정보처리산업기사, 운영체제는 사용자가 데이터를 저장하고 불러올 수 있도록 파일 시스템(File System) 을 제공한다. 파일 시스템은 보조기억장치(HDD, SSD 등)에 존재하는 데이터를 논리적으로 구성하고, 파일이라는 단위로 관리한다.
즉, 하드웨어인 디스크를 사용자가 인식할 수 있는 논리적 공간(Logical Space) 으로 추상화하는 계층이다.
운영체제는 이를 통해 데이터의 저장·검색·삭제·보호 등의 작업을 일관성 있게 수행할 수 있다. 이번 학습에서는 파일의 개념, 파일 제어 블록(FCB), 디렉터리 구조를 중심으로 파일 시스템의 동작 원리를 이론적으로 살펴본다.
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1. 파일(File)의 개념과 역할
파일(File)은 논리적으로 연관된 데이터의 집합이며, 프로그램의 실행 결과나 입력 자료, 로그 등 다양한 정보를 포함한다.
운영체제는 각 파일에 고유한 식별자(Identifier) 를 부여하고, 이를 디렉터리와 FCB를 통해 관리한다.
파일은 사용자가 보는 이름(name)뿐 아니라 시스템 내부에서 관리되는 여러 속성(attribute)과 메타데이터(metadata)를 가진다.
이 정보는 파일 접근 시 접근 권한을 확인하거나 디스크 상에서 실제 저장 위치를 찾는 데 사용된다.
| 속성(Attribute) | 설명 |
|---|---|
| 이름(Name) | 사용자가 인식하는 논리적 이름 |
| 식별자(ID) | 시스템 내부 관리용 고유 번호 |
| 유형(Type) | 실행 파일, 텍스트 파일 등 형식 구분 |
| 위치(Location) | 저장된 물리 주소(트랙·섹터 등) |
| 크기(Size) | 바이트 단위의 파일 길이 |
| 보호(Protection) | 읽기·쓰기·실행 권한 정보 |
| 시간 정보(Time) | 생성·수정·접근 시간 |
| 소유자(Owner) | 파일 생성 사용자 또는 그룹 정보 |
대부분의 현대 운영체제는 이 속성을
FCB(File Control Block)라고 한다.
2. 파일 제어 블록 (File Control Block, FCB)
FCB는 운영체제가 각 파일을 관리하기 위해 유지하는 파일의 메타데이터 구조체다.
파일이 생성될 때 디스크에 FCB가 함께 만들어지고, 파일이 열리면 해당 FCB 정보가 메모리로 로드되어 파일 디스크립터(File Descriptor) 형태로 사용된다.
운영체제는 FCB를 통해 파일의 실제 물리적 위치를 추적하고, 접근 권한을 확인하며, 입출력 연산을 수행한다.
즉, 파일 시스템의 내부 제어 중심에 있는 핵심 데이터 구조라고 할 수 있다.
| 항목 | 설명 |
|---|---|
| 파일 이름(Name) | 파일 식별용 문자열 |
| 물리적 위치(Location) | 파일이 저장된 디스크 주소 포인터 |
| 파일 크기(Size) | 전체 바이트 단위 길이 |
| 접근 권한(Access Rights) | 읽기/쓰기/실행 비트 |
| 소유자 정보(Owner Info) | 사용자 계정 또는 그룹 |
| 시간 정보(Timestamp) | 생성, 수정, 마지막 접근 시간 |
UNIX 계열 시스템에서는 FCB가
각 파일마다 고유 inode 번호를 가지고 관리된다.
3. 디렉터리(Directory)의 구조와 역할
디렉터리는 파일들을 논리적으로 묶어 관리하는 파일의 집합(Files of files) 이다.
운영체제는 디렉터리를 트리(Tree) 형태의 계층 구조로 관리하며, 루트(root) 디렉터리에서부터 하위 디렉터리(sub-directory)로 확장되는 구조를 가진다.
이러한 계층형 설계는 파일 이름의 중복을 방지하고, 검색 효율을 높인다.
| 디렉터리 구조 형태 | 특징 |
|---|---|
| 단일 레벨(Single-Level) | 모든 파일이 하나의 디렉터리에 존재. 구조 단순하지만 이름 충돌 문제 존재 |
| 2단계(Two-Level) | 사용자별 디렉터리 분리, 충돌 방지 및 접근 제어 용이 |
| 트리(Tree-Structured) | 현대 OS의 기본 구조. 하위 폴더 관리 가능 |
| 비순환 그래프(Acyclic Graph) | 파일 공유를 위해 링크 허용, 순환 구조는 방지 |
| 일반 그래프(General Graph) | 순환 링크도 허용하나 관리 복잡성 증가 |
4. 파일 경로(Path)와 탐색 방식
파일 시스템은 파일을 찾기 위해 경로(Path) 개념을 사용한다.
경로는 디렉터리 구조 내에서 특정 파일의 위치를 나타내며, 두 가지 방식이 존재한다.
| 경로 유형 | 설명 | 예시 |
|---|---|---|
| 절대경로(Absolute Path) | 루트 디렉터리(/)부터 시작하는 전체 경로 | /home/user/project/main.c |
| 상대경로(Relative Path) | 현재 작업 디렉터리 기준으로 탐색 | ../main.c |
대부분의 파일 시스템은 경로를 문자열로 관리하며,
탐색 시 루트부터 하위 디렉터리로 순차 검색하는
경로 파싱(Path Parsing) 사용한다.
5. 파일 시스템의 핵심 기능
파일 시스템은 단순한 저장소 이상의 역할을 수행한다.
운영체제는 이를 통해 데이터의 일관성을 유지하고, 사용자 권한을 관리하며, 입출력 성능을 최적화한다.
| 기능 | 설명 |
|---|---|
| 저장(Storage) | 데이터를 파일 단위로 물리 디스크에 저장 |
| 탐색(Search) | 파일 이름, 속성, ID 기반 검색 수행 |
| 보호(Protection) | 접근 제어 및 사용자 인증 수행 |
| 갱신(Update) | 파일 내용 및 속성 변경 반영 |
| 관리(Management) | FCB, 디렉터리, 공간 할당 등 유지관리 |
결론
파일 시스템은 운영체제의 데이터 관리 중심 계층으로,
사용자와 하드웨어 사이에서 논리적 추상화(Abstraction) 를 담당한다.
파일은 데이터를 논리 단위로 묶은 구조이며,
FCB는 이를 관리하는 운영체제 내부의 핵심 제어 블록이다.
또한 디렉터리는 파일들을 계층적으로 연결하여 체계적으로 관리할 수 있게 만든다.
정보처리산업기사 실기에서는 아래 항목이 자주 등장한다.
- FCB의 구성요소 및 역할
- 디렉터리 구조의 종류와 장단점
- 절대경로 vs 상대경로의 차이
다음 학습 – 파일 할당 방식
다음 학습에서는 파일이 디스크에 실제로 저장되는 물리적 방식을 다룬다. 연속 할당, 연결 할당, 인덱스 할당, FAT 구조를 중심으로 각 방식의 장단점과 외부 단편화 문제를 비교한다.