입출력 시스템

Single Ko·2023년 5월 11일
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Disk Scheduling

하드디스크

✨ Access time

  • seek time : 헤드를 해당 실린더로 움직이는데 걸리는 시간(제일 많은 시간을 차지)
  • rotational latency : 헤드가 원하는 섹터에 도달하기까지 걸리는 회전지연시간
  • transfer time : 실제 데이터의 전송 시간✨ Disk bandwidth(대역폭) - 단위 시간 당 전송된 바이트 수
    ✨ Disk scheduling - seek time을 최소화하는 것이 목표

Disk Structure

✨ logicla block

  • 디스크의 외부에서 보는 디스크의 단위 정보 저장 공간들

  • 주소를 가진 1차원 배열처럼 취급

  • 정보를 전송하는 최소 단위

    ✨ Sector

    • Logical blcok이 물리적인 디스크에 매핑된 위치
    • Sector 0은 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫번째 섹터이다.

Disk Management

✨ Physical formatting(Low-level formatting)

  • 디스크를 컨트롤러가 읽고 쓸 수 있도록 섹터들로 나누는 과정
  • 각 섹터는 header + 실제 data(512bytes..) + trailer 로 구성
  • header와 trailer는 sector number, ECC(Error-Correcting code)등의 정보가 저장. Controller가 직접 접근 및 운영

✨ Partitioning

  • 디스크를 하나 이상의 실린더 그룹으로 나누는 과정
  • OS는 이것을 하나의 독립적 disk로 취급 (Logical disk)

✨ Logical formatting

  • 파일시스템을 만드는 것
  • FAT, inode, free space 등의 구조 포함

✨ Booting

  • Rom에 있는 "small bootstrap loader" 실행
  • sector 0 을 load하여 실행
  • sector 0은 "full bootstrap loader program"
  • OS를 디스크에 load하여 실행

Disk 스케줄링 알고리즘

FCFS

  • 먼저 들어온 순서대로. 선착순!!

SSTRF(Shortest Seek Time First)

  • 현재 위치로부터 seektime이 가장 짧은시간(제일 적게 움직이는 상황)
  • starvation문제!! -> 먼 seektime을 가진 곳은 절대 가지 않을 수 있음

SCAN

  • 가장 획기적인 알고리즘이었고, 현재는 이 SCAN알고리즘을 기반으로 개선되어 사용.

  • disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다

  • 다른 한쪽 끝에 도달하면 역방햐으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동한다

  • 실린더 위치에 따라 대기 시간이 다른 문제점이 있다.

    	 --------------->
	 <--------------
	 --------------->
	 <--------------

C-SCAN

  • 헤드가 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리

  • 다른쪽 끝에 도달했으면 요청을 처리하지 않고 곳바로 출발점으로 다시 이동

  • SCAN 보다 균일한 대기시간을 제공한다.

    	--------------->
	--------------->
	--------------->
	--------------->

N-SCAN

  • SCAN의 변형 알고리즘
  • 일단 arm이 한 방향으로 움직이기 시작하면 그 시점 이후에 도착한 job은 되돌아 올때 처리

LOOK and C-LOOK

  • LOOK은 SCAN의 변형, C-LOOK은 C-SCAN의 변형.
  • 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.

Disk-Scheduling Algorithml의 결정

SCAN, C-SCAN 및 그 응용 알고리즘인 LOOK, C-LOOK등이 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 volatile(휘발성) 특성 -> file system ( 영구적인 내용 유지)
  • 프로그램의 실행을 위한 memory 공간 부족 -> swap sapce (swap area)

✨ Swap-sapce

  • Virtual memory system에서는 디스크를 memory의 연장 공간으로 사용
  • 파일시스템 내부에 둘 수 도 있으나 별도 partition 사용이 일반적
    • 공간 효율성보다는 속도 효율성이 우선
    • 일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
    • block의 크기 및 저장 방식이 일반 파일시스템과 다름

RAID(Redundant Array of Independent Disks)

  • 여러개의 디스크를 묶어서 사용

    RAID의 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 고장(faiure)시 다른 디스크에서 읽어옴(Mirroring, shadowing)
    • 단순한 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다.
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