Disk structure
logical block
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디스크의 외부에서 보는 디스크의 단위 정보 저장 공간들
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주소를 가진 1차원 배열처럼 취급
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정보를 전송하는 최소 단위
Sector
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Logical block이 물리적인 디스크에 맵핑된 위치
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Sector 0은 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫 번째 섹터이다.
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부팅 영역을 두는 것으로 약속되어 있다.
Disk Management
physical formatting (Low-level formatting)
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디스크를 컨트롤러가 읽고 쓸 수 있도록 섹터들로 나누는 과정
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각 섹터는 header + 실제 data(보통 512 bytes) + trailer로 구성
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header와 tralier는 sector number, ECC (Error-Correcting Code) 등의 정보가 저장되며 컨트롤러가 직접 접근 및 운영
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ECC는 데이터를 해쉬화 하는 등의 방법을 통해 실제 저장 데이터가 불량인지 아닌지 확인할 수 있는 코드이다.
Partitioning
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디스크를 하나 이상의 실린더 그룹으로 나누는 과정
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OS는 이것을 독립적 disk로 취급 (logical)
Logical formatting
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파일 시스템을 만드는 것
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FAT, inode, free space 등의 구조 포함
Booting
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ROM에 있는 “small bootstrap loader”의 실행
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sector 0 (boot block)을 load하여 실행
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sector 0은 “full Bootstrap loader program”
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OS를 디스크에서 load하여 실행
디스크 스케줄링
물리 디스크를 접근하는 것은 메모리를 접근하는 것보다 많은 시간이 걸리는데, 이 시간을 Access time이라고 부른다.
Access time의 구성
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Seek Time
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헤드를 해당 실린더로 움직이는 데 걸리는 시간
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Rotational latency
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헤드가 원하는 섹터에 도달하기 까지 걸리는 회전 지연시간
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Seek time보다는 1/10 정도의 시간이 걸린다.
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Transfer time
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실제 데이터의 전송 시간
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전체 Access time에서 매우 작은 양을 차지한다.
Disk bandwidth
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단위 시간 당 전송된 바이트의 수
Disk Scheduling의 필요성
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seek time을 최소화하는 것이 목표
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Seek time = seek distance
Disk Scheduling Algorithm
큐에 다음과 같은 실린더 위치의 요청이 존재하는 경우, 디스크 헤드 53번에서 시작한 각 알고리즘의 수행 결과는? (실린더 위치는 0 - 199)
99, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
FCFS
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first come first service
SSTF
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shortest seek time first
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현재 헤드 위치에서 가장 가까운 요청부터 처리하는 방식이다.
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starvation 문제가 발생할 수 있다.
SCAN
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실제로 쓰이는 디스크 알고리즘은 SCAN에서 파생한 알고리즘이다.
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disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다.
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다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동한다.
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문제점 : 실린더 위치에 따라 대기시간이 달라진다. (가운데 있는 실린더는 최대 반바퀴만 기다려도 순서가 오지만, 가장자리에 있는 실린더는 최대 한바퀴를 기다려야 한다.
C-SCAN
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scan 방식의 문제점을 해결하기 위한 방식, scan보다 균일한 대기 시간을 제공한다.
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disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다.
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다른쪽 끝에 도달했으면, 요청을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동한다.
N-SCAN
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SCAN의 변형 알고리즘
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일단 arm이 한 방향으로 움직이기 시작하면 그 시점 이후에 도착한 job은 되돌아올 때 service된다.
LOOK, C-LOOK
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SCAN이나 C-SCAN은 헤드가 디스크 끝에서 끝으로 이동한다.
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LOOK과 C-LOOK은 헤드가 진행 중이다가 그 방향에 더이상 기다리는 요청이 없으면 헤드의 이동방향을 즉시 반대로 이동한다.
C-LOOK의 예시, 183 이후의 요청이 없기 때문에 바로 되돌아온다. 14에서도 이하가 없으므로 다시 반전한다.
Swap-Space Management
Disk를 사용하는 두 가지 이유
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memory는 volatile하다(휘발된다) → file system
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프로그램 실행을 위한 memory 공간 부족 → swap sapce (==swap area)
Swap-space
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Virtual memory system에서는 디스크를 memory의 연장 공간으로 사용
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파일시스템 내부에 둘 수도 있으나 별도 partition 사용이 일반적
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공간 효율성보다는 속도 효율성이 우선
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일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
◦
따라서, block의 크기 및 저장 방식이 일반 파일시스템과 다름
RAID
RAID (Redundant Array of Independent Disks)
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여러 개의 디스크를 묶어서 사용
RAID의 사용 목적
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디스크 처리 속도 향상
◦
여러 디스크의 block의 내용을 분산 저장
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병렬적으로 읽어옴 (interleaving, striping)
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신뢰성(reliability) 향상
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동일 정보를 여러 디스크에 중복 저장
◦
하나의 디스크가 고장 시 다른 디스크에서 읽어옴 (mirroring, shadowing)
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단순한 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다.
레퍼런스
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반효경 교수님 Disk Management & Scheduling 1,2
