오퍼레이팅시스템 14주차 / 17. IO Management and Disk Scheduling

Hard Disk Drives (HDD)

구성요소:

Platter (플래터) : 실제데이터를 저장하는 원형 디스크, 여러개가 쌓여있을 수 있음.

spindle (축) : 플래터가 고정되어 회전하는 중심 축.

track(트랙) : 플래터 위에 동심원 형태로 나뉜 원형 트랙들.

Sector (섹터): 트랙을 나눈 조각. 디스크에서 가장 작은 접근 단위.

Disk Arm & Disk Head (디스크 암과 헤드): 트랙 위를 이동하며 데이터를 읽거나 씀.

 

동작 및 특징:

섹터 번호는 0부터 n-1까지 있음. 예: 0, 1, 2, ..., n-1

섹터는 디스크에서 데이터를 읽고 쓰는 최소 단위이며, 보통 512바이트에서  4KB.

연속된 섹터에 접근하는것이 디스크 회전만 기다리면 되서 헤드를 이용하지 않기 때문에 랜덤 접근보다 빠르다.

 

 저장특징:

메모리(RAM)과 달리 전원이 꺼져도 데이터가 유지된다.(비휘발성)

 

 

 

Disk Layout : HDD에서 데이터를 어떻게 배치하고 읽는지

섹터는 디스크의 가장 작은 읽기/쓰기 단위

 

일정한 각속도 회전

디스크가 일정한 속도로 회전함

장점 : 일정속도로 읽을 수 있음

단점 : 안쪽 트랙은 외부보다 짧은 거리이므로, 같은 속도로 회전해도 적은 양의 데이터만 저장가능 -> 저장밀도가 제한 

 

다중 존 기록 방식

바깥쪽 존은 안쪽보다 더 많은 섹터를 가짐 > 외곽일 수록 길이가 길기 때문에 더 많은 데이터를 기록 가능

효과 : 디스크의 기록밀도 증가. 저장용량 향상

 

I/O Latency of HDD

seek time : 디스크 암이 해당트랙으로 이동하는데 걸리는 시간

rotational delay : 디스크가 회전하면서 요청한 섹터가 디스크 헤드 아래에 도달 할 때 까지 기다리는 시간

transfer time : 실제로 데이터를 읽거나 쓰는데 걸리는 시간

Disk Scheduling

: I/O요청 처리 순서를 정해 전체적인 지연시간을 줄이는 것이 목적

알고리즘 종류 (Algorithms)

FIFO (First In First Out)

• 순서대로 처리 (요청이 들어온 순서대로)
• 단순하지만 성능 비효율적일 수 있음 (멀리 떨어진 트랙 순서대로 이동)

SSTF (Shortest Seek Time First)

• 현재 헤드 위치와 가장 가까운 트랙부터 처리
• 평균 지연 시간은 낮지만 기아(starvation) 발생 가능 (먼 요청은 계속 밀림)

SCAN (Elevator Algorithm)

• 헤드가 한 방향으로 이동하면서 요청 처리, 끝에 도달하면 반대 방향으로 이동
• 엘리베이터처럼 위아래로 왕복함
• 균형 잡힌 응답 성능

C-SCAN (Circular SCAN)

• 한 방향으로만 이동하면서 요청 처리
• 끝에 도달하면 다시 처음으로 점프
• 응답 시간의 예측 가능성이 높음

N-step SCAN

• 요청을 n개씩 나누고 각 그룹을 SCAN 방식으로 처리
• 새로운 요청은 현재 그룹이 끝난 뒤에 처리됨 → 응답 지연 완화