디스크 관리와 스케줄링

디스크

디스크 구조

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
• Sectore 0은 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫 번째 섹터이다

디스크 관리

physical formatting (Low-level formatting)

• 디스크 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 formatting

• 파일 시스템을 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

디스크 스케줄링

Access time의 구성

• Seek time

  • 헤드를 해당 실린더로 움직이는데 걸리는 시간

    이것이 접근 시간에 가장 큰 비중을 차지함
    디스크를 효율적으로 사용하기 위해 Seek time을 줄이는 것이 중요함

• 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 최소화하는 것이 목표
• Seek time과 seek distance

디스크 스케줄링 알고리즘

• FCFS(먼저 온것을 순서대로 처리)

  • 

• SSTF(현재 헤드 위치에서 가장 가까운 요청을 먼저 처리)

  • starvation 문제 발생할 수 있음

  • 

• SCAN(디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리함)

  • 실린더 위치에 따라 대기 시간이 달라지게 된다.
  • 

• C-SCAN(끝에 도달한 경우 다시 출발점으로 이동하여 처리한다)

  • SCAN보다 균일한 대기 시간을 제공한다.
  • 

• NSCAN

  • 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-LOOK등이 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 두 가지 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

RAID

RAID(Redundant Array of Independent Disks)

• 여러 개의 디스크를 묶어서 사용

RAID의 사용 목적

• 디스크 처리 속도 향상
  • 여러 디스크에 block의 내용을 분산 저장
  • 병렬적으로 읽어 옴 (interleaving, striping)
• 신뢰성 향상
  • 동일 정보를 여러 디스크에 중복 저장
  • 하나의 디스크가 고장시 다른 디스크에서 읽어옴(Mirroring, shadowing)
  • 단순한 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다.

참고사이트

http://www.kocw.net/home/cview.do?cid=3646706b4347ef09