Disk Structure

• logical block
  • 디스크의 외부에서 보는 디스크의 단위 정보 저장 공간들 주소를 가진 1차원 배열처럼 취급
  • 정보를 전송하는 최소 단위
• Sector
  • Logical block이 물리적인 디스크에 매핑된 위치
  • Sector 0은 최외각 실린더의 첫 트랙에 있는 첫 번째 섹터이다.

Disk Scheduling

Access time의 구성
Seek time : 장치 arm이 헤드(head)를 움직이는데, 특정 실린더(cylinder)의 특정 섹터(sector)로 움직이는 데 걸리는 시간
Seek time = seek distance
Rotational latency : 헤드가 원하는 섹터에 도달하기까지 걸리는 회전지연시간
Transfer time : 실제 데이터의 전송 시간
Disk bandwidth : 단위 시간 당 전송된 바이트의 수
Disk Scheduling : seek time을 최소화하고, 데이터 전송의 대역폭(bandwidth)을 최대화하는 것이 목표

Disk Management

physical formatting (Low-level foramtting)
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 controller가 직접 접근 및 운영
Partitioning
디스크를 하나 이상의 실린더 그룹으로 나누는 과정
OS는 이것을 독립적 disk로 취급 (logical disk)
Locgical formatting
파일시스템을 만드는 것
FAT, inode, free space 등의 구조 포함
Booting
ROM에 있는 “small bootstrap loader”의 실행
sector 0 (boot block)을 load하여 실행
sector 0은 “full Bootstrap loader program”
OS를 디스크에서 load하여 실행

Disk Scheduling Algorithm

큐에 다음과 같은 실린더 위치의 요청이 존재하는 경우 디스크 헤드 53번에서 시작한 각 알고리즘의 수행 결과는? (실린더 위치는 0-199)
다시 말해, 큐에 읽는 순서가 있다면, 실린더를 찾기 위해 헤드를 몇번이나 움직이는가?
큐(queue) : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67

FCFS (First Come First Service)

큐(queue) : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
헤드의 총 이동은 640 실린더이다.
(98-53)+(183-98)+(183-37)+(122-37)+(122-14)+(124-14)+(124-65)+(67-65) = 640

SCAN

disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다.
다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동한다.
Cons
실린더 위치에 따라 대기 시간이 다르다.

헤드가 만약 0으로 움직인다면, 그림은 위와 같다.
큐(queue) : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
헤드의 총 이동은 236 실린더이다.
(53-37)+(37-14)+(14-0)+(65-0)+(67-65)+(98-67)+(122-98)+(124-122)+(183-124) = 236

C-SCAN (Circular-SCAN)

헤드가 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다.
다른쪽 끝에 도달했으면 요청(서비스)을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동한다.
SCAN보다 균일한 대기 시간을 제공한다.

큐(queue) : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
헤드의 총 이동은 183 실린더이다. (끝은 199이다.)
(65-53)+(67-65)+(98-67)+(122-98)+(124-122)+(183-124)+(199-183)+(14-0)+(37-14) = 183

Other Algorithms

N-SCAN
SCAN의 변형 알고리즘
일단 arm이 한 방향으로 움직이기 시작하면 그 시점 이후에 도착한 job은 되돌아올 때 service
LOOK and C-LOOK
SCAN이나 C-SCAN은 헤드가 디스크 끝에서 끝으로 이동
LOOK과 C-LOOK은 헤드가 진행 중이다가 그 방향에 더 이상 기다리는 요청이 없으면 헤드의 이동방향을 즉시 반대로 이동한다.

Disk-Scheduling Algorithm의 결정

SCAN, C-SCAN 및 그 응용 알고리즘은 LOOK, C-LOOK 등이 일반적으로 디스크 입출력이 많은 시스템에서 효율적인 것으로 알려져 있음
File의 할당 방법에 따라 디스크 요청이 영향을 받음
디스크 스케줄링 알고리즘은 필요할 경우 다른 알고리즘으로 쉽게 교체할 수 있도록 OS와 별도의 모듈로 작성되는 것이 바람직하다.

Swap-Space Management

Disk를 사용하는 이유
memory의 volatile한 특성 -> file system
프로그램 실행을 위한 memory 공간 부족 -> swap space (swap area)
Swap-space
Virtual memory system에서는 디스크를 memory의 연장 공간으로 사용
파일시스템 내부에 둘 수도 있으나 별도 partition 사용이 일반적
공간효율성보다는 속도 효율성이 우선
일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
따라서, block의 크기 및 저장 방식이 일반 파일시스템과 다름
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Boot Block

컴퓨터를 실행하기 위한 것으로, 전원을 키면 실행할 초기 프로그램을 반드시 가진다.
bootstrap loader는 NVM 플래시 메모리에 저장되고, 잘 알려진 메모리 위치에 매팽된다.
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RAID

RAID (Redundant Array of Independent Disks)
여러 개의 디스크를 묶어서 사용한다.
RAID의 사용 목적
디스크 처리 속도 향상을 위해서다.
여러 디스크에 블록의 내용을 분산 저장하는데,
병렬적(parallel)으로 읽어 온다.(interleaving(중간에 끼워넣는), striping)
bit level striping : 각 바이트의 비트를 분할한다.
block level striping : 드라이버 수에 대한 일반화
신뢰성 (reliability) 향상을 위해서다.
동일 정보를 여러 디스크에 중복 저장
하나의 디스크가 고장(failure)시 다른 디스크에서 읽어옴 (Mirroring, shadowing)
단순한 중복(redundancy) 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다.
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RAID level : 비용과 성능의 trade-off 에 따른 스키마들을 분류
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