23. Disk Management & Scheduling 1, 2

이화여자대학교 반효경 교수님의 운영체제 강의 27강과 28강을 듣고 정리한 내용이다.

 

✏️ 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 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫 번째 섹터

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✏️ Disk Management

✔️ Physical formatting (Low-level formatting)

•  디스크를 컨트롤러가 일곡 쓸 수 있도록 섹터들로 나누는 과정
• 각 섹터는 header + 실제 data(보통 512 bytes)+ trailer 로 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 디스크로 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

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✏️ 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 Scheduling Algorithm

📌 디스크 스케쥴링이 주로 발생하는 곳은 디스크 내부가 아니다.

• FCFS (First Come First Service) - 가장 간단한 형태의 스케줄링, 먼저 도착한 요청을 우선적으로 서비스. 비효율적

FCFS

• SSTF - 현재 헤드 위치에서 제일 가까운 요청을 먼저 처리. 평균 응답 시간은 FCFS보다 짧으나, 기아현상(starvation)이 발생할 수 있음

SSTF

• SCAN 
  • disk arm이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리함
  • 다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동
  • 문제점: 실린더 위치에 따라 대기 시간이 다름

SCAN

• C-SCAN
  • 헤드가 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
  • 다른쪽 끝에 도달했으면 요청을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동(SCAN과 다른 점)
  • 이동거리는 조금 더 길어질 수 있음
  • SCAN보다 균일한 대기 시간을 제공

C-SCAN

• 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 이동

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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
• 파일의 할당 방법에 따라 디스크 요청이 영향을 받음
• 디스크 스케쥴링 알고리즘은 필요할 경우 다른 알고리즘으로 쉽게 교체할 수 있도록 OS와 별도의 모듈로 작성되는 것이 바람직함

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✏️ Swap-Space Management

✔️ Disk를 사용하는 두 가지 이유

• memory의 volatile한 특성  → file system
• 프로그램 실행을 위한 메모리 공간 부족 → swap space (swap area)

✔️ Swap-space

• vitrual memory system에서는 디스크를 메모리의 연장 공간으로 사용
  • 공간효율성보다는 속도 효율성이 우선
  • 일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
  • 따라서, 블록의 크기 및 저장 방식이 일반 파일시스템과 다름파일 시스템 내부에 둘 수도 있으나 별도 파티션 사용이 일반적

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✏️ RAID (Redundant Array of Independent Disks)

여러개의 디스크를 묶어서 사용하는 것

 

✔️ 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 고장(failure) 시 다른 디스크에서 읽어 옴(Mirroring, shadowing)
  • 단순한 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있음