[운영체제와 정보기술의 원리] 9장 디스크 관리

1. 디스크의 구조

• 논리블록: 디스크의 일정한 크기의 저장공간
• 논리블록에 저장된 데이터를 접근하기 위해서는 배열에 접근하는 것처럼 해당 블록의 인덱스 번호를 디스크에 전달하면 된다
• 섹터: 각 논리블록이 저장되는 디스크 내의 물리적인 위치

 

2. 디스크 스케줄링

• 디스크에 대한 접근시간은 탐색시간과 회전지연시간, 전송시간으로 구분된다
• 탐색시간(seek time): 디스크 헤드를 해당 실린더 위치로 이동시키는 데 걸리는 시간
• 회전지연시간(rotational latency): 디스크가 회전해서 읽고 쓰려는 섹터가 헤드 위치에 도달하기까지 걸리는 시간
• 전송시간(transfer time): 해당 섹터가 헤드 위치에 도달한 후 데이터를 실제로 섹터에 읽고 쓰는 데 소요되는 시간
• 디스크 입출력의 효율을 높이기 위해 운영체제는 탐색시간을 줄이기 위해 헤드의 움직임을 최소화하는 스케줄링 작업을 한다

1) FCFS(First Come First Served) 스케줄링

• 디스크에 먼저 들어온 요청을 먼저 처리하는 방식

2) SSTF(Shortest Seek Time First) 스케줄링 

• 헤드의 현재 위치로부터 가장 가까운 위치에 있는 요청을 제일 먼저 처리하는 방식

3) SCAN 알고리즘

• 헤드가 디스크 원판의 안쪽 끝과 바깥쪽 끝을 오가며, 그 경로에 존재하는 모든 요청을 처리한다
• 엘리베이터 스케줄링 알고리즘이라고도 불린다

4) C-SCAN 알고리즘

• SCAN처럼 헤드가 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리하지만, SCAN과 달리 헤드가 다른 쪽 끝에 도달해 방향을 바꾼 후에는 요청을 처리하지 않고 곧바로 출발점으로 다시 이동만 한다. 
• SCAN보다 더 균일한 탐색시간을 제공한다

5) LOOK과 C-LOOK 알고리즘

• 헤드가 한쪽 방향으로 이동하다가 그 방향에 더 이상 대기 중인 요청이 없으면 헤드의 이동 방향을 즉시 반대로 바꾸는 스케줄링 방식이다
• C-LOOK은 전방에 요청이 없을 때 방향을 바꾼다는 것은 LOOK과 비슷하나, 한쪽 방향으로 이동할 때에만 요청을 처리한다는 점에서 C-SCAN과 유사하다. 

 

3. 다중 디스크 환경에서의 스케줄링

• 동시 사용자를 서비스하는 서버에서는 다수의 디스크를 함께 사용한다
• 이때 같은 데이터가 저장되어 있는 여러 개의 디스크 중 어느 디스크에서 요청을 처리할지 결정하는 스케줄링 문제가 발생한다
• 거시적인 관점에서는 각 디스크 간의 부하균형(load balancing)을 이루도록 스케줄링하는 것이 좋다

 

4. 디스크의 저전력 관리

1) 비활성화 기법

• 디스크의 상태는 전력 소모를 기준으로 활동 상태, 공회전 상태, 준비 상태, 휴면 상태로 나누어 볼 수 있다
• 활동(active) 상태: 현재 헤드가 데이터를 읽거나 쓰고 있는 상태
• 공회전(idle) 상태: 디스크가 회전 중이지만 데이터를 읽거나 쓰지는 않는 상태
• 준비(standby) 상태: 디스크가 회전하지 않지만 인터페이스가 활성화된 상태
• 휴면(sleep) 상태: 디스크가 회전하지 않고 인터페이스도 비활성화된 상태
• 디스크를 비활성화하는 시점을 결정하는 방법으로는 시간기반 기법과 예측기반 기법, 확률기반 기법이 있다
• 시간기반(timeout based) 기법: 일정 시간 동안 디스크가 공회전 상태이면 장치를 정지시켰다가, 다시 요청이 왔을 때 디스크를 활성화한다
• 예측기반(prediction based) 기법: 과거 요청을 관찰하여 다음 공회전 구간의 길이를 예측한 후 디스크를 비활성화할 시점을 결정한다
• 확률기반(stochastic based) 기법: 디바이스의 상태변경 시간 간격을 구하기 위해 확률분표를 통해 요청을 모델링하고 통계적 모델을 이용한다

2) 회전속도 조절 기법

• 디스크의 회전속도(Rotations Per Minute: RPM)를 가변적으로 조절하는 기법
• 운영체제는 시스템 자원과 부하를 포괄적으로 볼 수 있기 때문에 하드웨어 혼자서 전력 관리를 하는 것에 비해 더 많은 전력 절감 효과를 얻을 수 있다

3) 디스크의 데이터 배치 기법

• FS2 파일 시스템(free space file system): 대부분의 컴퓨터 시스템에서 디스크의 53% 이상이 빈 공간인 상태로 남아 있다는 점에 착안해, 디스크 내에 데이터의 복제본을 많이 만들어 헤드 위치에서 가까운 복제본에 접근하도록 함으로써 빠른 응답시간과 전력 소모량 절감을 얻는 방법

4) 버퍼캐싱 및 사전인출 기법

• 미래에 요청도리 데이터를 어느 정도 예측할 수 있다면 디스크가 활성 상태일 때 헤드 위치로부터 가까운 데이터를 사전인출(prefetching)함으로써 향후 디스크의 비활성화 가능성을 높여 전력 소모를 줄일 수 있다
• 데드라인을 꼭 지켜야 하는 긴급한 요청이 아닌 경우, 디스크의 활성 상태 여부에 따라 요청을 최대한 지연시키는 방식도 있다

5) 쓰기전략을 통한 저전력 디스크 기법

• 대상 디스크가 비활성 상태일 때에는 디스크 쓰기를 하지 않고 기다렸다가 디스크가 활성 상태로 돌아왔을 때 쓰는 방식이다