4. File System(memory)

앞서 우리는 On-Disk File System에 대해서 알아보았다.

이 On-Disk File System은 Inode를 통해 Time Efficiency를 효과적으로 늘렸지만 다음과 같은 단점이 여전히 존재했다.

• 여전히 느리다.
  
• 여러 Disk의 관리가 힘들다.
  (System이 여러개의 Disk를 가지면 각 Disk마다 File System이 있어야 함)

따라서 On-Memory File System(Virtual File System)이라는 방법을 통해 위의 두 문제를 해결했는데, 주된 Concept은 다음과 같다.

• 속도향상 → **Caching**
  

  자주 접근하는 Block은 System Memory에 복사해 놓고 사용

• 여러 Disk 관리 → **Mounting**
  

  File System에 File System을 연결하여 하나의 File System을 통해 여러개의 File System을 관리하는 방법

---

On-Memory File System

Caching

Caching은 자주 접근하는 정보를 미리 System Memory에 저장해 놓고 필요할때마다 사용하는 것으로, Disk에 매번 접근할 필요가 없기 때문에 속도향상에 매우 큰 영향을 준다.

이때 Cache의 대상이 되는 것은 다음과 같다.

• Super Block
• Group Descriptor
• DBM(Data Block Bitmap)
• IBM(Inode Bitmap)

이때, System Memory는 해당 Block이 어느 Disk의 Block인지에 대한 정보 등을 같이 알고 있어야 하기 때문에 원래 데이터에 Additional Data를 추가하고,
이렇게 Cache된 Data를 Linked List에 연결하여 보관한다.

1) Super Block

/* include/linux/fs.h */
struct super_block {
    dev_t               s_dev;      /* 이 superblock을 소유하는 device # */
    char                s_id[32];   /* 이 superblock을 소유하는 device name */
    struct dentry       *s_root;    /* 이 file system의 root directory 위치*/
    struct list_head    s_files;    /* 이 file system에 속한 file들의 linked list */    
    struct list_head    s_list;     /* next super block의 위치 */
    unsigned long       s_blocksize;
    ...
};

---

Define

On-Memory Super Block은 Mount된 On-Disk File System에서 다음의 정보를 결합하여 새로운 super block을 만든다.
(include/linux/fs.h에 정의되어 있다.)

• ext2_super_block
• Additional info

이때 이 super block은 fs/super.c에 선언된 super_blocks라는 linked list에 연결되어 cache된다.

Example

Cache된 모든 Super Block을 출력하기

void display_super_blocks(void) {
    struct super_block *sb;
    list_for_each_entry(sb, &super_blocks, s_list) {
        printk("dev name: %s, dev major num: %d, dev minor num: %d, root ino: %d\n",
               sb->s_id, MAJOR(sb->s_dev), MINOR(sb->s_dev), sb->s_root->d_inode->i_ino);
    }
}

• list_for_each_entry([정보를 담을 변수, linked list, next pointer])
  
• MAJOR(): Device 번호
  
• MINOR(): 그 Device의 종류안에서 구별할 수 있는 번호

2) Inode

/* include/linux/fs.h */
struct inode {
    dev_t               i_rdev      /* 이 inode를 소유하는 device # */
    unsigned long       i_ino;      /* inode number */
    struct super_block  *i_sb;      /* 이 inode가 속하는 superblock의 위치 */
    struct list_head    i_dentry;   /* 이 inode를 관리하기위한 dentry list*/
    struct list_head    i_list;     /* next_inode의 위치 */
    ...
};

/* include/linux/deache.h */
struct dentry {
    struct inode    *d_inode;   /* 이 dentry가 속한 inode에 대한 pointer */
    struct qstr     d_name;     /* corresponding file name (->d_name.name) */
    int             d_mounted;  /* 이 inode가 mounting point인지 */
    ...
};

---

Define

On-Memory Inode는 Mount된 On-Disk File System에서 Inode의 정보와 다음의 정보를 결합하여 새로운 super block을 만든다.
(include/linux/fs.h에 정의되어 있다.)

• ext2_inode
• Additional info
• dentry

이때 inode는 fs/inode.c에 선언된 inode_in_use라는 linked list에 연결되어 cache된다.

(dentry: Directory Entry의 약자로, inode를 효율적으로 관리하기 위한 자료구조)

---

Example

Cache된 모든 Inode 출력하기

extern struct list_head inode_in_use;
void display_all_inodes(){
    struct inode *in;
    struct dentry *den;
    list_for_each_entry(in, &inode_in_use, i_list){
           printk("dev maj num:%d dev minor num:%d inode num:%d sb dev:%s\n", 
                  MAJOR(in->i_rdev), MINOR(in->i_rdev), in->i_ino, in->i_sb->s_id);
           list_for_each_entry(den, &in_i->dentry, d_alias){
                  printk("file name: %s, file byte size: %x\n",
                          den->d_name.name)
           }
    } 
}

3) 그 밖의 Block들

위의 두 자료구조 외에도 자주 사용하는 정보(Block)들도 Block단위로 따로 Cache해둔다.

이때 사용하는 구조체는 다음과 같다.

/* include/linux/buffer_head.h */
struct buffer_head {
    struct block_device *b_bdev;    /* 현재 이 Block을 소유하고 있는 device #*/
    sector_t            b_blocknr;  /* 이 Block의 Block #*/
    size_t              b_size;
    ...
}

이때 이 Block들은 최대한 빨리 접근하는 것이 중요하기 때문에,
linked list가 아닌 **hash table**을 사용해서 Cache한다.

(linux 2.6이상부터는 hash table도 아닌 더 복잡한 자료구조를 사용해 Cache한다.)

---

Mounting

1) Concept

Root File System

System Memory에 가장 처음 Cache되는 File System으로 다른 On Disk File System이 여기에 mount된다.

mounted file system

mounting point

2) 과정

1. Cache the Mounted File System

Mounted File System을 Cache하여 System Memory로 가지고 온다.
이때, Cache하는 정보는 다음 두가지이다.

• superblock
• root inode
  (Mounted File System의 inode 중 root inode만을 Cache한다.)

---

2. Cache the Mounting Point’s Inode

다음으로는 Mounted File System을 연결할 Mounting Point를 가져와야 한다.
이를 위해서 Mounting Point의 Inode를 Cache한다.

(즉, '/'(root)부터 Mounting Point까지 경로상의 모든 dir에 대한 inode를 Cache해야 한다.)

---

3. Mounted File System을 Mounting Point에 연결

연결 과정은 다음과 같다.

a) Mounting Point가 되는 File의 Inode를 찾아 그 dentry의 d_mounted += 1

b) vfsmount{}자료구조를 통해 연결정보를 저장

• mnt_mountpoint
  

  mounting point위치 저장

• mnt_root
  

  Mounted File System의 root inode 저장

• mnt_sb
  

  Mounted File System의 super block 저장

c) vfsmount{}자료구조를 mount_hastable에 저장