Disk Management and Scheduling
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 -
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 mapping
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) + trailer
header와 trailer는 sector number, ECC(Error-Correcting Code) 등의 정보가 저장되며 컨트롤러가 직접 접근 및 운영 -
Partitioning
디스크를 하나 이상의 실린더 그룹으로 나누는 과정
OS는 이것을 독립적 disk로 취급 (logical disk) -
Logical formatting
파일시스템을 만드는 것
FAT, inode, free space 등의 구조 포함 -
Booting
ROM에 있는 small bootstrap loader의 실행
Sector 0 (boot block)을 load하여 실행
Sector 0은 full bootstrap loader program
OS를 디스크에서 load하여 실행
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 -
Disk bandwidth : 단위 시간 당 전송된 바이트의 수
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Disk scheduling
Seek time을 최소화하는 것이 목표
Seek time ≒ Seek distance
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 53
FCFS (First Come First Service)
총 head의 이동 : 640 cylinders
SSTF (Shortest Seek Time First)
문제점 : starvation
총 head의 이동 : 236 cylinders
SCAN(엘리베이터 스케줄링)
Disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동
문제점 : 실린더 위치에 따라 대기 시간이 다름
총 head의 이동 : 208 cylinders
C-SCAN
헤드가 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
다른쪽 끝에 도달했으면 요청을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동
SCAN보다 균일한 대기 시간을 제공
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 -
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
Disk Scheduling Algorithm의 결정
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SCAN, C-SCAN 및 그 응용 알고리즘은 LOOK, C-LOOK 등이 일반적으로 디스크 입출력이 많은 시스템에서 효율적.
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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 바람직.
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
RAID (Redundant Array of Independent Disks)
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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 효율성 상승
- 디스크 처리 속도 향상
