File System

2024. 3. 7. - Last update: 2026. 1. 12.

hyoguoo

Backend Engineer

파일 시스템은 운영체제가 저장 매체(HDD, SSD 등)에 데이터를 효율적으로 기록하고 읽어오기 위한 관리 체계다.

보조기억장치와 파일 시스템

하드웨어를 운영체제가 인식하고 사용하기 위해서는 파티셔닝과 포매팅이 필수적이다.

파티셔닝 (Partitioning)
- 물리적인 디스크를 논리적인 구획(파티션)으로 나누는 작업
- 하나의 디스크를 C드라이브, D드라이브로 나누어 쓰는 것이 이에 해당
- 파티션 테이블(MBR, GPT)을 생성하여 각 영역의 시작과 끝 주소를 기록
포매팅 (Formatting)
- 파일 시스템(NTFS, FAT32, ext4 등)을 파티션에 설치하는 작업
- 데이터를 저장할 수 있는 초기 구조(메타데이터 영역, 데이터 영역) 생성
- 어떤 파일 시스템을 선택하느냐에 따라 최대 파일 크기, 속도, 안정성 등이 결정

파일 할당 방법(File Allocation Methods)

운영체제는 데이터를 여러 세터를 묶어 블록(Block) 단위로 디스크를 읽고 쓴다.(가장 작은 단위인 섹터는 너무 많고 작음)

graph LR
    Allocation[파일 할당 방법]
    Contiguous[연속 할당]
    NonContiguous[불연속 할당]
    Linked[연결 할당]
    Indexed[색인 할당]
    Allocation --> Contiguous
    Allocation --> NonContiguous
    NonContiguous --> Linked
    NonContiguous --> Indexed

연속 할당(Contiguous Allocation): 파일을 디스크의 연속된 블록에 저장하는 방식
- 장점
  - 디스크 헤더의 이동이 최소화되어 읽기/쓰기 속도가 매우 빠름(순차 접근 시 유리)
  - 시작 위치와 길이만 알면 파일 전체에 접근 가능
- 단점
  - 외부 단편화 발생: 파일 사이사이에 빈 공간이 생기지만, 새로운 큰 파일을 저장하지 못하는 문제 발생
  - 파일 크기 확장이 어려움: 파일 뒤쪽 공간이 사용 중이면 데이터를 다른 곳으로 통째로 옮겨야 함
연결 할당(Linked Allocation): 파일 데이터를 불연속적인 블록에 저장하되, 각 블록에 다음 블록의 주소(포인터)를 기록하여 연결하는 방식
- 장점
  - 외부 단편화 문제 해결(빈 블록 어디든 저장 가능)
  - 파일 크기 확장이 자유로움
- 단점
  - 임의 접근(Random Access) 속도가 느림: 중간 지점을 읽으려면 첫 블록부터 순서대로 포인터를 따라가야 함
  - 포인터 저장을 위한 추가 공간 필요
  - 중간 블록이 손상되면 이후의 모든 데이터를 유실할 수 있음
색인 할당(Indexed Allocation): 데이터 블록에 포인터를 저장하는 대신, 인덱스 블록(Index Block)이라는 별도의 블록에 파일의 모든 데이터 블록 주소를 모아 관리하는 방식
- 장점
  - 외부 단편화 문제 해결
  - 인덱스 블록을 통해 원하는 위치로 즉시 이동 가능하여 임의 접근 속도가 빠름
- 단점
  - 아주 작은 파일이라도 인덱스 블록이 필요하여 공간 낭비 발생 가능
  - 파일이 매우 커서 하나의 인덱스 블록으로 커버할 수 없는 경우, 다중 인덱스 블록(Linked Index, Multilevel Index) 등의 복잡한 기법 필요

참고자료

혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제

Operating System