Disk Structure

  • 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
    • Sector 0은 최외각 실린더의 첫 트랙에 있는 첫 번째 섹터이다

Disk Scheduling

  • 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
  • Disk Scheduling
    • seek time을 최소화하는 것이 목표
    • Seek time := seek distance
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Disk Management

  • physical formatting (Low-level formatting)
    • 디스크를 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 disk)
  • 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

Disk Scheduling Algorithm

  • 큐에 다음과 같은 실린더 위치의 요청이 존재하는 경우 디스크 헤드 53번에서 시작한 각 알고리즘의 수행 결과는? (실린더 위치는 0-199)

    • 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67

  • FCFS

  • SSTF

  • SCAN

  • C-SCAN

  • N-SCAN

  • LOOK

  • C-LOOK

FCFS (First Come First Service)

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SSTF (Shortest Seek Time First)

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SCAN

  • disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다
  • 다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동한다
  • 문제점: 실린더 위치에 따라 대기시간이 다르다 (중앙에 위치한 것이 2배 더 많이 실행된다)
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C-SCAN

  • 헤드가 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
  • 다른쪽 긑에 도달했으면 요청을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동
  • SCAN보다 균일한 대기 시간을 제공한다
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Other Algorithms

  • 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 방향에 더 이상 기다리는 요청이 없으면 헤드의 이동방향을 즉시 반대로 이동한다

C-LOOK

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Disk-Scheduling Algorithm의 결정

  • SCAN, C-SCAN 및 그 응용 알고리즘은 LOOK, C-LOOK 등이 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
    • 파일 시스템 내부에 둘 수도 있으나 별도 patition 사용이 일반적
      • 공간 효율성보다는 속도 효율성이 우선
      • 일반 파일보다 휠씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
      • 따라서, block의 크기 및 저장 방식이 일반 파일시스템과 다름
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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(reliability) 향상
      • 동일 정보를 여러 디스크에 중복 저장
      • 하나의 디스크가 고장시 다른 디스크에서 읽어옴 (Mirroring, shadowing)
      • 단순히 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다
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