리눅스 - 가상 파일 시스템

• VFS(Virtual File System)
  
  
  
  
• VFS의 역할 및 구조
  
  
  - VFS가 지원하는 파일 시스템
   ■ 디스크 기반 파일 시스템
    : 로컬 디스크 파티션의 기억 장소 또는 디스크를 흉내내는 몇 가지 다른 장치(USB 플래시 드라이브 같은)를 관리
    : Ext2, Ext3, Ext4, MS-DOS, FAT, NTFS, SYSV 등
   ■ 네트워크 파일 시스템
    : 네트워크로 연결된 다른 컴퓨터의 파일 시스템을 쉽게 접근가능하게 함
    : NFS(Network File System), AFS(앤드류 파일 시슽엠) 등
     
   ■ 특수 파일 시스템
    : /proc 파일 시스템, /tmp 파일 시스템 등
  
    
  
  
• VFS 메커니즘
  - 공통 파일 모델 (Common File Model)

   : VFS의 핵심 개념은 지원하는 모든 파일 시스템을 표현할 수 있는 공통 파일 모델을 도입 하는 것
   : 각각의 특정 파일 시스템을 구현 하려면 반드시 자신의 물리적인 구성을 VFS의 공통 모델로 변환해야 함
   -> 예를 들어 몇몇 비 유닉스 계열의 디스크 기반 파일 시스템은 각 파일의 위치를 저장한 파일 할당 테이블(FAT)를 사용 -> 이런 파일 시스템에서 디렉토리는 파일이 아님
   -> VFS의 공통 파일 모델을 따르도록 하기 위해 실행 중에 디렉토리에 대응 하는 파일을 생성, 이렇게 생성한 파일을 커널 메모리 객체에 만듦
   => 공통 파일 모델을 구현하기 위한 자료구조(object)
     : 슈퍼 블록 객체, 아이노드 객체, 파일 객체, 디엔트리 객체
  
  - 프로세스와 VFS 객체의 상호작용
   
  
  - 공통 파일 모델 객체
   ■ 슈퍼 블록 객체
    : 마운트 된 파일 시스템에 대한 정보를 저장, 전체 파일 시스템을 나타냄
   ■ 아이노드 객체
    : 특정 파일에 대한 일반 정보를 저장. 디스크에 저장한 파일 제어 블록 (FCB, 리눅스에서는 아이노드)에 대응, 각 아이노드 객체에는 아이노드 번호가 할당)
   ■ 파일 객체
    : 열린 파일과 프로세스 사이의 상호 작용과 관련한 정보를 저장. 각 프로세스가 열린 파일을 가지는 동안 커널 메모리에만 존재
   ■ 디엔트리 객체
    : 디렉토리 항목(특정 파일 이름과 아이노드)과 이에 대응하는 파일의 연결에 대한 정보를 저장.
  
  - VFS 디엔트리 캐시
   : 가장 최근에 사용한 디엔트리 객체를 저장하는 디스크 캐시
  
   ∴ 디스크 캐시?
    : 보통 디스크에 저장하는 정보 중 일부를 램에 저장하여 이후 정보에 접근할때 더 느린 디스크에 접근하지 않고 빨리 처리하도록 하는 소프트웨어 메커니즘
    : 이렇게 함으로써 파일 경로명을 공려명의 마지막 구성요소인 파일 아이노드로 변환하는 속도를 높임
  
   ∴ 리눅스의 디스크캐시
    : 디엔트리 캐시, 아이노드 캐시, 페이지 캐시
  
  - VFS의 시스템 콜 처리 루틴
   
  
   : 애플리케이션이 read() 시스템 콜 호출 -> 커널은 해당하는 sys read() 호출
   : 커널 메모리 안에 있는 파일 객체의 f op 필드에 타겟 파일 시스템의 해당 함수 처리 루틴이 포인터로 존재
   : read() -> sys_read() -> vfs_read() -> (file->f_op) -> MS-DOS read()
  
    ■ open() 시스템 콜 메커니즘
     : open() 시스템 콜 -> sys_open() 시스템 콜이 성공하면 파일 객체에 대한 포인터 배열인 current->files->fd 의 인덱스를 반환
     : sys_open() 함수의 동작
     ① fd 반환

     ② 파일 객체의 주소 반환

     ③ f_op 필드를 대응하는 아이노드 객체의 i_fop 필드 내용으로 설정 -> 파일 연산을 위한 메소드 설정 종료

     ④ 탐색된 디엔트리 객체와 마운트된 파일 시스템 객체 등으로 파일 객체 할당

     ⑤ 접근 모드 플래그를 매개변수로 경로명 탐색 시작

     ⑥ 빈 파일 디스크립터 번호를 지역 변수에 저장

     ⑦ 프로세스 주소 공간에서 파일 경로명을 읽음

   

  - VFS가 처리하는 시스템 콜