9장 디스크 관리 - 운영체제와 정보기술의 원리

디스크(2차 기억장치, 외부 기억장치, 보조기억장치) 또한 스케쥴링이 필요하다고 합니다.
CPU는 시분할 시스템이기 때문에 현재 어떤 프로세스(혹은 커널)이 CPU 수행권한을 획득하기 위해서 스케줄링이 필요했고
메모리는 공간을 효율적으로 사용하기 위해서 실행에 꼭 필요한 프로세스가 정해진 구간만을 나눠갖았습니다.
디스크는 상대적으로 용량이 크기 때문에 공간을 분할할 필요는 없지만 빨리 데이터를 불러오기 위한 전략이 필요합니다. 이를 디스크 스케줄링이라고 합니다.

디스크의 구조

디스크 = 여러개의 원판
원판 = 여러개의 트랙
트랙 = 여러개의 섹터
실린더 = 서로 다른 원판들에서 같은 위치에 있는 트랙들의 모임

• 논리 블록(Logical Block): 디스크 외부에서 디스크를 불러들이는 단위(1차원 배열처럼 취급)
  논리 블록은 섹터와 1:1 대응된다.
  섹터 0 : 최외곽 실린더의 첫번째 트렉의 첫 섹터

디스크 스케줄링

• 접근시간(Access Time) = 탐색시간 + 회전지연시간 + 전송시간

• 탐색시간(Seek Time)
  헤드가 데이터가 있는 실린더의 위치까지 도달하는 시간

• 회전지연시간(Rotational Latency)
  헤드가 실린더의 있는 정확한 섹터의 도달하기 위해서 원판이 회전하는 시간

• 전송시간(Transfer Time)
  데이터를 읽고 쓰는 데 사용되는 실제 시간

• 접근시간을 최소화 해야되는데 회전지연시간과 전송시간은 걸리는 시간이 미미한데다가 운영체제가 통제하기도 힘듬 => 탐색시간을 줄이자 => 디스크 헤드의 이동시간을 줄이자

디스크 스케줄링 방식

1 FCFS(First Come First Served) 스케줄링

• 택배를 배달하는데 주소별로 그룹화 하지 않고 먼저 들어온 순서대로 방문하는 방식 -> 매우 비효율
• 위그림에서 움직인 거리 = 644

2. SSTF(Shortest Seek Time First) 스케줄링

• 요청 순서를 파악해서 현재 헤드에서 제일 가까운 위치부터 방문하는 방식
• 단점: 기아현상(Starvation) 발생 = 제일 멀리 있는곳은 영원히 방문 안할 수도 있음
• 위그림에서 움직인 거리 = 236

3. Scan 알고리즘

• 버스 운행처럼 좌우 끝을 왔다갔다 하면서 만나는 헤드가 만나는 섹터를 처리하는 방식
• 단점: 양끝에 위치하는 경우 가운데 위치하는 것보다 평균 접촉 횟수가 절반이다.

4. C-Scan(Circular-Scan) 알고리즘

• Scan 알고리즘의 단점을 보완 -> 한쪽으로 갈때는 만나면서 다 처리하지만 반대쪽으로 갈때는 하나도 처리하지 않음
• 장점: 양끝이나 가운데나 평균 처리 횟수가 같음
• 단점: 반대쪽으로 갈때 하나도 처리하지 않기때문에 Scan 알고리즘에 비해 조금의 시간 소모가 발생함

5. Look, C-Look 알고리즘

• Look 알고리즘은 Scan 알고리즘의 보완
  가던 방향에서 더이상 처리 해야할 요청이 없으면 방향을 바꾸는 알고리즘
• C-Look은 C-scan과 Look을 합친 알고리즘

다중 디스크 환경에서의 스케줄링

• 서버와 같이 신뢰성이 중요한 곳에서는 여러개의 디스크를 써서 데이터를 중복 저장함(백업)
• 같은 데이터를 갖고 있는 여러개의 디스크 중에서 어떤 디스크에서 접근할것인지 스케줄링할 필요가 있음
  • 탐색시간이 목표
    헤드로부터 데이터까지의 거리가 제일 가까운 디스크를 찾아서 시간을 줄임
  • 부하균형(Load Balancing)이 목표
    여러 디스크를 골고루 사용해서 일부 디스크가 과부하 상태에 걸리지 않도록 분배
  • 전력소모가 목표
    여러개의 디스크를 동시에 돌리는 것은 전력의 큰 소모가 발생하므로 적당한 선을 정해서 최소한의 디스크만 돌리고 나머지는 비활성화 상태에 둠

디스크의 저전력 관리

디스크의 상태

1. 활동(Active): 헤드가 데이터를 읽거나 쓰고 있는 상태
2. 공회전(Idle): 디스크가 회전중 but 읽거나 쓰지는 않는 상태
3. 준비(Standby): 디스크 회전 X, 인터페이스 활성화
4. 휴면(Sleep): 디스크 회전 X, 인터페이스 비활성화

• 비활성화(준비 + 휴면) 상태에서 활성화(활동 + 공회전) 상태로 가는데 시간과 전력이 많이 소요돼서 비활성화 상태로 자주 보낸다고 전력이 많이 아껴지는게 아님
  그래서 비활성화로 보내는 여러가지 방법이 연구됨