Ch.07 보조 기억 장치

7.1 다양한 보조기억장치

하드 디스크

자기장의 원리로 데이터를 저장한다.

여러겹의 플래터와 스핀들로 구성되어 있다.

플래터는 자기 물질로 덮여 있어 0과 1의 역할을 하는 N극과 S극을 저장 한다.

스핀들은 플래터를 회전시킨다.

플래터의 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소는 헤드로, 디스크 암에 부착되어 있다.

플래터는 트랙과 섹터 단위로 데이터를 저장한다. 여러 겹의 플래터 상의 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위를 실린더라고 한다.

하드 디스크의 데이터 접근 과정
하드 디스크가 저장된 데이터에 접근 하는 시간은 탐색 시간, 회전 지연, 전송 시간으로 나뉜다.

탐색 시간(seek time)은 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간을 의미한다.

회전 지연(rotational latency)은 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간을 의미한다.

전송 시간(transfer time)은 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간을 의미한다.

플래시 메모리
전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반 저장 장치이다.

플래시 메모리의 종류에는 NAND 플래시 메모리와 NOR 플래시 메모리가 있지만 주로 NAND 플래시 메모리가 사용된다.

플래시 메모리에는 셀이라는 단위가 있다.

한 셀에 저장할 수 있는 비트에 따라 1비트(SLC), 2비트(MLC), 3비트(TLC), 4비트(QLC)가 있다.

QLC는 주로 사용 되지 않고, 나머지 세개의 차이점은 다음과 같다.

이건 표 하나로 정리할 수 있겠다.

셀보다 더 큰 단위들에 대해 알아보자.

플래시 메모리의 저장단위인 셀들이 모여 페이지, 페이지가 모여 블록, 블록이 모여 플레인, 플레인이 모여 다이가 된다.

플래시 메모리에서 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어 진다. 하지만 삭제는 더 큰 단위인 블록 단위로 이루어진다.

이 때, 페이지는 세 개의 상태를 가질 수 있다. Free, Valid, Invalid 상태이다.

Free 상태는 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태이다.

Valid 상태는 이미 유요한 데이터를 저장하고 있는 상태이다.

Invalid 상태는 쓰레기 값이라 부르는 유요하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태이다.

플래시 메모리에는 덮어 쓰기가 불가능 하기 때문에, 수정하고 싶은 값이 있다면 이를 Invalid 상태로 바꾸고 수정한 값을 남은 페이지에 저장한다. 플래시 메모리는 이러한 Invalid 값들을 정리하는 카비지 컬렉션 기능을 제공한다.

7.2 RAID의 정의와 종류
같은 용량이라면, 작은 단위의 하드 디스크로 RAID를 구성하는 것이 큰 단위의 하드 디스크 를 이용하는 것 보다 성능과 안정성 면에서 더 뛰어나다.

RAID의 정의
RAID(Redundant Array of Independent Disks)는 주로 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술로 데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술을 말한다.

RAID의 종류
RAID의 구성 방법을 RAID 레벨이라 표현하는데 대표적으로 RAID 0 ~ RAID6이 있다.

이중 0, 1, 4, 5, 6에 대해 알아보자

RAID 0은 데이터를 단순히 나누어 저장하는 방식이다.

분산되어 저장된 데이터를 스트라입(stripe, 줄무늬)이라고 하고 이런 방식으로 저장하는 것을 스트라이핑이라고 한다.

입출력 속도를 향상 시킬 수 있지만 저장된 정보가 안전하지 않을 수 있다.

RAID 1은 복사본을 만드는 방식으로 미러링이라고도 부른다. 원본과 복사본을 만들게 되므로 쓰기 속도가 RAID 0보다 느리다.

백업과 복구가 쉽지만 필요한 용량이 증가하는 단점이 있다.

RAID 4는 완전한 복사본을 만드는 대신 패리티 비트를 이용하여 오류를 검출하고 복구 하기 위한 정보를 저장한다.

RAID 1보다 적은 용량을 필요로 하지만, 쓰기 작업에서 패리티 디스크의 병목 현상이 발생한다.

RAID 5는 패리티를 분산하여 저장하는 방식이다.

RAID 6는 두 종류의 패리티를 저장하는 방식이다. RAID5 보다 안전하지만 쓰기 속도는 느리다.

각 RAID의 장단점에 대해 알아두는 것이 중요하다.

확인문제(p.205)
다음 보기에 있는 저장 장치들로 저장 장치 계층 구조 도식도를 채우세요.
보기: 메모리, 보조기억장치, 캐시 메모리, 레지스터

위 부터 1) 레지스터, 2) 캐시메모리, 3) 메모리, 4) 보조저장장치

RAID의 정의와 종류를 간단히 정리해보자
RAID(Redundant Array of Independent Disks)는 다수의 하드 디스크나 SSD를 하나의 저장장치 처럼 사용하는 기술로, 데이터의 안정성이나 성능을 향상 시킬 수 있다.

RAID 0: 데이터를 단순히 병렬로 분산하여 저장한다.
RAID 1: 데이터의 복사본을 만들어 저장한다.
RAID 4: 패리티를 따로 저장하는 방식이다.
RAID 5: 패리티를 분산하여 저장하는 방식이다.
RAID 6: 두 종류의 패리티를 저장하는 방식이다.