라고 생각하면 된다.

파일 시스템은 메타 영역과 데이터 영역 두 개의 영역으로 나뉘어진다.
메타 영역은 데이터 영역에 저장된 파일의 이름, 크기, 작성날짜, 위치 등의 파일 정보를 저장해두는 반면, 데이터 영역은 실제 해당 파일의 데이터가 저장된다.

위 2가지 개념을 통해 파일 시스템의 정의과 연결시켜 설명하면 아래와 같다.

• 데이터 영역 : 우리가 원하는 파일이 저장되는 영역
• 메타 영역 : 최대한 쉽고 빠르게 찾을 수 있도록 도와주는 영역

2. 결론

데이터 영역을 효과적으로 관리하기 위해 각 데이터 영역은 별도의 메타 영역을 가지고 있다.
메타 영역을 이용하여 대량의 데이터를 계층화하여 효과적으로 관리할 수 있다.

3. 파일 시스템의 특징

① 계층적 디렉터리 구조를 가진다.
② 디스크 파티션 별로 하나씩 둘 수 있다.
 우리가 Windows에서 내 PC를 열면 C드라이브가 있는 것을 확인할 수 있다.
 바로 이 C드라이브가 특정 파티션에 해당하며 고유한 파일 시스템을 가지고 있다.

주요 파일 시스템

1. Windows

 1) FAT : File Allocation Table (파일 할당 테이블)

  (1) 정의
   - 말 그대로, 테이블을 사용하여 파일을 할당하고 관리하는 파일 시스템
   - FAT라는 이름은, 디스크를 포맷할 때 일괄적으로 인덱스 테이블을 만들어 두는 데에서 유래
   - 학부 2학년 때 배우는 자료구조에서 선형 자료구조에 속하는 단순 연결 리스트를 기반으로 FAT를 구현

  (2) 장점
   ① 간단한 디자인

     - 작동원리가 단순

   ② 뛰어난 이동성

     - ①의 장점에 따라 수많은 이동식 장비들이 FAT를 사용한다.

  (3) 단점
   ① 낮은 안정성
   ② 데이터 저장 용량의 한계

 2) NTFS : New Technology File System

  (1) 정의 및 특징

   ① MS에서 FAT의 한계를 없애기 위해 만들어진 파일 시스템
   ② 데이터를 보존하면서 FAT → NTFS로 변환하고 싶은 경우
       - 관리자 권한으로 cmd를 실행하여 "convert {드라이브 명} :/fs:ntfs"를 실행하면 됨
         ex) convert d: /fs:ntfs
       - 수십분 내에 완료 됨
   ③ 비선형 자료구조인 B+ 트리를 이용하여 파일을 I/O한다.

  (2) 장점
   ① 파일 암호화

     - 외부로부터 파일을 안전하게 보호한다.

   ② 파일 용량 한계를 완화

     - 기존 FAT에서는 4GB가 넘는 파일을 이동식 디스크에 저장이 불가했지만, 해당 파일시스템에서는 가능

  (3) 단점
   ① 컴퓨터 초기 설치 시, 며칠 동안 데이터 인덱싱에 따른 컴퓨터 속도 저하가 일어난다.

2. Linux

 1) EXT : EXTended file system (ext2, 3, 4)

  (1) 정의 및 특징
   ① 리눅스에서 가장 흔히 사용하는 파일 시스템
   ② 대부분 리눅스 배포판들에서 해당 파일 시스템을 선택한다.
   ③ ext3부터 하위 디렉터리의 개수의 제한을 늘렸다. (32,000개 → 64,000개)

  (2) 장점
   ① 대량의 파일 저장이 가능

     - 최대 1 XB의 볼륨과 최대 16 TB의 파일을 지원한다.

   ② 하위 호환성

     - ext2, ext3, ext4가 상호 호환이 된다.

 2) XFS

  (1) 정의 및 특징
   ① 실리콘 그래픽스(SGI)에서 개발한 64비트 기반 Unix/Linux용 파일시스템
   ② 비선형 자료구조인 B+ 트리를 이용하여 파일을 I/O한다. (Windows의 NTFS와 동일)

  (2) 장점
   ① 큰 파일에 강하다.
   ② 파일시스템 수준에서 데이터 백업 및 복구가 지원된다.

  (3) 단점
   ① 다른 파일 시스템에 비해 다소 무겁다. (작은 파일의 잦은 입출력에서는 성능 하락이....)

정리

파일 시스템은 원하는 파일을 최대한 쉽고 빠르게 찾을 수 있도록 만들어놓은 체계이다.
메타 영역과 데이터 영역 두 개의 영역으로 파일 시스템을 구성하며, 데이터 영역에 실제 우리가 입력하는 데이터가 저장된다.

이러한 데이터 영역을 효과적으로 관리하기 위해 각 데이터 영역은 별도의 메타 영역을 가지고 있다.
메타 영역을 이용하여 대량의 데이터를 계층화하여 효과적으로 관리할 수 있다.
운영체제 별로 각각의 파일시스템이 존재하며, Windows에서는 대표적으로 NTFS를, Linux에서는 주로 EXT를 사용한다.

[출처]
- https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8C%8C%EC%9D%BC_%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C
- http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?nav=&m_temp1=391&id=866
- https://namu.wiki/w/FAT