File System

파일 시스템의 경우 FAT 부분과 파일/디렉토리로 나뉘어져 있습니다. 파일과 디렉토리 내용에 관해서는 이미 우리가 OS를 사용하면서 써왔기 때문에 친숙한 개념이라 생각하여 생략하고, FAT와 Inode 아키텍쳐에 관한 설명과 저희가 어떤 식으로 파일시스템을 구현했는지를 정리했습니다.

 

 

기존의 Pintos는 freemap을 사용한 형태로 디스크를 사용하고 있습니다. freemap은 bitmap이라고 이해하시면 됩니다. 그래서 기존의 파일 시스템은 그림과 같이 단편화가 발생해 있으면 Data가 들어갈 수 없습니다.

 

따라서 우리는 disk를 효율적으로 사용하기 위해 bitmap에서 fat 방식으로 파일시스템을 수정하게 됩니다.

 

FAT란 File Allocate Table의 약자로 빈 Sector를 찾아 데이터를 기록한 뒤, 파일들의 연결된 정보를 FAT에 기록합니다. 각 FAT 클러스터는 다음 클러스터의 위치를 Value로 써 가지기 때문에 Linked List같은 형태를 띄게 됩니다. 그렇기에 FAT는 그림과 같이 끊어서 다음 파일의 정보를 저장할 수 있어 단편화를 최소화 할 수 있습니다.

 

Inode란 파일이나 디렉토리에 대한 metadata를 가지고 있는 고유 식별자입니다. 파일과 디렉토리는 모두 inode를 갖고 있습니다. inode 구조체는 파일이나 디렉토리를 열 때 발생하는 inode_open() 함수를 실행하면 생성되며, 열리지 않았을 때는 inode_disk인 상태로 Disk에 저장되어 있습니다.

 

Inode의 구조체는 다음과 같이 이뤄져있습니다. 파일시스템을 구현하면서 중요했던 부분은 disk sector와 open count 였습니다. 실제 disk의 어느 Sector에 있는지, 그리고 이 inode가 몇번 참조되었는 지를 확인해야 합니다. Persistence Test, 즉 지속성 체크를 하게 되는데 OS를 한번 종료하고 다시 부팅한 후, 기존 disk sector에서 data를 읽어와 test를 한번 더 합니다. 이 것을 제대로 Check 하지 못했다면 persistence test가 Fail이 뜨게 됩니다.

 

Inode Disk에는 비어있는 부분이 있어 파일 시스템을 수정할 때 자신이 필요하다고 생각하는 member를 임의로 추가하여 사용할 수 있는 부분이 있습니다. 대신에 섹터 용량인 512 byte를 맞춰주어야 합니다.

이제 Subdirectory를 어떤식으로 구현했는지 설명하겠습니다.

 

기존의 Pintos는 Root Directory 내에서 16개의 directory entry만을 갖고 파일만 할당하게 되어있습니다. 즉 directory는 root directory 단 하나만을 사용한다는 뜻입니다.

 

우리는 이를 여러개의 directory를 만들 수 있도록 수정할 수 있도록 구현해야 합니다. 이를 위해 mkdir이라는 디렉토리 생성 함수와 chdir이라는 현재 스레드가 작업중인 디렉토리의 위치를 변경하는 함수를 생성했습니다. 또한 현재 작업중인 디렉토리는 스레드에 종속되어야 하기 때문에 thread에 새로운 멤버를 추가해줬습니다.

또한, 디렉토리의 위치가 절대적, 상대적일 수 있기 때문에 해당하는 내용을 parsing해주는 함수도 만들어 적용했습니다. 파일의 경로와 이름을 추출하여 경로로 들어가 name을 lookup하게 만들어 줍니다.

 

설명이 엄청 간단하고 우리가 친숙하게 알고있는 개념이라 금방 할 줄 알았는데 이 기능의 디버깅에만 30시간정도 태웠습니다..

 

Soft Link에서는 리눅스의 Symbolic Link라는 것을 구현하라고 하는데 이는 Windows의 바로가기 같은 기능입니다. 이론은 딱히 설명을 안해도 될 것 같은 데, 특이한 점은 바로가기의 대상이 없는데 바로가기 파일을 먼저 만들고나서 나중에 대상을 만들어도 동작해야 합니다.

 

처음엔 link파일을 2중 포인터처럼 구현을 했었는데 이 기능을 구현하는게 너무 골치아파서 link에 그냥 원본 파일 name을 저장하여 lookup하도록 만들습니다. 이 기능 만드는 데도 20시간 정도 걸렸습니다. 은식님의 Tip이 없었다면 아마 더 걸렸을 것 같습니다.

 

현재 Soft Link 까지 구현했고 Buffer Cache, 동기화, 지속성 테스트는 완료하지 못했습니다. 시간이 부족한게 안타까웠습니다. 현재 Test는 193개 중에 11개 남아 있는 상태입니다.

 

 

File System이 생각보다 많이 어려웠고 왜 이전에 Project 4를 오픈하지 않았는 지 몸으로 느껴볼 수 있는 경험이었다고 생각합니다.

 

디버깅만 50시간정도 했고 Project 1부터 커밋을 하드리셋 한 내용을 제외하더라도 400개 가까이 했는데 Pintos를 구현하면서 reset하거나 과거 시점으로 돌아가고 싶을 때가 많았습니다. 그때마다 원하는 시점에서 다시 디버깅할 수 있어서 좋은 습관을 들였다는 생각을 했습니다.

 

Pintos를 한달동안 엄청 오래했는데 생각보다 짧게 느껴졌던 것 같습니다. 모두들 한달동안 수고 많으셨습니다.