Unix/Linux 파일시스템 구조 정리 (2)

Linux 계열의 운영체제는 EXT 라는 파일시스템 구조를 사용한다.

* EXT(Extended file system) : 리눅스 용으로 개발된 파일시스템으로 Minix 파일시스템의 한계를 극복하고자 만들어졌다.

* EXT2 

 : Linux 의 초창기 파일시스템 표준이다. TIMESTAMP 의 제약이 있으며 장애 발생시 파일 시스템 복구를 위한 fsck 도구를 갖고 있다.

- EXT2 inode : inode 는 파일 시스템의 가장 기본이 되는 단위이다. 

각각을 구분할 수 있는 고유번호를 가지고 파일의 데이터가 어느 블록의 어느 위치에 저장되어 있는지, 파일에 대한 접근권한, 파일의 최종 수정시간, 파일의 종류 등의 정보를 inode 테이블에 저장한다.

저장되는 정보는 모드, 소유자 정보, 크기, Timestamp, 데이터블록이다. 

- EXT2 super block : 슈퍼블록은 해당 파일 시스템의 기본적인 크기나 형태에 대한 정보를 저장한다. 슈퍼블록에 저장되는 항목은 다음과 같다.

 (1) Magic number : 마운트하는 소프트웨어에게 EXT2 파일 시스템의 슈퍼블록임을 확인하게하는 값이다.

 (2) Revision level : major level과 minor level 로 구성되어 있으며, mount 시스템이 file system 에서 지원되는지에 대한 버전 정보 확인을 위해 사용된다. 

 또한 이 정보를 이용해 호환성을 판단할 수 있다.

 (3) Mount count : 마운트 횟수와 최대마운트 횟수를 저장한다. 마운트가 실행될 때마다 카운트가 증가하며 이 값을 이용해 시스템 전체를 검사할 필요가 있는지 확인한다.

 (4) Block group number : 블록 그룹번호는 슈퍼 블록 복제본을 갖고 있는 블록 그룹의 번호를 나타낸다. 

 (5) Block size : 블록 크기는 File System 의 블록크기를 바이트 단위로 표시한다.

 (6) Blocks per group : 그룹에 속한 블록 수를 저장한다.

 (7) Free block : 파일 시스템 내부적으로 존재하는 프리블록 수를 나타낸다.

 (8) Free inode : 파일 시스템 내부적으로 존재하는 free inode 수를 나타낸다.

 (9) First inode : 리눅스 시스템의 첫번째 inode는 "/" 디렉토리 엔트리를 나타낸다.

- EXT2 group descriptor : 블록그룹에서 블록의 할당 상태를 나타내주는 비트맵이다. 블록을 할당하거나 해제할 경우 참조되는 정보로, block bitmap, inode bitmap, inode table 을 구성요소로 갖는다.

inode 비트맵은 블록 그룹에서 inode 할당상태를 나타내주는 비트맵으로 그 수는 블록 비트맵과 같은 block 의 수와 동일하다.

- EXT2 directory : EXT2 파일 시스템에서 디렉토리는 파일에 대한 접근 경로를 생성하고 저장한다.

directory 는 entry 의 list로 나타내어 지며, 엔트리 리스트에는 inode, 이름길이, 이름 정보가 저장된다.

* EXT3

 : 저널링을 지원하는 호환성 높은 파일시스템 구조이다. 온라인 상태에서 파일시스템을 확장 가능하며, directory 에 대한 tree 기반 indexing 을 제공한다.

쓰기 실행중 fsck 가 불가능한 단점이 있다.

 - 저널링(Journaling) 기술

기존의 EXT2는 시스템에 문제가 생기는 경우 파일시스템이 손상될 수 있는 문제점을 갖고 있었고, 이를 해결하기 위해 fsck(File System Check) 라는 도구를 사용하였다.

하지만 복구에는 시간이 오래걸리고, 복구하는 동안 시스템의 사용으 불가능한 단점이 있었다. 

EXT3는 이 단점을 해결하기 위한 저널링(Journaling) 기능을 사용하며, 이를 통해 파일 시스템의 무결성과 복구 기능을 갖추게 되었다.

저널링 기술은 파일 수정 이전에 로그에 내용을 저장하고, 로그를 바탕으로 수정 내용을 처리하는 Replay 과정을 거치며, 이런 파일 시스템의 특성을

Logging File System 이라고 한다.

 - 저널링(Journaling) 파일 시스템의 구조

저널링을 수행하기 위한 로그영역과 일반 파일 시스템 영역으로 나뉜다. Log는 Rolling File 형태의 구조로 관리되며, 이는 전용 스레드가 처리한다. 

로그에 대한 트랜잭션이 별도로 관리되며, 트랜잭션 내의 레코드 I/O 를 바탕으로 파일시스템이 관리된다.

* EXT4

 : Linux 파일시스템 표준으로, Timestamp 가 나노초단위로 개선되어 있다. 

 ext2, ext3 를 ext4 로 마운팅 가능하며 호환성이 뛰어나다. 다음과 같은 특징들을 지닌다.

 (1) 대형 파일 시스템 : 최대 1 Exabyte 까지의 볼륨을 지원한다.

 (2) Extent : 전통적인 Block mapping 을 대체하기 위한 extent 방식을 사용한다. inode 에 최대 4개의 extent를 할당해서 물리적으로 인접한 블록들을 묶어서 관리한다.

 (3) Allocate on flush : 데이터가 디스크에 실제로 쓰여지기까지 블록 할당을 지연시키는 기술이다. 하나의 파일에 대해 블록의 분산을 막을 수 있고 디스크 이동을 최소화시킬 수 있다. 다만 장애 시 충돌 가능성이 존재한다.

 (4) 디렉터리 제한 변경 : 하위 Directory 에 대한 제한이 32000개에서 64000개까지 늘어났다. 

참조 : http://egloos.zum.com/nix102guri/v/392605