프로젝트 03

작성 2026. 6. 12.·수정 2026. 6. 12.

가상 메모리 & 파일 시스템

제출 기한: 2025. 06. 10. (화) 24:00 운영체제

개요

쓰기 시 복사 (Copy-on-Write) Fork
- 지연 할당을 통한 메모리 관리 최적화
대용량 파일
- 이중 간접 블록을 이용한 파일 시스템 확장
심볼릭 링크
- 고급 파일 참조 및 경로 해석

쓰기 시 복사 (Copy-on-Write) Fork

개요

문제점: fork()에서의 비효율적인 메모리 복사
- 현재 fork()는 부모의 모든 메모리를 즉시 복사함
  - 비효율적이고 시간이 많이 소요됨
  - 메모리 부족으로 실패할 수 있음
해결책: 쓰기 시 복사 (Copy-on-Write, COW)
- 초기에는 부모와 자식 간에 페이지를 공유
- 페이지가 수정될 때만 복사

COW Fork 구조

초기 상태
- 자식의 페이지 테이블이 부모의 물리 페이지를 가리킴
- 쓰기 접근을 트랩하기 위해 부모의 PTE를 읽기 전용으로 표시
- RSW (소프트웨어 예약) 비트를 사용하여 COW 비트를 설정
쓰기 접근
- 쓰기 시도 시 페이지 폴트 발생
- 커널이 새로운 물리 페이지를 할당
- 원본 페이지를 새 페이지로 복사
- PTE를 쓰기 권한으로 업데이트
참조 카운팅
- 각 페이지를 공유하는 프로세스의 수를 추적
- 참조 카운트가 0이 될 때만 페이지를 해제

구현 과제

수정할 핵심 함수
- uvmcopy(): 복사 대신 페이지 공유
- usertrap(): COW 페이지 폴트 처리
- kfreevm(): 커널 작업에 COW 로직 적용
- fork() / wait() / exit(): 참조 카운팅 구현
주요 과제
- COW 폴트와 다른 페이지 폴트 구분
- 페이지 참조 카운터의 적절한 관리
- 메모리 부족 상황 처리
- 기존 코드와의 호환성 유지

Cow 테스트 결과

simplest(): 기본적인 COW 메모리 할당 및 동작 검증
threetest(): 다중 프로세스 COW 스트레스 테스트
filetest(): COW와 시스템 콜 연동 (copyout() 호환성)

...
simple: ok
threetest: ok
filetest: ok
...
ALL COW TESTS PASSED

대용량 파일

개요

문제점: xv6의 제한된 파일 크기
- 현재 한계: 268 블록 (268 KB)
  - 12개 직접 + 1개 단일 간접
- 현대 애플리케이션에 불충분함
해결책: 이중 간접 블록
- 최대 12 + 256 + 256*256 블록 (~66 MB) 지원
- 구조: 11개 직접 + 1개 단일 간접 + 1개 이중 간접
- 하위 호환성 유지

현재 블록 주소 지정 계층 구조

블록 주소 지정 계층 구조

구현 과제

상수 및 구조체
- FSSIZE를 2000에서 262656으로 변경
- NINODE와 NFILE 수정
- 디스크 상의 구조체 업데이트
- inode의 addrs 배열 및 inode 구조 수정
핵심 함수
- bmap(): 이중 간접 주소 변환 구현
- itrunc(): 모든 직접 및 간접 블록 해제
- create(): 새로운 파일/구조 생성을 지원

대용량 파일 테스트 결과

대용량 파일 생성 및 순차적 쓰기
파일 크기 검증
데이터 무결성 검증

심볼릭 링크

개요

문제점: xv6의 경직된 파일 참조
- 하드 링크만 사용 가능 (inode 기반)
- 디렉토리를 링크하거나 파일 시스템을 넘나들 수 없음
- 끊어지거나 유연한 링크를 지원하지 않음
해결책: 심볼릭 링크
- 대상 경로를 파일 데이터로 저장
- 존재하지 않는 파일을 가리킬 수 있음
- 더 유연한 링크 및 참조 가능
- 시스템 유연성 향상

심볼릭 링크 구조

파일 타입 확장
- T_SYMLINK 파일 타입 추가
대상 경로는 inode의 데이터 블록에 저장됨
새로운 시스템 콜: symlink(target, path)
시스템 콜 인터페이스
- sys_symlink(): (1단계) 심볼릭 링크 파일 생성
수정된 open(): (2단계) 심볼릭 링크를 직접 따라감
- 상대/절대 경로, 링크 순환 처리
경로 해석
- 중첩된 링크에 대한 재귀적 해석
- 무한 루프 방지를 위한 순환 감지
- 끊어진 링크에 대한 적절한 오류 처리

구현 과제

새로운 구성 요소
- kernel/fs.h에 T_SYMLINK 파일 타입 추가
- sys_symlink() 시스템 콜 구현
- symlink(2) 사용자 수준 시스템 콜 래퍼
수정된 함수
- open(): 경로 해석 로직 구현
- create(): 심볼릭 링크 생성 지원

심볼릭 링크 테스트 결과

testsymlink() - 핵심 기능 테스트
- 심볼릭 링크 생성 및 접근
- 상대 경로 처리
- 순환 참조 감지
- 끊어진 심볼릭 링크 테스트
- 연쇄 링크 해석
concur() - 동시성 테스트

...
Start: test symlinks
test symlinks: OK
Start: test concurrent symlinks
test concurrent symlinks: OK
...

평가

완성도 xv6 운영체제는 명세서 요구사항에 따라 정확하게 동작해야 합니다.
위키 & 커밋 기록 채점은 위키 문서를 기반으로 하므로, 위키는 가능한 한 상세하게 작성해야 합니다.
제출 기한 제출 기한을 반드시 엄수해야 합니다. 마감 기한 이후에는 0점 처리되며, 점수가 수정됩니다.
어떤 복사본도 표절하지 마십시오!!!

위키

설계 프로젝트 요구사항을 충족하기 위한 구현 접근 방식을 간략하게 설명하세요.
구현 원본 xv6에서의 변경 사항에 초점을 맞춰 주요 코드 수정 사항과 그 목적을 설명하세요.
결과 다음을 포함하여 성공적인 구현의 증거를 보여주세요
- 완료 과정, 작동하는 코드의 스크린샷, 프로그램 흐름 설명
문제 해결 발생한 문제, 적용된 해결책 및 미해결 문제를 설명하세요.
관련이 있는 경우 추가 내용을 포함할 수 있습니다.

제출

구현한 코드와 위키를 GitHub를 통해 제출하세요.
- 제출 브랜치를 만들고 리포지토리를 제출하세요.
- 리포지토리의 이름은 'os_project03_[학번]'입니다.
위키 파일의 이름은 'os_project03_[분반]_[학번].pdf'이어야 합니다.
제출 마감일: 2025년 6월 19일 23:59
- 지각 제출(2025년 6월 19일 23:59 마감 이후 제출) 시에는 취득 가능 점수의 50%만 받게 됩니다.

Q&A

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