11. Disk Management and Scheduling

Disk Management

Disk Structure

Logical block

• 디스크의 외부에서 보는 디스크의 단위 정보 저장 공간들
• 주소를 가진 1차원 배열처럼 취급
• 정보를 전송하는 최소 단위

Sector

• Logical block이 물리적 디스크에 매핑된 위치
• Sector 0은 최외곽 실린더의 첫 트랙에 있는 첫 번째 섹터
• 트랙을 구성하는 최소 단위 = 가장 작은 저장 단위 = addressable unit on disk

Track

• 트랙은 섹터로 구성되며 섹터에 데이터가 저장되고, 그 섹터가 쭉 나열되어 있는 것이 트랙
• 플래터 위의 동심원

Cylinder

• 각 Platter 의 n번 Track 의 집합
• 논리적인 단위, 헤드는 트랙 번호가 아닌 실린더 번호 참조

 

Disk Management

Physical formatting (Low-level formatting)

• 디스크를 컨트롤러가 읽고 쓸 수 있도록 sector들로 나누는 과정
• 각 sector는 header + data(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 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 (full Bootstrap loader program, boot block)을 load하여 실행
• OS를 디스크에서 load하여 실행

 

Swap-Space Management

Disk를 사용하는 이유

• Memory(DRAM)의 volatile한 특성 -> Disk = non-volatile: file system으로 활용
• 프로그램 실행을 위한 memory 공간 부족 -> Disk를 swap space(swap area)으로 활용

Swap-Space

• Virtual memory system에서는 디스크를 memory의 연장공간으로 사용
• 파일 시스템 내부에 둘 수도 있으나, 별도 partition 사용이 일반적
  • 공간 효율성보다 속도 효율성이 우선
  • 일반 파일보다 훨씬 짧은 시간만 존재하고 자주 참조됨
  • 따라서, block의 크기 및 저장 방식이 일반 파일 시스템과 다름

 

RAID

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

• 여러 개의 디스크를 묶어서 사용하는 것
• 디스크 처리 속도 향상
  • 여러 디스크에 block의 내용을 분산 저장
  • 병렬적으로 읽어 올 수 있음 (interleaving, striping)
• 신뢰성 향상
  • 동일 정보를 여러 디스크에 중복 저장
  • 하나의 디스크가 고장나면 다른 디스크에서 읽어옴 (Mirroring, shadowing)
  • 단순 중복 저장이 아니라 일부 디스크에 parity를 저장하여 공간의 효율성을 높일 수 있음

---

Disk Scheduling

Disk Scheduling

Access time

• Seek time: 헤드를 해당 실린더(track)로 움직이는 데 걸리는 시간, 보통 제일 많이 걸림
• Rotational latency: 헤드가 원하는 섹터가 도달하기까지 걸리는 회전지연시간
• Transfer time: 실제 데이터의 전송 시간

Disk bandwidth

• 단위 시간 당 전송된 바이트 수

Disk Scheduling

• seek time을 최소화하는 것이 목표
• seek time := seek distance

Disk Scheduling Algorithm

• 필요할 경우 다른 알고리즘으로 쉽게 교체할 수 있도록 OS와 별도의 모듈로 작성되는 것이 바람직하다
• File의 할당 방법에 따라 디스크 요청이 영향을 받음

 

Disk Scheduling Algorithm

FCFS (First Come First Service)

• 요청이 들어오는 순서대로 처리

SSTF (Shortest Seek Time First)

• Seek time이 적은 순서대로 처리
• Starvation 문제 발생

SCAN

• disk arm(헤드)이 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
• 다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동
• 실린더 위치에 따라 대기시간이 다름

C-SCAN (Circular-SCAN)

• 다른쪽 끝에 도달했으면 요청을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동
• SCAN보다 균일한 대기 시간을 제공

N-SCAN

• 일단 arm이 한 방향으로 움직이기 시작하면 그 시점 이후에 도착한 job은 되돌아올 때 service

LOOK, C-LOOK

• SCAN이나 C-SCAN은 헤드가 디스크 끝에서 끝으로 이동
• LOOK, C-LOOK은 헤드가 진행 중이다가 그 방향에 더 이상 기다리는 요청이 없으면 헤드의 이동방향을 즉시 반대로 이동
• 디스크 입출력이 많은 시스템에서 효율적

충분히 많은 요청들에 대해 기다린 시간의 편차가 가장 큰 알고리즘?

👉 SSTF (starvation 때문)