Disk Management and Scheduling
본 글은 다음 강의를 들으며 정리한 내용입니다.
강의 정보 : 운영체제 / 이화여대 반효경
강의 링크
1. Disk Structure
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Logical block
- 디스크의 외부에서 보는 디스크의 단위 정보 저장 공간들
- 주소를 가진 1차원 배열처럼 취급
- 정보를 전송하는 최소 단위
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Sector
- 디스크를 관리하는 최소 단위
- Logical block이 물리적인 디스크에 매핑된 위치
- Sector 0은 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫 번째 sector이다.
Logical block과 Sector는 서로 mapping되어 있다.
2. Disk Management
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Physical formatting (Low-level formatting)
- 디스크를 컨트롤러가 읽고 쓸 수 있도록 섹터들로 나누는 과정
- 각 섹터는
header+실제 data(보통 512 bytes) +trailer로 구성 - header와 trailer는
sector number,ECC(Error-Correcting Code)등의 정보가 저장되며 컨트롤러가 직접 접근 및 운영
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Partitioning
- 디스크를 하나 이상의 실린더 그룹으로 나누는 과정
- OS는 이것을
독립적 disk로 취급 (logical disk)
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Logical formatting
- 파일시스템을 만드는 것
- FAT, inode, free space 등의 구조 포함
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Booting
- ROM에 있는
small bootstrap loader의 실행 - Sector 0 (boot block)을 load하여 실행
- Sector 0은
full bootstrap loader program - OS를 디스크에서 load하여 실행
- ROM에 있는
3. Disk Scheduling
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Access time의 구성
- Seek time : 헤드를 해당 실린더로 움직이는데 걸리는 시간
- Rotational latency : 헤드가 원하는 섹터에 도달하기까지 걸리는 회전지연시간
- Transfer time : 실제 데이터의 전송 시간
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Disk bandwidth
- 단위 시간 당 전송된 바이트의 수
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Disk scheduling
- Seek time을 최소화하는 것이 목표
- Seek time ≒ Seek distance
4. Disk Scheduling Algorithm
큐에 다음과 같이 실린더 위치의 요청이 존재하는 경우 디스크 헤드 53번에서 시작한 각 알고리즘의 수행 결과는? (실린더 위치는 0 ~ 199)
Queue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
Head starts at 534-1. FCFS (First Come First Service)
- 총 head의 이동 : 640 cylinders
4-2. SSTF (Shortest Seek Time First)
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문제점 : starvation
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총 head의 이동 : 236 cylinders
4-3. SCAN
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엘리베이터 스케줄링이라고도 불림
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Disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
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다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동
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문제점 : 실린더 위치에 따라 대기 시간이 다름
- 총 head의 이동 : 208 cylinders
4-4. C-SCAN
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헤드가 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
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다른쪽 끝에 도달했으면 요청을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동
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SCAN보다 균일한 대기 시간을 제공
4-5. Other Algorithms
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N-SCAN
- SCAN의 변형 알고리즘
- 일단 arm이 한 방향으로 움직이기 시작하면 그 시점 이후에 도착한 job은 되돌아올 때 service
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LOOK and C-LOOK
- SCAN이나 C-SCAN은 헤드가 디스크 끝에서 끝으로 이동
- LOOK과 C-LOOK은 헤드가 진행 중이다가 그 방향에서 더 이상 기다리는 요청이 없으면 헤드의 이동방향을 즉시 반대로 이동
4-6. Disk Scheduling Algorithm의 결정
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SCAN, C-SCAN 및 그 응용 알고리즘은 LOOK, C-LOOK 등이 일반적으로 디스크 입출력이 많은 시스템에서 효율적인 것으로 알려져 있다.
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File의 할당 방법에 따라 디스크 요청이 영향을 받는다.
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디스크 스케줄링 알고리즘은 필요할 경우 다른 알고리즘으로 쉽게 교체할 수 있도록 OS와 별도의 모듈로 작성되는 것이 바람직하다.
5. Swap Space Management
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Disk를 사용하는 두 가지 이유
- Memory의 volatile(휘발성)한 특성 ➔ file system
- 프로그램 실행을 위한 memory 공간 부족 ➔ swap space (swap area)
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Swap space
- Virtual memory system에서는 디스크를 memory의 연장 공간으로 사용
- 파일시스템 내부에 둘 수도 있으나 별도 partition 사용이 일반적
- 공간 효율성보다는 속도 효율성이 우선
- 일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
- 따라서, block의 크기 및 저장 방식이 일반 파일시스템과 다름
6. RAID
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RAID (Redundant Array of Independent Disks)
- 여러 개의 디스크를 묶어서 사용
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RAID의 사용 목적
- 디스크 처리 속도 향상
- 여러 디스크에 block의 내용을 분산 저장
- 병렬적으로 읽어옴 (interleaving, striping)
- 신뢰성(reliability) 향상
- 동일 정보를 여러 디스크에 중복 저장
- 하나의 디스크가 고장(failure) 시 다른 디스크에서 읽어옴 (mirroring, shadowing)
- 단순한 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다.
- 디스크 처리 속도 향상
