Disk Management & Scheduling
디스크의 구조
logical block
디스크의 외부에서 보는 디스크의 단위 정보 저장 공간 들
주소를 가진 1차원 배열처럼 취급된다.
정보를 전송하는 최소 단위
sector
logical block 이 물리적인 디스크에 매핑되는 위치
sector 0 은 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫번째 섹터이다.
부팅과 관련된 정보가 저장된다.
디스크 운영
physical formatting
partitioning
logical formatting
booting
physical formatting
디스크 컨트롤러가 실제로 읽고 쓸 수 있도록 sector 단위로 나누는 과정을 의미한다.
각 섹터는 header + 실제 데이터 + trailer 로 구성되어있다.
header + trailer 에는 sector number 및 ECC(Error-Correcting Code) 등의 정보가 저장되고 controller 가 직접 접근하고 운영한다.
partitioning
디스크를 하나 이상의 실린러 그룹으로 나누는 과정
운영체제는 이것을 독립적인 disk 로 취급한다. → logical disk
logical formatting
디스크 내 파일 시스템을 만드는 것
FAT, inode, free space 등의 구조를 포함한다.
booting
disk 에 있는 small bootstrap loader 를 실행한다.
그러면 boot sector 인 sector 0이 로드된다.
sector 0에는 full bootstrap loader program 이고 부팅에 필요한 정보가 담겨있다.
이를 통해 운영체제 커널을 디스크에 load 하여 실행할 수 있다.
디스크 스케줄링
access time
seek time : 헤드를 해당 실린더로 움직이는데 걸리는 시간
가장 바깥쪽부터 안쪽까지 어디 트랙에 위치하는지 탐색하는 시간
rotational latency : 헤드가 원하는 섹터에 도달하기까지 걸리는 회전 지연 시간
보통 seek time 의 10분의 1
transfer time : 실제 데이터의 전송 시간
엄청 작은 시간
disk bandwidth : 단위 시간당 전송된 바이트의 수
disk scheduling
결국 디스크 내 정보에 대한 접근 시간은 seek time 이 가장 많은 비율을 차지하게 된다.
따라서 seek time 을 최소화하는 것이 목표가 된다.
seek time = seek distance
디스크 스케줄링 알고리즘
FCFS
SSTF
SCAN
C-SCAN
N-SCAN
LOOK
C-LOOK
큐에 다음과 같은 실린더 위치의 요청이 존재하는 경우, 디스크 헤드 53번에서 시작한 각 알고리즘의 수행 결과는 어떻게 되겠는가…? (실린더 위치의 범위는 0-199)
98 → 183 → 37 → 122 → 14 → 124 → 65 → 67
FCFS
SSTF
SCAN
기본적으로 디스크의 스케줄링 알고리즘은 scan 이다.
disk head 의 이동거리 측면에서 효율적이고 다른 알고리즘보다 공정하다.
문제점
가운데 실린더는 대기 시간이 가장자리의 실런더들보다 짧다.
C-SCAN
비록 head 의 이동거리는 길어질 수 있지만, 큐 내부의 요청들의 대기 시간이 균일하고 공정해진다.
N-SCAN
SCAN 의 변형 알고리즘
일단 arm 이 한 방향으로 움직이기 시작하면 그 시점 이후에 도착한 job 은 되돌아올 때 처리한다.
즉, 일단 스캔 루트가 한번 정해지면 가는 동안에 들어오는 요청들은 그 다음 턴에 처리하도록 한다.
LOOK
SCAN의 변형
SCAN 방법으로 처리하되, 특정 실린더 이후에 남아있는 요청이 없을 경우에는 굳이 끝까지 가지 않고 해당 지점에서 바로 턴을 한다.
C-LOOK
C-SCAN 의 변형인데 역시 특점 지점 이후로 남아있는 요청이 없으면 바로 그자리에서 다른 방향으로 턴을 한다.
디스크 스케줄링 알고리즘의 결정
SCAN, C-SCAN 및 그 응용 알고리즘은 LOOK, C-LOOK 등이 일반적으로 디스크 입출력이 많은 시스템에서 효율적인 것으로 알려져 있다.
file 의 할당 방법에 따라 디스크 요청이 영향을 받는다.
디스크 스케줄링 알고리즘은 필요할 경우, 다른 알고리즘으로 쉽게 교체할 수 있도록 OS 와 별도의 모듈로 작성되는 것이 바람직하다.
Swap-space management
disk 를 사용하는 이유
memory 는 전원이 꺼지면 데이터가 모두 날아가는 휘발성을 가지고 있기 때문에 파일 시스템에 저장하는 것이 필요하다.
프로그램 실행을 위한 memory 공간이 부족하다보니, swap space, swap area 용도로 필요하다.
swap-space
virtual memory system 에서는 디스크를 메모리의 연장 공간으로 사용한다.
파일 시스템 내부에 둘 수도 있으나 별도로 파티션을 구분하여 사용하는 것이 일반적이다.
swap space 는 공간 효율성보다는 속도 효율성이 훨씬 중요하다. 일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조되기 때문이다.
그래서 블록의 크기 및 저장 방식이 일반 파일 시스템과 다르다.
RAID
rebundant array of independent disks
여러개의 디스크를 묶어서 사용한다.
사용목적
디스크 처리 속도가 향상을 위해서
여러 디스크에서 블록의 내용을 분산 저장한 뒤,
이를 병렬적으로 읽어오기 때문에 속도가 상당히 빠르다. → interleaving, striping
reliability 를 향상시키기 위해서
동일 정보를 여러 디스크에 중복적으로 저장하기 때문에 하나의 디스크가 고장났을 때, 다른 디스크에서 읽어올 수 있다. → mirroring, shadowing
단순한 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity 를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다.
parity : 단순히 중복하여 저장하는 것이 아니라, 중복을 최소화하고 문제가 생겼을 때 복구할 수 있을 정도로만 저장해주는 방법
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