⚙️ 파일 시스템 구조(FAT, NTFS, EXT4 등)의 차이점 비교

■ 파일 시스템 구조의 개요

• 파일 시스템은 디스크 저장장치 상의 데이터를 조직, 저장, 조회, 삭제하는 체계적 구조를 의미함
• 운영체제는 파일 시스템을 통해 논리적 디렉토리 구조, 메타데이터, 접근 제어, 저장 블록 관리를 수행함
• 대표적인 파일 시스템으로는 FAT(File Allocation Table), NTFS(New Technology File System), EXT4(Fourth Extended File System) 등이 존재함
• 각각의 파일 시스템은 설계 철학, 성능, 보안, 저널링 방식, 호환성 등에서 차이를 가짐

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■ FAT (File Allocation Table)

• 초기 MS-DOS 및 Windows 계열 시스템에서 사용된 전통적 파일 시스템 구조
• 디스크 공간을 일정한 클러스터 단위로 나누고, 각 클러스터의 사용 상태를 FAT라는 테이블에 기록함
• FAT12, FAT16, FAT32 등으로 분류되며, 숫자는 각 클러스터 인덱스에 할당된 비트 수를 의미함

특징

• 구조가 단순하고 구현이 쉬우며 임베디드 시스템, USB, SD 카드 등에서 여전히 사용됨
• 디스크 손상 시 복구가 어려우며 클러스터 체인이 꼬이는 파일 조각화(Fragmentation) 현상이 심함
• 보안 기능 부재, 파일 크기 제한(4GB 이하), 최대 파티션 크기 제한 등 제약사항이 존재함
• 트리 기반 디렉토리 구조를 지원하나, 대용량/고속 처리에 부적합함

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■ NTFS (New Technology File System)

• Microsoft사가 Windows NT 계열 이후 OS를 위해 개발한 고급 파일 시스템 구조
• 메타데이터를 포함한 모든 정보는 파일로 간주하는 MFT(Master File Table)를 기반으로 구성됨
• 저널링 기능, 권한 관리, 암호화, 압축 등 다양한 고급 기능을 내장함

특징

• 접근 제어 리스트(ACL)를 통해 사용자별 권한 제어 가능함
• 파일 단위 압축 및 암호화 지원, 트랜잭션 기반 복구 지원
• 최대 파일 크기 및 파티션 크기 제한이 매우 큼(이론상 16EB 이상 지원)
• 변경 내역을 기록하는 저널링 기능으로 데이터 무결성 보장 수준이 높음
• 하위 호환성(FAT32 등)은 유지하되, 상호 호환성(Linux, Mac) 제한적임

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■ EXT4 (Fourth Extended File System)

• 리눅스 운영체제를 위한 최신 표준 파일 시스템으로 EXT3의 개선 버전
• 성능 향상, 신뢰성 개선, 용량 확장성 등을 중심으로 개발됨
• 저널링 기능을 유지하면서도 디스크 입출력 효율성을 높임

특징

• 저널링 방식 개선(JBD2)을 통해 메타데이터 및 파일 데이터 변경 추적 가능
• 64비트 아키텍처 기반의 대용량 디스크/파일 지원 (최대 1EB 파일 시스템, 16TB 파일)
• Extents를 도입하여 연속된 블록을 하나의 범위로 처리함으로써 단편화 감소
• Delayed Allocation 기능으로 성능 향상 및 공간 최적화 가능
• Backward Compatibility를 통해 EXT3와의 데이터 이식성 확보 가능함
• ACL, LVM, RAID 등과의 연동을 통해 엔터프라이즈 환경에서 활용도 높음

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■ 주요 비교표

항목	FAT32	NTFS	EXT4
운영체제 지원	Windows, 일부 Linux	Windows 전용	Linux 전용, 일부 Windows 읽기 가능
파일 크기 제한	4GB	16EB 이론적 한계	16TB
파티션 크기 제한	8TB	256TB 이상	1EB
저널링 기능	없음	있음	있음
보안/권한 관리	없음	ACL, 암호화, 압축 지원	POSIX ACL 지원
호환성	높음	낮음	낮음
디스크 손상 대응	낮음	높음	높음
성능	낮음	중간~높음	높음

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■ 결론 및 시사점

• 파일 시스템은 단순한 저장 포맷을 넘어, 성능, 보안, 호환성에 지대한 영향을 미치는 핵심 인프라 요소임
• FAT 계열은 호환성과 단순성이 강점이나 보안성과 확장성 한계 존재
• NTFS는 Windows 환경에서 강력한 성능과 보안 기능을 제공하나 플랫폼 종속적 특성 존재
• EXT4는 리눅스 기반 고성능 환경에서 최적화되어 있으며 서버, 클라우드 인프라에 적합함
• 운영 환경, 보안 요구 수준, 데이터 처리량에 따라 적절한 파일 시스템을 선택하는 것이 중요함
• 최근에는 Btrfs, ZFS 등 고기능 파일 시스템이 등장하면서 파일 시스템의 역할이 단순 저장을 넘어 데이터 무결성, 스냅샷, 복제, RAID 통합 등으로 확장되고 있는 흐름을 보임

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