[혼공학습단 9기] 혼공컴운 3주차 챕터7 : 보조기억장치

❗다양한 보조기억장치

🧨하드 디스크

• 자기적인 방식으로 데이터 저장 -> 자기 디스크의 일종으로 지칭하기도 함.

하드 디스크의 구성

• 플래터
  하드 디스크에서 실질적으로 데이터가 저장되는 곳
  자기 물질로 덮여 있어 수많은 N극, S극을 저장한다.
  여러 겹으로 이루어져 있고 양면을 모두 사용 가능하다.

• 스핀들
  플래터를 회전시키는 구성 요소
  돌리는 속도는 분당 회전수 나타내는 RPM으로 표현된다.
  

• 헤드
  플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
  원하는 위치로 헤드를 이동시키는 디스크 암에 부착되어 있다.

하드 디스크의 저장 단위

• 트랙과 섹터 단위로 데이터를 저장한다.
  

• 트랙
  플래터를 여러 동심원으로 나눴을 때 그 중 하나의 원
  

• 섹터
  트랙을 여러 조각으로 나눴을 때 한 조각
  하나 이상의 섹터를 묶어 블록이라고 표현하기도 한다.

• 실린더
  여러 겹의 실린더 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
  연속된 정보는 보통 한 실린더에 기록된다.
  → 디스크 암을 움직이지 않고 바로 데이터 접근이 가능하기 때문
  

하드 디스크의 데이터 접근 과정

• 탐색 시간
  접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
  

• 회전 지연
  헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
  

• 전송 시간
  하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
  

📣플래시 메모리

• 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치
• SSD, USB, SD카드 등이 모두 플래시 메모리 기반이다.
• 셀 : 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
  

SLC

• 한 셀로 두 개의 정보 표현
• 비트의 빠른 입출력
• 긴 수명
• 용량 대비 높은 가격

MLC

• 한 셀로 네 개의 정보 표현
• SLC 보다 느린 입출력
• SLC 보다 짧은 수명
• SLC 보다 저렴
• 시중에서 많이 사용됨

TLC

• 한 셀로 여덟 개의 정보 표현
• MLC 보다 느린 입출력
• MLC 보다 짧은 수명
• MLC보다 저렵
• 시중에서 많이 사용됨
  

플래시 메모리의 저장 단위

• 읽기, 쓰기 단위와 삭제 단위가 다르다.
• 읽기, 쓰기는 페이지 단위로 이루어진다.
• 삭제는 블록 단위로 이루어진다.
• 하드 디스크와 달리 덮어쓰기 불가능
  
• 페이지는 세 개의 상태를 가질 수 있다.
  1. Free 상태
     어떠한 데이터도 없어 새로운 데이터 저장 가능한 상태
  2. Valid 상태
     이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
  3. Invalid 상태
     유효하지 않은 데이터(쓰레기 값)를 저장하고 있는 상태

• 동작 예시
  데이터 C 저장
  

  B, C는 그대로 두고 A를 A'로 수정하려면?
  A를 Invalid로 만들고 새로운 데이터 A'를 저장한다.

  • 가비지 컬렉션
    유효한 페이지만을 새로운 블록으로 복사
    기존의 블록 삭제
    

🚀RAID의 정의와 종류

🏹RAID 정의

• 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술
• 데이터의 안정성, 높은 성능을 위해 여러 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술

🔔RAID 종류

RAID 레벨

• RAID를 구성하는 기술
• RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6
• 그로부터 파생된 RAID 10, RAID 50 등이 있다.

RAID 0

• 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
• 번갈아 가며 데이터를 저장한다.
• 저장되는 데이터가 하드 디스크 개수만큼 나뉘어 저장
  
• 스트라입 : 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터
• 스트라이핑 : 분산하여 저장하는 것

• 장점
  입출력 속도의 향상
  -> 데이터를 동시에 읽고 쓸 수 있기 때문이다.

• 단점
  저장된 정보가 안전하지 않다.
  하드 디스크 중 하나에 문제가 생기면 다른 하드 디스크의 정보를 읽는 데 문제가 생길 수 있다.

RAID 1

• 미러링 : 복사본을 만드는 방식
• 데이터를 쓸 때 원본과 복사본 두 군데에 쓴다.(느린 쓰기 속도)
  

• 장점
  복구가 매우 간단하다.

• 단점
  하드 디스크 개수가 한정되었을 때 사용 가능한 용량이 적어진다.
  복사본이 만들어지는 용량만큼 사용자가 사용할 수 없다. → 많은 양의 하드 디스크가 필요하다 → 비용 증가

RAID 4

• 완전한 복사본을 만드는 대신 오류를 검출, 복구하기 위한 정보를 저장
  
• 패리티 비트 : 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보

• 장점
  RAID 1 보다 적은 하드 디스크로도 데이터 안전하게 보관 가능

• 단점
  패리티 디스크의 병목 현상 발생
  패리티 비트를 저장하는 디스크가 바빠진다.
  

RAID 5

• 패리티 정보를 분산하여 저장하는 방식
  

RAID 6

• 두 종류의 패리티 사용하는 방식
  
• 안전한 구성
• 쓰기 속도는 느리다.

• 어떤 상황에서 무엇을 최우선으로 원하는지에 따라 최적의 레벨은 달라질 수 있다.
  그렇기에 각 레벨의 구성, 특징을 아는 것이 중요하다.