<학습목표>
- 하드 디스크 구조와 작동 원리를 이해한다.
- 플래시 메모리 구조와 작동 원리를 이해한다.
- RAID의 의미와 다양한 RAID 레벨을 학습한다.
🎇 다양한 보조기억장치
🔗 하드 디스크 (HHD: Hard Disk Drive)
자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치이다. 때문에 하드 디스트를 자기 디스크(magnetic disk)의 일종으로 지칭하기도 한다.
⚪ 하드 디스크의 구조
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플래터 (platter): 하드 디스크에서 실질적으로 데이터가 저장되는 곳- 플래터는 자기물질로 덮여 있어 수많은 N극과 S극을 저장함
- 플래터는
트랙과섹터라는 단위로 데이터를 저장함트랙 (track): 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그 중 하나의 원섹터 (sector): 여러 조각으로 나눈 트랙 조각 중 하나
- 하나 이상의 섹터를 묶어
블록(block)이라고 함 실린더 (cylinder): 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치 한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
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스핀들 (spindle): 플래터를 회전시키는 구정 요소- 스핀들이 플래터를 돌리는 속도를 RPM(분당 회전수)로 표현함
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헤드 (head): 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소 -
디스크 암 (disk arm): 헤드를 원하는 위치로 이동시킴
◼ 연속된 정보는 보통 한 실린더에 기록된다.
➡ 연속된 정보를 하나의 실린더에 기록하는 이유는 디스크 암을 움직이지 않고 바로 데이터에 접근할 수 있기 때문이다.
⚪ 하드 디스크에 저장된 데이터에 접근하는 과정
➡ 하드디스크에 저장된 데이터에 접근하는 시간은 크게 탐색시간, 회전 지연, 전송시간으로 나뉨
| 탐색시간 (seek time) | 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간 |
| 회전지연 (rotational latency) | 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간 |
| 전송시간(transfer time) | 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간 |
➡ 위 시간들은 성능에 큰 영향을 끼침
➡ 탐색 시간과 회전 지연을 단축시키기 위해서 플래터를 빨리 돌려 RPM을 높이는 것도 중요하지만, 접근하려는 데이터가 플래터 혹은 헤드를 조금만 옮겨도 접근할 수 있는 곳에 위치해 있는 것도 중요함
◼ 다중 헤드 디스크와 고정 헤드 디스크
| 단일 헤드 디스크 | 플래터의 한 면당 헤드가 하나씩 달려 있는 하드 디스크. 헤드를 데이터가 있는 곳까지 움직여야 하므로 이동 헤드 디스크라고 함 |
| 다중 헤드 디스크 | 헤드가 트랙별로 여러 개 달려 있는 하드 디스크. 헤드를 움직일 필요가 없으므로 탐색시간이 0. 이를 고정 헤드 디스크라고 함 |
🔗 플래시 메모리 (Flash Memory)
전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치
➡ NAND 플래시 메모리와 NOR 플래시 메모리로 두 종류의 플래시 메모리가 있음
셀 (cell): 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위셀이 모여 MB,GB,TB 용량을 갖는 저장 장치가 됨- 하나의 셀에 몇 비트를 저장할 수 있느냐에 따라 플래시 메모리의 종류가 나뉨
◼ SLC(Single Level Cell)
하나의 셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
장점: MLC나 DLC에 비해 빠른 입출력이 가능. 수명도 MLC와 TLC보다 길어서 보다 많은 데이터를 쓰고 지우기가 가능단점: 용량 대비 가격이 높음
◼ DLC(Double Level Cell)
하나의 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
장점: SLC보다 대용화하기 유리함. SLC보다 용량 대비 가격이 저렴단점: SLC보다 수명이 짧고 속도가 느림
➡ 시중에서 많이 사용되는 플래시 메모리 타임
◼ TLC(Triple Level Cell)
하나의 셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
장점: SLC나 MLC보다 수명과 속도가 떨어짐단점: 대용량화하기 유리함. 용량 대비 가격이 저렴
➡ 이는 플래시 메모리의 수명, 속도, 가격에 큰 영향을 끼침
➡ 플래시 메모리의 수명 : 한 셀에 일정 횟수 이상 데이터를 쓰고 지우면 그 셀은 더 이상 데이터를 저장할 수 없음
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페이지 (page): 셀들이 모여 만들어진 단위 -
블록 (block): 페이지가 모여 만든 단위 -
플레인 (plane): 블록이 모여 만든 단위 -
다이 (die): 플레인이 모여 만든 단위
⚪ 플래시 메모리에서읽기와쓰기는페이지 단위로 이뤄짐
⚪삭제는블록 단위로 이뤄짐 -
페이지는 세 개의 상태를 가짐Free 상태: 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태Valid 상태: 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태Invalid 상태: 쓰레기값이라고 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
➡ 플래시 메모리는 하드 디스크와는 달리 덮어쓰기가 불가능하여 Valid 상태의 플래시 메모리에는 새 데이터를 저장할 수 없음
만약 아래의 플래시 메모리에 저장된 A데이터를 A'으로 수정하려면?
➡ 덮어쓰기가 불가능하기 때문에 기존의 A데이터는 Invalid 상태로 바껴 유효하지 않은 값이 되고, 새로운 데이터 A'이 저장됨
➡ 여기서 A는 불필요한 값인데 용량을 차지하고 있음. 플래시 메모리의 삭제 단위는 블록이므로 A데이터만 삭제할 수도 없음
⭐ 플래시 메모리는 이 문제를 해결하기 위해 가비지 컬렉션기능을 제공함
➡ 유효한 페이지들만 새로운 블록으로 옮긴 뒤, 기존의 블록은 삭제하는 기능
🎇 RAID의 정의와 종류
🔗 RAID(Redundant Array of Independent Disks)란
주로 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술로, 데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술
🔗 RAID의 종류
➡ RAID 레벨 : RAID를 구성하는 방법
- 대표적으로 RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6이 있고, 그로부터 파생된 RAID 10, RAID 50등이 있다.
⚪ RIAD 0
여러 개의 보조기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
장점: 저장된 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빨라짐단점: 저장된 정보가 안전하지 않음. 하나의 하드디스크에라도 문제가 생긴다면 다른 모든 하드 디스크의 정보를 읽는 데 문제가 생길 수 있음
➡ 스트라입(stripe) : 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터
➡ 스트라이핑(striping) : 분산하여 저장하는 것
⚪ RAID 1
복사본을 만드는 방식. 거울처럼 완전한 복사본을 만드는 구성이기에
미러링(mirroring)이라고도 함
장점: 복구가 매우 간단함담점: 하드 디스크의 개수가 한정되어 있을 때 사용 가능한 용량이 줄어듦. 똑같은 내용을 두 개의 하드디스크에 저장해야하므로 RAID 0 보다 쓰기 속도가 느림.
➡ 많은 양의 하드 디스크가 필요하고 비용이 증가함
⚪ RAID 4
RAID 1처럼 복사본을 만드는 대신 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보를 저장한 장치를 두는 구성 방식
➡ 패리티 비트 (parity bit) : 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보
➡ 새로운 데이터가 저장될 때마다 패리티를 저장하는 디스크에도 데이터를 쓰게 되기 때문에 패리티를 저장하는 장치에 병목현상이 발생함
⚪ RAID 5
RAID 4에서 발생하는 병목 현상을 해소하기 위해 패리티 정보를 분산하여 저장하는 방법
⚪ RAID 6
기본적인 구성으로 RAID 5와 같으나 서로 다른 두 개의 패리티를 두는 방식
➡ 오류를 검출하고 복구할 수 있는 수단이 두 개인 것
➡ 저장 속도를 조금 희생하더라도 데이터를 더 안전하게 보관하고 싶을 때 사용함
