[운영체제](반효경) 11강. Disk Management And Scheduling

Disk의 구조

• 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 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫번째 섹터이다 → 약속!

Disk Scheduling

• Access time의 구성
  • Seek time (대부분의 시간을 차지함)
    • 헤드를 해당 실린더로 움직이는데 걸리는 시간
  • Rotational latency
    • 헤드가 원하는 섹터에 도달하기까지 걸리는 회전 지연시간
  • Transfer time (작은 시간)
    • 실제 데이터 전송 시간
• Disk bandwidth
  • 단위 시간 당 전송 된 바이트 수
• Disk Scheduling
  • Seek time을 최소화하는 것이 목표
  • Seek time = seek distance

Disk Management

• Physical formatting(low-levlel formatting)
  • 디스크를 컨트롤러가 읽고 쓸 수 있도록 섹터들로 나누는 과정
  • 각 섹터는 header + 실제 data(보통 512bytes) + trailer로 구성
  • header와 trailer는 sector number, ECC(Error-Correcting Code - 데이터를 작게 요약, 나중에 대조해서 오류를 검출하는 역할을 함) 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 loader의 실행
  • sector 0(boot block)을 메모리에 올려 load하여 실행
  • sector 0은 Full Bootstrap Loader Program
  • 해당하는 운영체제(OS) 커널 파일을 디스크에서 load하여 실행

Disk Scheduling Alogrithm

FCFS (First Come First Served)

비효율적임

SSTF (Shorthest Seek Time First)

헤드의 위치에서 가까운 요청 순으로 처리

• Starvation 문제가 발생할 수 있음 → 큐에 계속 가까운 거리가 들어온다면 먼 요청은 계속 처리되지 않을 수 있음

SCAN

엘리베이터 스케쥴링 이라고도 부름

C-SCAN

헤드가 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다. SCAN 대비 이동거리는 좀 더 길어질 수 있지만, 균일한 대기시간을 제공할 수 있다.

 

기타 알고리즘

• 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

Disk Scheduling Alogrithm의 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(연속할당을 했으면, 연속된 실린더 위치에 있어서 이동거리를 줄일 수 있는 등)
• 디스크 스케줄링 알고리즘은 필요할 경우 다른 알고리즘으로 쉽게 교체할 수 있도록 OS와 별도의 모듈로 작성되는 것이 바람직하다.

Swap-Space Management

• Disk를 사용하는 두가지 이유
  • 메모리의 volatile한(휘발성) 특성 → file system
  • 프로그램 실행을 위한 memory 공간 부족 → swap sapce(swap area)
• Swap Area
  • Virtual memory system에서는 디스크를 memory의 연장공간으로 사용
  • 파일 시스템 내부에 둘 수도 있으나 별도 partition 사용이 일반적
    • 공간 효율성 보다는 속도 효율성이 우선
    • 일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
    • 따라서 block의 크기 및 저장방식이 일반 파일시스템과 다름(예를들어, 밑의 그림처럼 일반은 512바이트, 스왑에어리어는 512 킬로바이트)

RAID(Redundant Array of Independent Disks)

여러개의 디스크를 묶어서 사용

• 사용 목적
  1. 디스크 처리 속도 향상
     • 여러 디스크에 block의 내용을 분산 저장
     • 병렬적으로 읽어 옴(interleaving, striping 기법)
  2. 신뢰성(reliability) 향상
     • 동일 정보를 여러 디스크에 중복 저장
     • 하나의 디스크가 고장(failure) 시 다른 디스크에서 읽어옴(Mirroring, shadowing)
     • 단순한 중복저장이 아니라 일부 디스크에 parity(중복저장의 정도를 좀 낮추는 기법)를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있다