[Study45]Linux 장치 인식과 디스크 관리 3

파일시스템(File System)은 컴퓨터에서 파일을 저장하고 관리하기 위한 구조체계입니다. 파일시스템은 운영체제에서 파일을 관리하는 방식을 의미합니다. 이러한 파일시스템은 디스크나 다른 저장 장치에 파일을 저장하고, 파일에 대한 정보 (예: 이름, 크기, 위치 등)를 저장합니다.

리눅스에서는 다양한 파일시스템을 지원합니다. 각각의 파일시스템은 특정한 용도에 맞게 설계되어 있습니다. 다양한 파일시스템을 지원함으로써, 리눅스는 더욱 높은 유연성을 제공하고 있습니다. 파일시스템의 선택은 디스크의 용도, 운영체제의 버전, 데이터의 중요성 등에 따라 달라집니다.

예를 들어, ext2는 예전 리눅스에서 사용되던 파일시스템이며, 현재는 ext3와 ext4가 사용됩니다. ext3은 현재 CentOS 5.X에서 사용되는 파일시스템입니다. ext4는 현재 CentOS 6.X에서 사용되며, 더 나은 성능을 제공합니다. 또한, xfs는 고성능 저널링 파일시스템으로 알려져 있습니다. 이러한 파일시스템들은 각각의 장단점을 가지고 있으므로, 사용자는 데이터의 특성과 운영체제의 요구 사항에 따라 선택을 해야 합니다.

파일시스템의 종류를 확인하려면 다음과 같은 명령어를 입력하세요.

# export LANG=ko_KR.utf8

# man 5 filesystems

파일시스템은 다양한 특징을 가지고 있습니다. ext4 파일시스템은 큰 파일 처리를 개선하고 조각화 현상을 줄여주는 Extents 방식을 사용합니다. 또한, ext4는 ext3 방식으로 마운트하여 성능이 향상된 상태로 사용할 수 있으며, ext4는 ext3 방식으로 마운트 될 수 있습니다. 그러나 extends를 사용하는 ext4 파티션은 ext3 방식으로 마운트 될 수 없습니다.

xfs 파일시스템은 예전 커널에서는 패치를 적용하여 사용할 수 있었지만 2.4.25 이후 버전의 2.4 커널과 2.6 대의 커널에서는 정식으로 커널 소스 트리에 포함되었습니다. xfs는 SGI에서 개발한 고성능 저널링 파일시스템으로 64비트 주소를 지원하며 확장성 있는 자료 구조와 알고리즘을 사용합니다. xfs는 저널링 기법을 사용하여 예상치 못한 상황으로부터 신속하게 복구하여 재시작이 가능합니다. 또한, xfs는 거의 raw IO 성능에 가까운 성능을 내는 파일시스템으로, 수 GB/s의 성능을 내는 SGI MIPS 시스템에서 테라바이트 단위의 파일 시스템 확장성을 검증받았습니다. 이러한 특징으로 인해 xfs는 대용량 파일 관리에 적합합니다.

파일시스템은 파일 관리에 있어서 매우 중요한 역할을 합니다. 올바른 파일시스템의 선택은 데이터 보호 및 성능 향상에 큰 영향을 미치므로, 이러한 파일시스템들에 대한 이해 및 선택이 필수적입니다.

 

파일 시스템이란?

파일 시스템은 우리가 사용하는 컴퓨터에서 중요한 역할을 담당하는 체계입니다. 이 체계는 파일을 저장하고 관리함으로써 우리가 필요한 정보를 쉽게 찾을 수 있도록 도와줍니다. 파일 시스템은 컴퓨터에 있는 많은 파일들을 관리하고 저장하기 위한 체계로, 이를 위해 많은 노력과 기술이 들어간다고 할 수 있습니다.

파일 시스템은 먼저 물리적 장치인 디스크를 컴퓨터에 장착하고, 이 디스크를 파티션 영역으로 나누어 지정합니다. 그리고 우리는 사용하고자 하는 영역을 지정해 주었으면 그 안에 데이터(파일과 자료)를 저장하고 관리 할 수 있도록 파일 시스템을 만들어 줍니다. 이러한 파일 시스템은 운영체제에 의해 만들어지며, 운영체제만이 파일 시스템을 인식할 수 있습니다. 파일 시스템은 운영체제가 컴퓨터의 디스크를 관리하는 방법을 결정하는데 사용되며, 이러한 파일 시스템은 데이터를 저장하고 유지하기 쉽도록 도와줍니다.

파일 시스템을 이용해 파일을 만들기 위해서는 파일 시스템이 만들어진 곳에 파일을 만들어야 합니다. 따라서 파일 시스템은 우리가 컴퓨터를 사용할 때 매우 중요한 역할을 수행합니다. 이러한 파일 시스템을 이용해 데이터를 잘 관리하고, 필요한 정보를 쉽게 찾을 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 파일 시스템의 개념을 잘 이해하고, 어떻게 작동하는지 알아두는 것이 좋습니다. 또한, 우리가 파일 시스템을 최대한 활용하기 위해서는 파일 시스템의 다양한 기능과 사용법을 알아야 합니다. 이러한 방법으로 우리는 파일 시스템을 보다 효율적으로 활용할 수 있습니다.

 

파일 시스템 종류

파일 시스템은 운영체제에서 파일을 저장, 액세스, 검색하는 데 사용되는 방법입니다. 파일 시스템은 파일의 위치 및 파일에 대한 메타데이터와 같은 정보를 추적합니다. 따라서 파일 시스템은 운영체제의 중요한 부분입니다. 위의 내용에서는 다양한 파일 시스템에 대한 간략한 설명이 있습니다.

파일 시스템은 매우 중요한 역할을 합니다. 파일 시스템은 운영체제가 파일을 관리하는 방법을 정의합니다. 따라서 파일 시스템에 따라 파일 액세스, 보안, 복구 등의 기능이 결정됩니다. 파티션에 파일 시스템을 적용하여 하드 디스크 또는 SSD에 데이터를 저장할 수 있습니다.

다양한 파일 시스템 중에서는 ext2, ext3, ext4, xfs 및 msdos가 있습니다. 각 파일 시스템은 리눅스 및 MS-DOS에서 사용됩니다. ext2와 ext3는 이전 리눅스 버전에서 사용되었으며, ext4는 현재 CentOS 6.X에서 사용됩니다. xfs는 고성능 저널링 파일 시스템으로, 대용량 파일에 적합합니다.

파일 시스템에 대한 자세한 내용은 아래와 같이 매뉴얼 페이지를 참고하십시오. 매뉴얼 내용은 오래되었지만, 참고용으로 확인할 수 있습니다.

$ man filesystems

특정 파일 시스템에 대한 자세한 정보를 얻기 위해서는 터미널에서 "man" 명령어를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 ext4 파일 시스템에 대해 더 알고 싶다면 다음 명령어를 실행할 수 있습니다:

man 5 ext4

이렇게 하면 ext4 파일 시스템에 대한 매뉴얼 페이지가 나타나며, 구조, 특징 및 사용 방법에 대한 광범위한 정보를 제공합니다. 또한, 특정 지역이나 국가에서 특정 파일 시스템을 더 많이 사용할 수 있으므로, 터미널의 언어를 해당 파일 시스템의 언어로 설정하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 한국 파일 시스템을 사용하는 경우, 언어를 "ko_KR.utf8"로 설정하는 것이 더 정확하고 관련성 높은 정보를 제공할 수 있습니다.

이와 같이 파일 시스템은 운영체제에서 가장 중요한 부분 중 하나입니다. 파일 시스템에 대한 이해를 높이고, 각 파일 시스템의 특징과 장단점을 파악하여 적절하게 활용하는 것이 중요합니다.

 

대표적인 파일시스템의 특성

컴퓨터에서 파일이나 자료를 쉽게 발견 및 접근할 수 있도록 보관 또는 조직하는 체제를 가리키는 말이다. 리눅스에서 사용 되는 파일 시스템은 ext2, ext3, ext4, xfs 등이 있다. ext2 파일 시스템은 R'emy Card가 1993년 1월에 알파 버전을 공개한 파일 시스템이다. 정식 이름은 Second Extended File System 이며, ext의 문제를 해결하기 위해 나왔다. ext2 파일 시스템은 ext 파일 시스템 코드를 바탕으로 했으며, 많은 재구성과 개선이 있었다. ext2 파일 시스템은 나중에 있을 개선도 고려해 만들어진 파일 시스템이다. ext2 파일 시스템은 점점 많이 쓰이게 되면서 버그도 고쳐지고 계속해서 새로운 기능이 추가되어, 안정한 파일 시스템이 되었다. ext2 파일 시스템은 255자 까지의 파일 이름을 지원하며, 또 세타임 스탬프3를 지원하며, 확장이 쉽다. 그리고 ext에 있었던 여런 단점(분리 접근, 아이노트 수정 등 지원 안 함)을 개선하였다. 파일 시스템의 최대 크기는 블록 사이즈에 따라 2TiB ~ 32TiB 이며, 서브 디렉토리 개수 제한은 32768개 이다.

ext3 파일 시스템은 리눅스의 표준 파일 시스템으로 등장한 것이다. 이 파일 시스템은 비정상적인 시스템 종료시 파일 시스템을 체크하지 않고, 대신 인덱스(index)에 대한 로그를 기록하여 문제 발생 시 이를 복구할 수 있습니다. 이로 인해 부팅 할 때의 시간을 단축할 수 있습니다. ext3는 Stephan Tweedie가 개발하여, 2001년 11월에 Linux 2.4.15에 추가되었으며, 리눅스에서 지원하는 저널링 파일 시스템으로 ext3, reiserfs, XFS 등이 많이 사용되고 있습니다.

레드햇 리눅스 9 버전은 ext2 파일시스템의 대안으로 ext3 파일 시스템을 기본 파일 시스템으로 지원합니다. ext3 파일시스템은 ext2 파일 시스템과 호환성을 유지하는 파일 시스템입니다. 또한, 한 디렉토리당 서브 디렉토리 개수 제한은 31998개 이며, 이러한 기능들이 ext3 파일 시스템의 장점입니다.

위에서 언급된 각 파일 시스템은 리눅스에서 사용되며, 컴퓨터에서 파일이나 자료를 쉽게 발견 및 접근할 수 있도록 보관 또는 조직하는 체제를 가리키는 말이다. 이러한 파일 시스템은 ext2, ext3, ext4, xfs 등이 있으며, 각각의 파일 시스템은 특징을 가지고 있다. ext2 파일 시스템은 파일 이름을 255자까지 지원하며, 세타임 스탬프3도 지원하며, 확장이 쉽다는 장점이 있다. ext3 파일 시스템은 비정상적인 시스템 종료시 파일 시스템을 체크하지 않고, 대신 인덱스(index)에 대한 로그를 기록하여 문제 발생 시 이를 복구할 수 있습니다. 이로 인해 부팅 할 때의 시간을 단축할 수 있으며, 한 디렉토리당 서브 디렉토리 개수 제한은 31998개 이다. 각 파일 시스템은 리눅스에서 지원하는 저널링 파일 시스템으로 ext3, reiserfs, XFS 등이 많이 사용되고 있습니다.

 

<주요 특징>

① ext3 파일 시스템의 가용성과 데이터 무결성 (Data Integrity)

앞서 언급한 대로 ext2 파일 시스템은 예기치 못한 정전이나 시스템 충돌로 인하여 시스템이 비정상 종료 되었을 때 다시 부팅시 파일 일치성을 fsck 프로그램에 의해서 점검하게 된다. 이러한 비상 사태가 발생할 경우 데이터 일치성이 맞지 않을 수 있기 때문에 부팅시 이를 점검하게 되는 것이다. ext3 파일 시스템에서는 파일 데이터를 즉시 동기화하므로 시스템이 급작스럽게 정지되어도 다음 부팅시 fsck 프로그램을 실행하지 않고 일치성 체크만 수행하면 되므로 부팅 속도가 빨라지는 이점이 있다. 또한, 파일 시스템의 일관성을 항상 유지하며 데이터 무결성을 보장해 주는 이점이 있다.

하지만 데이터 일치성 체크에 걸리는 시간은 파일 시스템 크기에 따라 달라질 수 있다. 수기가 바이트의 파일 시스템을 갖고 있는 경우, 파일 시스템을 체크하는데 상당한 시간이 소요되며, 이 시간 동안 시스템을 사용할 수 없는 단점이 있다.

② ext2 파일 시스템에서 ext3 파일 시스템으로 변환 용이

레드햇 리눅스는 ext2 파일 시스템과의 호환성이 우수하며, ext2 파일 시스템에서 ext3 파일 시스템으로 쉽게 변환할 수 있다. Tune2fs 프로그램을 사용하면 ext2 파일 시스템에 저널을 추가하여 ext3 파일 시스템으로 변환할 수 있으며 (이때 tune2fs -j 파티션)으로 저널링을 추가할 수 있다. 또한, 레드햇 리눅스 9에서는 e2fsprogs 프로그램을 지원하므로 이 프로그램이 설치되어 있으면 ext3 파일 시스템을 ext2 파일 시스템으로 되돌릴 수 있다.

③ 속도

ext3 파일 시스템은 하드디스크의 헤더 동작을 최적화시켜주기 때문에, ext2 파일 시스템보다 빠른 속도를 제공한다. 세 가지 저널링 모드(data=writeback, data=ordered, data=journal) 중에서 데이터 일치성 속도를 최적화할 수 있는 모드를 선택하여 사용할 수 있다. 레드햇 리눅스에서는 기본 저널링 모드로 data=ordered를 사용하고 있으며, 이 모드는 블록이 순서대로 디스크에 저장되면서 완전한 데이터 일치성을 갖도록 해준다.

ext4 파일 시스템은 ext3 파일 시스템의 한계를 극복하기 위해 개발된 것입니다. ext3 파일 시스템은 ext2 파일 시스템과의 호환성을 유지하기 위해 설계되었지만, 그 결과로 인해 아이노드의 동적 할당과 다양한 블록 크기 등의 기능이 제한적이었습니다. 또한, 온라인 조각 모음 프로그램이 없어서 단점으로 지적되고 있습니다. 이러한 한계는 ext3 파일 시스템을 ext2 파일 시스템으로 변환해야 하는 것과 같은 번거로움을 초래합니다. 조각 모음을 수행한 이후 ext3의 새로운 기능을 인식하지 못해 데이터 손상 가능성이 있기 때문입니다.

하지만, ext3 파일 시스템이 조각 모음이 필요 없다는 주장도 있습니다. 그러나 FAT 파일 시스템보다는 덜 조각화되지만, 계속해서 사용하면 ext3 파일 시스템도 조각 모음될 가능성이 있습니다. 이러한 문제점은 ext4 파일 시스템의 개발에 대한 필요성을 제기하게 되었습니다.

이에 ext4 파일 시스템은 ext3 파일 시스템의 단점을 개선하고 발전시킨 결과물입니다. Mingming Cao, Andreas Dilger, Alex, Tomas, Dave Kleikamp, Theodore Ts'o, Efic Sandeen 등 많은 사람들의 노력으로 개발되었으며, 2006년 8월 10일에는 리눅스 커널 2.16.19에서 불안정 버전이 공개되었습니다. 이후 2008년 8월 21일에는 안정 버전이 공개되었습니다.

또한, ext 시리즈에서만 사용 가능한 조각 모음 명령어인 e4defrag -c를 사용하여 c 옵션으로 조각 모음 상태를 확인할 수 있습니다. c를 제외하면 조각 모음이 실행됩니다. ext3 파일 시스템은 조각 모음이 필요하지 않다는 주장도 있지만, 계속해서 사용하면 ext3 파일 시스템도 조각 모음될 가능성이 있기 때문에 ext4 파일 시스템의 개발을 촉진시키는 계기가 되었습니다.

 

<주요 특징>

① 큰 파일 시스템

ext4 파일 시스템은 기존의 ext2 및 ext3 파일 시스템에서 지원하지 않았던 EBS까지의 볼륨과 16TB 이상의 대용량 파일까지 지원합니다. 이전 파일 시스템에서는 이러한 용량을 처리하지 못했으며, ext4 파일 시스템은 이를 지원함으로써 더 큰 파일 처리가 가능해졌습니다. 이로 인해 더욱 높은 성능을 제공할 수 있게 되었습니다.

② Extents

ext4 파일 시스템은 기존의 ext2 및 ext3 파일 시스템에서 사용되던 block mapping 방식 대신 extents 방식을 사용합니다. 이 방식을 적용함으로써, 큰 파일 처리를 개선하고 파일 조각화 현상을 줄일 수 있습니다. 이러한 변화로 인해 파일 저장 및 검색 시간이 줄어들었습니다. 따라서 더욱 효율적인 파일 시스템을 제공할 수 있게 되었습니다.

③ 호환성

ext4 파일 시스템은 ext2 및 ext3 파일 시스템과 호환됩니다. 이전 파일 시스템으로 마운트하여 사용할 수 있으며, ext4 파일 시스템으로도 마운트할 수 있습니다. 다만, extents를 사용하는 ext4 파티션은 ext3 방식으로 마운트할 수 없습니다. 따라서 더욱 다양한 용도로 파일 시스템을 사용할 수 있게 되었습니다.

④ 저널 체크섬

ext3 파일 시스템에서는 지원하지 않았던 저널 체크섬 기능이 ext4 파일 시스템에 추가되었습니다. 이로 인해 파일 시스템 손상 가능성이 줄어들었으며, 파일 시스템이 손상되더라도 데이터 손실 확률이 낮아졌습니다. 또한, 안정성을 높여 더욱 안전하게 사용할 수 있게 되었습니다.

⑤ 32000개 서브 디렉토리 제한 해제

기존의 파일 시스템에서는 서브 디렉토리 개수 제한이 32000개였습니다. 그러나 ext4 파일 시스템에서는 이 제한이 64000개로 늘어나 더 많은 서브 디렉토리를 생성할 수 있게 되었습니다. 이로 인해 파일 시스템을 더욱 효율적으로 관리할 수 있게 되었습니다.

⑥ 온라인 조각모음

ext4 파일 시스템은 기존의 ext3 파일 시스템에서 지원하지 않았던 온라인 조각모음을 지원합니다. 이 기능을 사용하면 파일 시스템이 더욱 효율적으로 관리됩니다. 따라서 더욱 높은 성능을 제공할 수 있게 되었습니다.

⑦ 빠른 파일 시스템 검사

ext4 파일 시스템은 디스크 검사 시 사용하지 않는 부분을 건너뛰어 시스템 검사 시간이 줄어들어 파일 시스템을 더욱 빠르게 검사할 수 있습니다. 이로 인해 더욱 효율적인 파일 시스템을 사용할 수 있게 되었습니다.

⑧ 파일스탬프 향상

기존의 파일 시스템에서는 타임스탬프가 초 단위로 측정되었습니다. 그러나 ext4 파일 시스템에서는 나노 초 단위로 측정됩니다. 이전 파일 시스템에서는 1901년 12월 14일부터 2038년 1월 18일까지를 지원했지만, ext4 파일 시스템에서는 1901년 12월 14일부터 2514년 4월 25일까지를 지원합니다. 이로 인해 더욱 다양한 용도로 파일 시스템을 사용할 수 있게 되었습니다.

⑨ 영속적 선행 할당

대부분의 파일 시스템은 디스크 공간을 프로그램이 실제로 사용하기 전에 아직 사용하지 않은 공간에 0을 기록함으로써 선행 할당을 진행합니다. 그러나 ext4 파일 시스템은 이러한 기능을 사용하지 않아도 선행 할당을 할 수 있습니다. 이로 인해 파일 시스템을 더욱 효율적으로 관리할 수 있게 되었습니다.

⑩ 지연 할당

ext4 파일 시스템은 디스크 공간 할당을 마지막까지 지연하므로 성능이 향상됩니다. 이는 파일 시스템이 더욱 효율적으로 관리될 수 있게 해줍니다. 이러한 변화로 인해 더욱 높은 성능을 제공할 수 있게 되었습니다.

⑪ 추가 기능

ext4 파일 시스템에는 Multiblock allocator, 파일 복구 기능 등 추가 기능이 있습니다. 이러한 기능은 파일 시스템을 더욱 효율적으로 관리하고 데이터를 안전하게 보호하는 데 도움이 됩니다. ext4 파일 시스템은 이러한 기능들을 통해 더욱 발전된 파일 처리를 제공합니다. 이로 인해 더욱 안정적으로 파일 시스템을 사용할 수 있게 되었습니다.

xfs(eXtended File System - 고성능 저널링 파일 시스템)은 예전에는 커널에서 패치를 적용해 사용할 수 있었지만, 2.4.25 이후 버전의 2.4 커널과 2.6 대의 커널에서는 커널 소스 트리에 포함되어 정식으로 사용할 수 있게 되었습니다. 이 파일 시스템은 SGI에서 개발되었으며 64비트 주소를 지원합니다. 이를 통해 더 많은 데이터를 다룰 수 있게 되었습니다. 또한, 이 파일 시스템은 확장성이 뛰어나며 고성능으로 동작합니다. 따라서 대용량 파일을 더욱 빠르게 처리할 수 있습니다.

xfs 파일 시스템은 저널링 기법을 사용하여 신속한 복구 기능을 제공합니다. 파일 수와 상관없이 예기치 못한 상황에서도 빠르게 복구할 수 있도록 하기 위해 이 기법을 도입했습니다. 이전에는 파일 시스템 체크 프로그램을 수행해야 했기 때문에 시간이 오래 걸렸지만, xfs는 이러한 체크 프로그램을 사용하지 않고도 빠르게 복구할 수 있습니다. 이는 xfs가 효율적인 파일 시스템 관리를 위해 노력하고 있다는 증거입니다.

또한, xfs는 데이터 읽기/쓰기 트랜잭션으로 인한 성능 저하를 최소화하면서도 저널링 기법의 장점을 제공합니다. 이는 xfs의 저널링 구조와 알고리즘이 트랜잭션에 대한 로그 기록을 신속하게 할 수 있도록 최적화되어 있기 때문입니다. 이러한 최적화는 xfs의 뛰어난 성능을 유지하는 데 큰 역할을 합니다.

또한, xfs는 완전한 64비트 파일 시스템으로, 100만 테라바이트 크기의 파일도 다룰 수 있습니다. 이는 현재 사용되고 있는 가장 큰 파일 시스템이 처리할 수 있는 것보다 10만 배나 더 큽니다. 이는 xfs가 대용량 파일 처리에 적합한 파일 시스템임을 보여줍니다. 주소 공간 외에도 자료 구조나 알고리즘 등의 요소도 함께 확장되어야 하지만, xfs는 이러한 확장성을 제공할 수 있는 준비된 파일 시스템입니다.

xfs는 뛰어난 처리량을 제공하는 파일 시스템입니다. SGI MIPS 시스템에서 수 GB/s의 성능을 내면서도 테라바이트 단위의 파일 시스템 확장성을 검증받았습니다. 리눅스가 엔터프라이즈 영역에서 차지하는 비중이 증가함에 따라 리눅스 서버의 처리량이 높아지고 있습니다. 따라서 xfs는 리눅스에서도 대량의 데이터를 신속하게 처리할 수 있는 파일 시스템 중 하나로 인기가 있습니다.

 

<주요 특징>

① 저널링 기법을 사용하는 신속한 복구 기능

xfs는 파일 수와 상관없이 예기치 못한 상황에서 빠르게 복구하여 재시작할 수 있도록 하기 위해 저널링 기법을 사용합니다. 이전에는 이러한 상황에서 파일 시스템 체크 프로그램을 수행해야 했기 때문에 시간이 오래 걸렸지만, xfs는 이러한 체크 프로그램을 사용하지 않고도 빠르게 복구할 수 있습니다. 이는 xfs가 효율적인 파일 시스템 관리를 위해 노력하고 있다는 증거입니다.

② 데이터 읽기/쓰기 트랜잭션으로 인한 성능 저하 최소화

xfs는 데이터 읽기/쓰기 트랜잭션으로 인한 성능 저하를 최소화하면서도 저널링 기법의 장점을 제공합니다. 이는 xfs의 저널링 구조와 알고리즘이 트랜잭션에 대한 로그 기록을 신속하게 할 수 있도록 최적화되어 있기 때문입니다. 이러한 최적화는 xfs의 뛰어난 성능을 유지하는 데 큰 역할을 합니다.

③ 대용량 파일 처리 가능

xfs는 완전한 64비트 파일 시스템으로, 100만 테라바이트 크기의 파일도 다룰 수 있습니다. 이는 현재 사용되고 있는 가장 큰 파일 시스템이 처리할 수 있는 것보다 10만 배나 더 큽니다. 이는 xfs가 대용량 파일 처리에 적합한 파일 시스템임을 보여줍니다. 주소 공간 외에도 자료 구조나 알고리즘 등의 요소도 함께 확장되어야 하지만, xfs는 이러한 확장성을 제공할 수 있는 준비된 파일 시스템입니다.

④ 뛰어난 처리량

xfs는 raw IO 성능에 가까운 성능을 보여주는 파일 시스템입니다. SGI MIPS 시스템에서 수 GB/s의 성능을 내면서도 테라바이트 단위의 파일 시스템 확장성을 검증받았습니다. 리눅스가 엔터프라이즈 영역에서 차지하는 비중이 증가함에 따라 리눅스 서버의 처리량이 높아지고 있습니다. 따라서 xfs는 리눅스에서도 대량의 데이터를 신속하게 처리할 수 있는 파일 시스템 중 하나로 인기가 있습니다.

 

리눅스는 가상 파일 시스템(Virtual File System) 구조를 가지고 있습니다. 이 구조는 매우 유연하며 다양한 파일 시스템을 지원합니다. 예를 들어, ext 파일 시스템, NTFS 파일 시스템, FAT 파일 시스템 등을 지원합니다.

리눅스에서 파일 시스템 구조를 확인하는 방법은 다양합니다. 가장 일반적인 방법은 파일 시스템의 메타 데이터를 확인하는 것입니다. 이를 위해서는 dumpe2fs /dev/sda1 명령어를 사용합니다. 이 명령어를 사용하면 파일 시스템 구조를 확인할 수 있습니다.

리눅스 파일 시스템 구조는 다양한 구성 요소로 이루어져 있습니다. 우선, MBR, 부트 섹터, 파티션 등이 있습니다. 또한, 슈퍼 블록, 그룹 디스크립터 테이블, 블록 비트맵, 아이노드 비트맵, 아이노드 테이블, 데이터 블록 등의 요소가 있습니다. 이러한 요소들은 파일 시스템의 구조를 이루는 중요한 부분입니다.

파일 시스템 구조를 이해하기 위해 dumpe2fs 명령어를 사용하여 파일 시스템의 메타 데이터를 확인할 수 있습니다. 이 명령어를 사용하면 다음과 같은 컴포넌트에 대한 정보를 얻을 수 있습니다:

• MBR (마스터 부트 레코드): 이는 저장 장치의 시작 부분에 위치한 특수한 종류의 부트 섹터입니다. 부트 로더 코드와 파티션 테이블이 포함되어 있습니다.
• 부트 섹터: 부트 섹터에는 운영 체제를 메모리에 로드하는 책임을 지는 부트 로더 프로그램이 포함되어 있습니다.
• 파티션: 파티션은 물리적 저장 장치의 논리적 분할입니다. 일반적으로 데이터의 다른 유형을 분리하거나 동일한 장치에 여러 운영 체제를 설치하는 데 사용됩니다.
• 슈퍼 블록: 슈퍼 블록에는 파일 시스템에 대한 정보가 포함되어 있으며 블록 및 아이노드의 수 등을 포함합니다.
• 그룹 디스크립터 테이블: 그룹 디스크립터 테이블에는 각 데이터 블록 그룹의 위치와 크기에 대한 정보가 포함되어 있습니다.
• 블록 비트맵: 블록 비트맵은 사용 중인 데이터 블록과 빈 블록을 추적하는 데 사용됩니다.
• 아이노드 비트맵: 아이노드 비트맵은 사용 중인 아이노드와 빈 아이노드를 추적하는 데 사용됩니다.
• 아이노드 테이블: 아이노드 테이블에는 파일 및 디렉토리의 권한, 소유권 및 타임스탬프와 같은 정보가 포함되어 있습니다.
• 데이터 블록: 데이터 블록에는 실제 파일 및 디렉토리의 내용이 포함되어 있습니다. 파일 시스템 구조 및 메타 데이터를 조사함으로써 파일 시스템이 데이터를 관리하고 저장하는 방법을 더 잘 이해할 수 있습니다.

 

파일시스템의 구조

리눅스에서 파일의 개념은 파일을 바이트의 단순한 연속으로 간주한다. 리눅스는 모든 입출력 디바이스들을 파일로 취급하여 심지어 NIC, Disk, Keyborad, printer도 파일로 취급한다. 파일시스템은 모든 입출력을 제어하는 Device Driver와 연결되어 있고 시스템 호출을 통하여 사용자로부터 데이터를 받아 처리한다.

리눅스는 VFS(Virtual File System)을 통하여 ext2, jfs2, proc와 같은 다양한 파일시스템을 지원하고 있다.

 

가상 파일시스템 구조(Virtual File System)

VFS는 모든 파일 시스템이 필요로 하는 일련의 function을 제공합니다. 이러한 인터페이스는 파일시스템, 아이노드, 열린 파일이라는 세 가지 대상과 관련된 일련의 동작으로 구성됩니다.

VFS는 커널에서 지원하는 파일시스템 타입을 알고 있습니다. 이는 커널 구성 동안 만들어진 테이블을 사용합니다. 이 테이블 내의 각 엔트리는 하나의 파일 시스템 타입을 정의합니다. 이는 파일 시스템 타입의 이름과 function에 대한 포인터로 구성됩니다.

어떤 파일 시스템이 마운트 될 때, 그에 맞는 마운트 function이 호출됩니다. 이 function은 디스크의 슈퍼블록을 읽으며, 내부 변수를 초기화하고 VFS에 마운트된 파일시스템 descriptor를 반환합니다. VFS function은 이 descriptor를 사용하여 물리적인 파일시스템 루틴에 접근합니다.

파일시스템이 마운트 된 후에 VFS function은 물리적인 파일시스템 루틴을 접근하는데 이 descriptor를 사용합니다. 마운트된 파일시스템 descriptor는 모든 파일시스템 타입에 공통된 몇 가지의 데이터를 포함합니다. 이는 물리적 파일시스템 커널코드에 의해 제공되는 function에 대한 포인터와 물리적인 파일 시스템 코드에 필요한 고유정보입니다. 파일시스템 descriptor에 포함된 function 포인터는 VFS가 파일 시스템 내부 루틴을 접근하는 것을 허용합니다.

VFS에 의해 사용되는 두 가지 다른 descriptor는 아이노드 descriptor와 열린 파일 descriptor입니다. 각 descriptor는 사용 중인 파일에 관련된 정보와 물리적인 파일시스템 코드에 의해 제공되는 일련의 동작을 갖고 있습니다. 아이노드 descriptor는 어떤 파일에 대해서도 사용되는 function에 대한 포인터를 포함하는 반면 (e.g. create, unlink), 파일 descriptor는 열린 파일에 대해서만 작동하는 function에 대한 포인터를 갖습니다. (e.g. read, write)

따라서 VFS는 파일 시스템 타입을 정의하고, 파일 시스템이 마운트 될 때마다 적절한 function을 호출하여 물리적인 파일 시스템 루틴을 접근하고, 파일과 관련된 정보를 보유하는 descriptor를 사용합니다. VFS는 또한 커널에서 지원하는 파일 시스템 타입을 알고 있으며, 파일 시스템을 마운트할 때 해당 파일 시스템의 마운트 function을 호출합니다. 마운트된 파일 시스템 descriptor를 사용하여 파일 시스템 루틴에 접근하고, 파일과 관련된 정보를 보유하는 descriptor를 사용합니다. 이러한 descriptor는 어떤 파일에 대해서도 사용되는 function에 대한 포인터를 포함하거나, 열린 파일에 대해서만 작동하는 function에 대한 포인터를 갖습니다.

 

파일시스템 구조

< 원리(Principle) > 리눅스 커널은 시스템 콜이 호출될 때 사용되는 가상 파일 시스템(VFS) 계층을 갖고 있습니다. VFS는 파일과 관련된 시스템 콜을 다루는 중간 계층으로, 물리적인 파일 시스템 코드에서 필요한 함수를 호출하여 입출력을 처리합니다.

이러한 간접 메커니즘은 여러 종류의 파일 시스템을 통합하기 쉽게 만들어주며, 이는 유닉스 계열 운영체제에서 흔히 사용됩니다. VFS 계층은 파일 시스템의 추상화된 인터페이스로 작동하며, 각 파일 시스템은 이 인터페이스를 구현하여 파일 시스템의 특성을 제공합니다. 이렇게 하면 사용자는 파일 시스템의 세부 정보를 알 필요 없이 파일을 다룰 수 있습니다.

어떤 프로세스가 파일과 관련된 시스템 콜을 호출하면, 커널은 VFS에 포함된 함수를 호출합니다. 이 함수는 구조와 독립적인 조작을 실행하고, 해당 요청을 물리적인 파일 시스템 코드에서 호출할 수 있는 함수와 연결해줍니다. 물리적인 파일 시스템 코드는 구조에 의존하는 동작을 담당하며, 장치에 대한 입출력을 요청하기 위해 버퍼 캐시 함수를 사용합니다.

그림과 같이, 이러한 구조는 파일 시스템 계층을 상세하게 설명합니다. 이러한 계층 구조는 파일 시스템의 복잡성을 줄이고, 파일 시스템의 통합성을 높이는 데 큰 역할을 합니다. 따라서, VFS 계층은 리눅스 커널에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 파일 시스템의 구현이 단순화되고, 서로 다른 파일 시스템 간의 호환성이 높아집니다. 이는 리눅스 운영체제가 다양한 환경에서 사용될 수 있도록 만들어주는 것입니다.

 

파일시스템 구조 분석하기

대부분의 리눅스 사용자들은 ext 시리즈 파일시스템을 많이 사용하고 있습니다. 이 파일 시스템은 일반적으로 운영체제에서 파일 저장 및 관리에 사용됩니다. 이러한 파일 시스템의 구조를 자세히 이해하면 운영체제와 파일 시스템을 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.

만약 자신이 사용하고 있는 리눅스 배포본의 파일시스템을 모르고 있다면 mount 명령을 수행하면 알 수 있습니다. 위의 예시에서는 /dev/sda6, /dev/sda3, /dev/sda1, /dev/sda2 네가지 파일 시스템이 존재합니다. 각각이 어떤 용도로 사용되는지에 대해서는 구체적으로 알아볼 필요가 있습니다.

# mount | grep /dev/sda
/dev/sda6 on / type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
/dev/sda3 on /home type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
/dev/sda1 on /boot type ext4 (rw,relatime,seclabel)
/dev/sda2 on /var type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)

ext 시리즈 파일시스템은 Remy Card와 Wayne Davison이 고안하고, Remy Card, Theodore Ts'o, Stephen Tweedie가 개량한 것입니다. ext 파일시스템은 매우 널리 사용되고 있습니다. 왜냐하면 ext는 전통적인 유닉스 파일시스템에서 사용되는 대부분의 특성들을 가지고 있기 때문입니다. 이 파일시스템은 블럭, 아이노드(inodes), 디렉토리의 개념을 사용합니다. 즉, ext 파일시스템은 할당할 수 있는 최소 단위로 블럭을 사용하며, 이를 연속된 블럭의 집합인 블럭 그룹이라고 합니다. 또한, 파일시스템 내의 파일이나 디렉토리를 아이노드라고 합니다. ext 파일시스템의 핵심은 이 블럭과 아이노드 개념입니다.

더불어, ext 파일시스템은 여러 가지 특징을 가지고 있습니다. 예를 들어, ext 파일시스템은 대용량 파일을 지원하며, 파일시스템의 크기를 늘리거나 줄일 수 있습니다. 또한, 파일시스템이 손상되었을 때 복구하기 쉽습니다. 이러한 특징들은 ext 파일시스템을 더욱 유용하게 만들어 줍니다. 뿐만 아니라, ext 파일시스템은 다양한 운영체제에서 사용될 수 있습니다. 이러한 이유로, ext 파일시스템은 매우 인기 있는 파일시스템 중 하나입니다.

 

MBR (마스터 부트 레코드)

Group 0: (Blocks 0-32759)
  Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-2
  Reserved GDT blocks at 3-1025
  Block bitmap at 1026 (+1026), Inode bitmap at 1027 (+1027)
  Inode table at 1028-2045 (+1028)
  0 free blocks, 32565 free inodes, 2 directories
  Free blocks:
  Free inodes: 12-32576

MBR은 저장 장치의 시작 부분에 위치한 특수한 종류의 부트 섹터입니다. 부트 로더 코드와 파티션 테이블이 포함되어 있습니다. 파일 시스템에 대한 정보를 포함하는 슈퍼 블록과 달리, MBR은 파일 시스템의 전체 구성이 아닌 물리적 저장 장치의 논리적 분할인 파티션 정보를 유지합니다. 파일 시스템의 첫 번째 파티션은 대개 루트 파일 시스템을 포함하고 있습니다.

 

슈퍼 블록

Block size:               4096
Fragment size:            4096
Reserved GDT blocks:      1023
Blocks per group:         32760
Fragments per group:      32760
Inodes per group:         32576
Inode blocks per group:   1018
Filesystem created:       Tue Jan 26 06:50:43 2010
Last mount time:          Wed Feb 10 10:23:16 2010
Last write time:          Wed Feb 10 10:23:16 2010
Mount count:              9
Maximum mount count:      -1
Last checked:             Tue Jan 26 06:50:43 2010
Check interval:           0 (<none>)
Reserved blocks uid:      0 (user root)
Reserved blocks gid:      0 (group root)
First inode:              11
Inode size:               128
Journal inode:            8
First orphan inode:       3096298
Default directory hash:   tea
Directory Hash Seed:      cd586031-f279-402d-b6d7-3a64e4835b3d
Journal backup:           inode blocks
Journal size:             128M

슈퍼 블록에는 파일 시스템에 대한 정보가 포함되어 있으며 블록 및 아이노드의 수 등을 포함합니다. 슈퍼 블록은 파일 시스템의 첫 번째 블록으로 배치되며, 파일 시스템의 모든 블록 및 아이노드 그룹에 대한 정보를 포함합니다. 슈퍼 블록은 파일 시스템의 상태를 확인하는 데 사용되며, 파일 시스템이 마운트되는 동안 변경되지 않습니다.

 

그룹 디스크립터 테이블

Group 0: (Blocks 0-32759)
  Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-2
  Reserved GDT blocks at 3-1025
  Block bitmap at 1026 (+1026), Inode bitmap at 1027 (+1027)
  Inode table at 1028-2045 (+1028)
  0 free blocks, 32565 free inodes, 2 directories
  Free blocks:
  Free inodes: 12-32576

그룹 디스크립터 테이블에는 각 데이터 블록 그룹의 위치와 크기에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 이 정보는 파일 시스템에서 데이터 블록 그룹을 찾을 때 사용됩니다. 그룹 디스크립터 테이블은 파일 시스템의 각 블록 그룹에 대한 메타 데이터를 유지합니다.

 

아이노드 테이블

Group 0: (Blocks 0-32759)
  Primary superblock at 0, Group descriptors at 1

아이노드 테이블은 리눅스 파일 시스템에서 사용되는 중요한 구성 요소입니다. 이 테이블은 각 파일과 디렉토리에 대한 메타 데이터를 저장하며, 파일 시스템의 일관성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 각각의 아이노드는 해당 파일이나 디렉토리의 특성을 기술하는 정보를 보유하고 있습니다. 이 정보는 파일의 소유자, 권한, 생성 시간, 크기 등을 포함합니다.

위의 코드는 아이노드 테이블의 예시입니다. 이 예시에서는 Group 0에 대한 정보가 나와 있습니다. 이 그룹은 블록 범위 0-32759를 포함하며, 슈퍼블록은 블록 0에 위치하고 그룹 디스크립터는 블록 1에 위치합니다. 이와 같은 정보는 파일 시스템의 안정성과 성능을 유지하는 데 큰 도움이 됩니다.