기술면접 - 10. 파일시스템 및 가상머신 부팅

본 챕터 목표
: 다음 단골 CS 지식 문항에 대해 구체적으로 이해하고, 답변 준비하기

1. inode 파일 시스템 방식에 대해 간단히 설명해주세요.
2. 가상 머신에 대해 간단히 설명해주세요.
3. 외부 단편화에 대해 간단히 설명해주세요.

파일 시스템

• 운영체제가 저장매체에 파일을 쓰기 위한 자료구조 또는 알고리즘

가볍게 알아두기: 파일 시스템이 만들어진 이유(블록)
· 0과 1 데이터를 어떻게 저장매체에 저장할까?

• 비트로 관리하기는 오버헤드가 너무 큼
• 블록 단위로 관리하기로 함 (보통 4KB)
• 블록마다 고유 번호를 부여해서, 관리

가볍게 알아두기: 파일 시스템이 만들어진 이유(파일)
· 사용자가 각 블록 고유 번호를 관리하기 어려움

• 추상적(논리적) 객체 필요: 파일

· 사용자는 파일단위로 관리

• 각 파일에는 블록 단위로 관리

가볍게 알아두기: 파일 시스템이 만들어진 이유(저장 방법)
· 저장매체에 효율적으로 파일을 저장하는 방법

• 가능한 연속적인 공간에 파일을 저장하는 것이 좋음
• 외부 단편화, 파일 사이즈 변경 문제로 불연속 공간에 파일 저장 기능 지원 필요

• 블록 체인: 블록을 링크드 리스트로 연결 끝에 있는 블록을 찾으려면, 맨 처음 블록부터 주소를 따라가야 함
• 인덱스 블록 기법: 각 블록에 대한 위치 정보를 기록해서, 한번에 끝 블록을 차아갈 수 있도록 함

외부 단편화와 링크드 리스트 자료구조


다양한 파일 시스템
· Windows: FAT, FAT32, NTFS

• 블록 위치를 FAT라는 자료 구조에 기록

· 리눅스(UNIX 계열): ext2, ext3, ext4

• 일종의 인덱스 블록 기법인 inode 방식 사용

파일 시스템과 파일 관련 함수 및 시스템 콜

• 동일한 시스템콜을 사용해서 다양한 파일 시스템 지원 가능토록 구현
• read/write 시스템 콜 호출 시, 각 기기 및 파일 시스템에 따라 실질적인 처리를 담당하는 함수를 호출하는 방식으로 내부 구현됨 (예: read_spec/write_spec)
• 운영체제가 제공하는 시스템 콜을 기반으로, 각 언어에서 해당 시스템콜을 호출하도록 라이브러리등을 제공함

inode 방식 파일 시스템

• 슈퍼 블록: 파일 시스템 정보
• 아이노드 블록: 파일 상세 정보
• 데이터 블록: 실제 데이터
• 수퍼 블록: 파일 시스템 정보 및 파티션 정보 포함

inode와 파일
· 파일: inode 고유값과 자료구조에 의해 주요 정보 관리

• '파일이름:inode'로 파일이름은 inode번호와 매칭
• 파일 시스템에서는 inode를 기반으로 파일 엑세스
• inode 기반 메타 데이터 저장

inode 구조
· inode 기반 메타 데이터 (파일 권한, 소유자 정보, 파일 사이즈, 생성시간 등 시간 관련 정보, 데이터 저장 위치 등)


디렉토리 엔트리
· 리눅스 파일 탐색: 예 - /home/ubuntu/link.txt
i. 각 디렉토리 엔트리(dentry)를 탐색

• 각 엔트리는 해당 디렉토리 파일/디렉토리 정보를 가지고 있음

ii. '/' dentry에서 'home'을 찾고, 'home'에서 'ubuntu'를 찾고, 'ubuntu'에서 link.txt 파일 이름에 해당하는 inode를 얻음


가상 파일 시스템(Virtual File Sysetm)

• Network 등 다양한 기기도 동일한 파일 시스템 인터페이스를 통해 관리 가능
• 예: read/write 시스템콜 사용, 각 기기별 read_spec/write_spec 코드 구현 (운영체제 내부)

참고: 리눅스(유닉스) 운영체제와 가상 파일 시스템
· 모든 것은 파일이라는 철학을 따름

• 모든 인터렉션은 파일을 읽고, 쓰는 것처럼 이루어져있음
• 마우스, 키보드와 같은 모든 디바이스 관련된 기술도 파일과 같이 다루어짐
• 모든 자원에 대한 추상화 인터페이스로 파일 인터페이스를 활용

참고: 특수 파일
· 디바이스

• 블록 디바이스(Block Device) : HDD, CD/DVD와 같이 블록 또는 섹터 등 정해진 단위로 데이터 전송, IO 송수신 속도가 높음

• 캐릭터 디바이스(Character Device) : 키보드, 마우스 등 byte 단위 데이터 전송, IO 송수신 속도가 낮음

• cd /dev, cat tty

· 리눅스 운영체제의 이해

• 리눅스 커널(운영체제) + 시스템 프로그램(쉘) + 응용 프로그램

· 안드로이드 스마트폰(Android)

• Linux Kernel + (Shell + Some basic programs) + Andorid Framework

가볍게 이해하기: Virtual Machine (가상 머신)

• 하나의 하드웨어(CPU, Memory 등)에 다수의 운영체제를 설치하고, 개별 컴퓨터처럼 동작하도록 하는 프로그램

Virtual Machine Type1 (native 또는 bare metal)

• 하이퍼 바이저(또는 VMM): 운영체제와 응용프로그램을 물리적 하드웨어에서 분리하는 프로세스
• 하이퍼 바이저 또는 버추철 머신 모니터(VMM)라고 하는 소프트웨어가 Hardware에서 직접 구동 (Xen, KVM)

KVM

• AWS(아마존 클라우드 컴퓨팅 서비스) 등에서 사용(Type1)

Virtual Machine Type2

• 하이퍼바이저 또는 버추얼 머신 모니터 (VMM)라고 하는 소프트웨어가 Host OS 상위에 설치 (VMWare, VirtualBox)

VMWare

• 대중적인 가상머신 프로그램(Type2)

Boot
· 컴퓨터를 켜서 동작시키는 절차
· Boot 프로그램

• 운영체제 커널을 Storage에서 특정 주소의 물리 메모리로 복사하고 커널의 처음 실행위치로 PC를 가져다 놓는 프로그램

부팅 과정
· 컴퓨터를 켜면

• BIOS가 특정 Storage 읽어와 bootstrap loader를 메모리에 올리고 실행함
• bootstrap loader 프로그램이 있는 곳을 찾아서 실행시킴