디스크 스케줄링 200412077 B 박래환.

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1 디스크 스케줄링 B 박래환

2 1.자기 디스크란 레코드판과 유사한 원판(disk)에 자성체를 입히고, 원판의 정해진 궤도를 따라 자기헤드가 이동하면서 자료를 기록하거나 판독하는 컴퓨터 보조기억장치. 대용량 보조기억장치로서 자기테이프 장치와는 달리 자료를 직접 또는 임의로 처리할 수 있는 직접접근 저장장치(DASD)이다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 레코드판과 같은 형태의 알루미늄과 같은 금속성 표면에 자성물질을 입혀서 그 위에 데이터를 기록하고 기록된 데이터를 읽어낸다. 회전축을 중심으로 자료가 저장되는 동심원을 트랙(track)이라고 하며 하나의 트랙을 여러 개로 구분한 것을 섹터(sector)라고 하고, 동일 위치의 트랙 집합을 실린더(cylinder)라고 한다. 안쪽의 트랙과 바깥쪽의 트랙이 길이는 다르지만 정보량은 같게 되어 있다. 실린더, 트랙, 섹터의 번호는 자료를 저장하는 장소 즉 주소로 이용된다. 자기디스크는 디스크 구동장치(disk driver)와 디스크 팩으로 구성된다. 디스크 구동장치는 액세스 암(access arm), 액츄에이터(actuator), 회전축으로 구성된다. 디스크 팩은 여러 매의 디스크를 쌓아 올린 형태로 한 개의 기억단위로 취급되는 것을 뜻하는데, 이들 디스크 전체를 볼륨(volume)이라 하며 디스크 팩에서 제일 위의 윗면과 제일 아랫면은 보호면으로 사용되므로 기록되지 않는다. 데이터를 판독하거나 기록하기 위한 작업은 액세스 암의 헤드가 작동할 수 있는 준비 상태에서 시작되며, 디스크면에 기록된 내용을 찾기 위하여 액세스 암이 저장 위치까지 도달하는 데 걸리는 시간을 탐구시간(seek time)이라 하고, 해당 실린더에 저장된 데이터를 찾기 위하여 레코드 위치까지 도달하는 데 걸리는 시간을 탐색시간(search time)이라고 한다. 또한 회전하고 있는 디스크 위에 헤드가 위치한 후 찾고자 하는 데이터 레코드의 기록 부분이 헤드 아래까지 오는 데 걸리는 시간을 회전지연시간(rotational delay time)이라 하고, 주기억장치와 자기디스크 장치 간에 데이터 전송을 위하여 걸리는 시간을 데이터 전송시간(data transfer time)이라고 한다.

3 2.자기디스크 구조-1 3대 구성요소 : 디스크, 헤드, 엑세스 암
컴퓨터 하드디스크를 포멧 하면 여러 개의 동심원으로 나뉘어지며 이 동심원을 트랙이라고 한다. 섹터란 트랙을 작게 나눈 디스크의 최소 저장공간이다.(부채꼴 모양) 실린더란 수직으로 잘랐을 때 같은 위치에 있는 트랙들의 모임이다.

4 2.자기디스크 구조 -2

5 3.플로피디스크(FDD)란-1 컴퓨터의 외부 기억장치로 사용되는 자기(磁氣) 디스크로, 플로피 디스크라고도 한다. 기록밀도에 따라 2D·2DD·2HD 등으로 분리하고, 크기에 따라 5.25인치·3.5인치 등으로 분리된다. 플로피 디스크라고도 한다. 자성체(磁性體)를 코팅한 원형의 마일러 기판으로, 특별한 재킷 안쪽에서 회전하게 되어 있다. 데이터의 입력기록매체로서 사용할 수 있다. 일반적으로 디스켓은 기록밀도에 따라 2D·2DD·2HD 등으로 분리하고, 크기에 따라 5.25인치·3.5인치 등으로 분리하고 있다. 가장 많이 사용되고 있는 디스켓은 2D와 2HD이며, 2D 1매에는 약 36만 자(360KB)를 기록할 수 있고, 2HD에는 120만 자(1.2MB)를 기록할 수 있다. 요즘은 3.5인치 크기의 디스크에 120MB 이상의 데이터를 기록할 수 있는 플롭티컬 디스켓도 개발되었다. 디스켓의 장점은 한번 사용한 디스켓을 다시 사용할 수 있어 입력매체에 소요되는 비용이 절감되고, 저장된 데이터의 전환이나 수정을 쉽게 할 수 있으며, 1매의 디스켓에 약 2,000개의 수정입력 코드를 포함시킬 수 있고, 데이터를 판독하는 속도가 천공(穿孔) 카드에 비해 훨씬 높은 데 있다. 디스켓은 용량에 따라 분류되는 기준이 아니고, 크기와 구조가 분리 기준이 되고 있다.

6 3.플로피디스크 (FDD) -2

7 4.스케줄링이란 스케줄링(Scheduling)  * 프로세스가 생성되어 실행될 때 필요한 시스템의 여러 자원을 해당 프로세스에게 할당하는 작업을 의미한다.  * 목적 : CPU나 자원을 효율적으로 사용하기 위한 정책 비선점 스케줄링(Non-Preemptive) * 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용할수 없는 기법 * 한번 CPU를 할당 받으면 작업이 완료될때 까지 CPU를 사용    ->문제점 : 짧은 작업(중요한 작업)이 긴 작업(중요하지 않은 작업)을 기다리는 경우 발생  * 종류 : FCFS(FIFO), SJF, 우선순위, HRN, 기한부(Deadline) 선점 스케줄링(Preemptive)  * 우선순위가 높은 다른 프로세스가 CPU를 강제로 빼앗아 사용할 수 있는 기법  * 빠른 응답 시간을 요구하는 대화식 시분할 시스템(Time Sharing System)에 사용  * 많은 오버헤드 초래  * 인터럽트용 타이머 클럭 필요( 프로세스가 자원을 독점하는것을 방지)  * 종류 : RR(Round Robin, SRT, 선점 우선순위, 다단계 큐(MQ), 다단계 피드백큐(MFQ)

8 5.비선점 스케줄링 종류-1  * FCFS(First Come First Service, 선입 선출)    - 준비 상태 큐에 도착한 순서에 따라 차례로 CPU를 할당하는 기법    * SJF(Shortest Job First, 단기작업 우선)    - 실행 시간이 가장 짧은 프로세스에게 먼저 CPU할당    - 평균 대기시간이 가장 적은 알고리즘    - 실행시간이 긴 프로세스가 순위기 밀려 무한 연기상태가 발생될 수 있다.    * HRN(Highest Response-ratio Next)    - 실행시간이 긴 프로세스가 불리한 SJF기법 보완    - 우선순위 공식을 이요하여 실행시간이 짧은 프로세스나 대시 시간이 긴 프로세스에게 우선순위를 줌    - 우선순위를 계산하여 술자가 높은것부터 우선순위가 부여됨    - 우선순위 계산식 = (대기시간+실행시간)/실행시간

9 5.비선점 스케줄링 종류-2 * 기한부(Deadline)    - 일정시간동안 프로세스 완료하는 기법    - 제한된 시간 안에 완료되지 않을 경우 제거 되거나 처음부터 다시 실행해야함    - 여러 프로세스들이 동시에 실행되면 스케줄링이 복잡해지며, 프로세스 실행 시 집중적으로 요구되는      자원관리에 오버헤드가 발생한다.  * 우선순위(Priority)    - 프로세스마다 우선순위 부여    - 우선순위가 동일한경우 FCFS 기법으로 할당    - 가장 낮은 순위를 부여받은 프로세스는 무한 연기 또는 기아상태가 발생할 수 있다.

10 6.선점 스케줄링 종류-1 * Round Robin    - 시분할 시스템을 위해 고안된 방식, FCFS 기법 변형    - 각 프로세스는 시간 할당량 동안만 실행한 후 완료되지 않으면 다음 프로세스에게 CPU를 넘겨주고      준비상태 큐의 가장 뒤로 배치    - 할당된 시간이 클수록 FCFS와 같다.    - 시간이 작을 수록 문맥교환과 오버헤드가 자주 발생  * SRT(Shortest Remaining Time)    - SJF 기법을 변형, 선점 SJF라고도 한다.    - 실행중인 프로세스의 남은 시간과 준비상태 큐에 새로 도착한 프로세스의 실행 시간을 비교하여 짧은      실행 시간을 요구하는 프로세스에게 CPU를 할당.    - 준비상태 큐에 있는 프로세스의 실행 기간 추적으로 오버헤드 증가

11 6.선점 스케줄링 종류-2  * 다단계 큐    - 프로세스를 특정 그룹으로 분류할 수 있을 경우 그룹에 따라 각기 다른 준비단계 큐 사용    - 시스템, 대화형, 편집, 일괄처리 프로세스 등으로 분류    - 준비상태 큐 마다 다른 스케줄링 기법 사용가능    - 다른 준비상태 큐로 이동 불가    - 하위단계 준비 큐에 있는 프로세스를 실행하는 도중이라도 상위 단계 준비상태 큐에 프로세스가 들어오면      상위단계 프로세스에게 CPU를 할당  * 다단계 피드백 큐    - 다단계 큐 기법 개선하여 다른 준비상태 큐로 이동 가능    - 각 큐마다 시간 할당량부여 시간동안 완료 되지 못한 프로세스는 다음 단계 큐로 이동    - 마지막 단계 큐에서는 RR스케줄링으로 할당 * Dispatch : 준비 상태에서 대기하고 있는 프로세스 중 하나가 프로세서를 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정 * 실행 시간 = 서비스 시간 = 버스트 시간 * 에이징(Aging)기법 : 대기 시간 등에 따라 우선순위를 높여주는 것을 의미

12 7.탐색시간,회전시간최적화 탐색시간 최적화의 SSTF 전략에 해당하는 것이 회전 지연시간 최적화에서 는 SLTF 전략이다.
요청들은 도착한 순서에 관계없이 표시된 순서에 따라 서비스를 된다. 디스크 서비스의 요청은 파일 할당 방법에 의해 많은 영향을 받는다. 어느 스케줄링 알고리즘을 쓰든지, 성능은 요청의 형태와 그 수에 의해 결 정된다. 연속적으로 할당된 파일을 읽는 프로그램은 디스크상의 인접된 범위 내에 서 많은 요청이 발생되어 헤드의 이동을 제한시킨다. 디렉터리와 색인 블록의 위치 중요하다.

13 8.RAID요약 RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks)는 여러 개의 하드 디스크에 일부 중복된 데이터를 나눠서 저장하는 기술이다. 데이터를 나누는 다양한 방법이 존재하며, 이 방법들을 레벨이라 하는데, 레벨에 따라 저장장치의 신뢰성을 높이거나 전체적인 성능을 향상시키는 등의 다양한 목적을 만족시킬 수 있다. 최초에 제안되었을 때는 다섯가지의 레벨이 존재했는데, 이후에 중첩 레벨을 비롯한 여러 가지 다른 레벨들이 추가되었다. RAID는 여러 개의 디스크를 하나로 묶어 하나의 논리적 디스크로 작동하게 하는데, 하드웨어적인 방법과 소프트웨어적인 방법이 있다. 하드웨어적인 방법은 운영 체제에 이 디스크가 하나의 디스크처럼 보이게 한다. 소프트웨어적인 방법은 주로 운영체제 안에서 구현되며, 사용자에게 디스크를 하나의 디스크처럼 보이게 한다.

14 8.RAID(0)요약 RAID 0 패리티(오류 검출 기능)가 없는 스트리핑된 세트 (적어도 2 개의 디스크). 개선된 성능에 추가적인 기억 장치를 제공하는 게 장점이지만 실패할 경우 자료의 안전을 보장할 수 없다. 디스크에서 실패가 일어나면 배열을 파괴하게 되는데, 이러한 파괴는 디스크를 많이 장착할수록 가능성이 더 크다. 하나의 단일 디스크 실패는 배열을 완전히 파괴한다. 왜냐하면 데이터가 레이드 0으로 쓰일 때, 데이터는 여러 조각으로 나뉘기 때문이다. 조각의 수는 드라이브 안의 디스크 수와 일치한다. 조각들은 각 디스크에 동시적으로 같은 섹터 위에 기록된다. 완전한 데이터 덩어리의 작은 토막들이 병렬로 드라이브를 읽어 낼 수 있게 해 주며, 이러한 종류의 배열은 넓은 대역너비를 제공한다. 그러나 디스크들의 한 섹터가 실패할 때는 모든 다른 디스크 위의 일치하는 섹터가 사용 불능으로 표시된다. 왜냐하면 데이터의 일부가 손상된 것이 아니기 때문이다. 레이드 0은 오류 검출 기능을 제공하지 않기 때문에 어떠한 오류도 복구하지 못한다. 배열에 디스크를 더 많이 넣으면 더 높은 대역을 사용할 수 있겠지만 데이터 손실의 큰 위험이 도사리게 된다.

15 8.RAID(1)요약 RAID 1 패리티(오류 검출 기능)가 없는 미러링된 세트 (적어도 2 개의 디스크). 디스크 오류와 단일 디스크 실패에 대비하여 실패 방지 기능이 제공된다. 분할 탐색을 지원하는 다중 스레드를 지원하는 운영 체제를 사용할 때 읽기 성능이 향상된다. 다만, 쓰기를 시도할 때에는 약간의 성능 저하가 뒤따른다. 배열은 적어도 하나의 드라이브가 기능하는 한 계속 동작한다.

16 8.RAID(etc)요약 RAID 3 및 RAID 4 RAID 5 RAID 6
패리티가 단순 제공되는(dedicated) 스트리핑된 세트 (적어도 3 개의 디스크). RAID 5 패리티가 배분되는(distributed) 스트리핑된 세트 (적어도 3 개의 디스크). RAID 6 패리티가 배분되는(distributed) 스트리핑된 세트 (적어도 4 개의 디스크).

17 8.RAID RAID (Redundant Array of Independent Disks)는 여러 개의 하드디스크를 통하여 대용량 디스크 또는, 데이타 속도 증가, 데이타 백업, 안정성을 높이는데 사용이 된다. RAID는 설치 할 때 용도에 맞게 선택을 잘 하여야만 하는데, 이는 득이 될 수도 있고실이 될 수도 있으니 초기 세팅시에 주의를 하여야 한다.왜냐하면, 사용 도중 다른 레벨로 세팅을 하거나 다른 환경 변화에 따라 대용량의 주요 데이타를 유실되거나 백업하는 수고가 생기가 된다.수 많은 RAID가 있지만 가장 많이 사용하고 있는 몇 가지 레벨만 기술하려 한다. 

18 8.RAID-1 1. 개별하드 방식   1) 최소 하드디스크 개수 : 1   2) 최대 용량 : 하드디스크 용량   3) 설명 : 컴퓨터 내부에 있는 하드디스크의 D: E: F: G: 처럼 사용을 하는 것인데, 대부분          JBOD라고 하지만 실제적으로 JBOD의 의미와는 다른 것이다.          또한, RAID에는 개별하드 방식이란 것은 없다.          다만, RAID를 설명하기 위하여 기술을 하였다.   4) 장점 : RAID를 사용하지 않기 때문에 디스크를 이리 저리 옭기는 이동성이 좋다.          디스크 장애시에 장애 디스크의 데이타만 유실된다.   5) 단점 : 컴퓨터에 많은 디스크가 보여 관리하기 힘들고, 대용량 파일 저장이 힘들다.

19 8.RAID-2 2. RAID 0 (스트라이핑(striping))   1) 최소 하드디스크 개수 : 2   2) 최대 용량 : 하드디스크의 수 x 하드디스크 용량   3) 설명 :     -. 일반적으로 데이타 속도를 높인다던가 대용량 디스크로 만들어 사용하는 영상편집        작업용 스토리지에 사용된다.     -. 컴퓨터에서 1개의 하드디스크 처럼 보이는데, 각 하드디스크를 계속 합하는것과 같다.     -. 하드디스크가 증가 할 수록 디스크 용량 및 속도가 증가한다.   4) 장점 :     -. 데이타 속도가 가장 빠르다.(이론상 하드디스크 1개 속도 x 하드디스크의 수)     -. 컴퓨터에서 1개의 디스크만 보이므로 관리하기 편하다.     -. 대용량 디스크가 되므로 대용량 파일을 용이하게 저장 할 수 있다.     MB/s 이상 속도의 영상편집의 작업용으로 적합하다.   5) 단점 :     -. 1개의 하드디스크가 장애가 나면 전체 하드디스크의 데이타를 유실하므로        가장 불안전하다.     -. 필히 디스크의 데이타를 실시간 백업을 해야한다.

20 8.RAID-2

21 8.RAID-3 3. RAID 1 (미러링(mirroring))   1) 최소 하드디스크 개수 : 2   2) 최대 용량 : (하드디스크의 수/2) x 하드디스크 용량   3) 설명 :     -. 원본 하드디스크와 복사본 하드디스크가 있다고 생각하면 된다.     -. 전체 하드디스크 중 반은 원본 데이타가 있고 반은 복사본 데이타가 있다고        생각하면 된다.     -. 따라서, 실제적으로 절반의 하드디스크만 사용하게 된다.     -. 데이타를 안전하게 보존 하는 용도로 사용 된다.     -. 컴퓨터에서는 2개 중 1개만 보이게 된다.(4개 중 2개......)   4) 장점 :     -. RAID 중 가장 데이타를 안전하게 보존한다.     -. 1개의 하드디스크 장애시 새로운 하드디스크 장착으로 데이타를 복구 시킬 수 있다.   5) 단점 :     -. 하드디스크를 절반만 사용하게 되므로 백업 디스크가 매우 아깝고 그 만큼 돈도 많이 든다.

22 8.RAID-3

23 8.RAID-4 4. RAID 5 (Parity)   1) 최소 하드디스크 개수 : 3   2) 최대 용량 : (하드디스크의 수-1) x 하드디스크 용량   3) 설명 :     -. 각 하드디스크에 데이타 정보가 들어있는 Parity를 저장한다.     -. 1개의 하드디스크 장애시 새로운 하드디스크 장착으로 데이타를 복구 시킬 수 있다.     -. 데이타를 안전하게 보존 하는 용도로 사용 된다.     -. 컴퓨터에서 1개의 하드디스크 처럼 보인다.   4) 장점 :     -. RAID 1에 비하여 더 많은 용량의 데이타를 사용 할 수 있다.     -. 데이타를 안전하게 보존한다.   5) 단점 :     -. 2개 이상의 하드디스크 장애시 데이타 손실이 일어난다.     -. 디스크 생성 및 복구(rebuild)시에 많은 시간이 소요된다.        (예 : 500G x 4EA = 2Tera 구성시 최소 12시간 이상 소요)     -. 데이타 갱신시에 Parity 정보를 갱신해야 하기 때문에 속도가 느릴 수 있다.

24 8.RAID-4

25 8.RAID-5 5. RAID 0+1   1) 최소 하드디스크 개수 : 4   2) 최대 용량 : (하드디스크의 수/2) x 하드디스크 용량   3) 설명 :     -. RAID 0 생성 후에 RAID 1를 생성 한다고 생각하면 된다.     -. 하드디스크를 합하고 복사본 하드디스크를 만드는 것과 같다.     -. 대용량 데이타를 안전하게 보관하는 용도로 사용된다.     -. RAID 1과 같이 실제적으로 절반의 하드디스크만 사용하게 된다.     -. 컴퓨터에서 1개의 하드디스크 처럼 보인다.   4) 장점 :     -. 데이타 속도가 빠르다.(이론상 하드디스크 1개 속도 x (하드디스크의 수/2))     -. 컴퓨터에서 1개의 디스크만 보이므로 관리하기 편하다.     -. 대용량 디스크가 되므로 대용량 파일을 용이하게 저장 할 수 있다.     -. 데이타를 안전하게 보존 한다.     -. 1개의 하드디스크 장애시 새로운 하드디스크 장착으로 데이타를 복구 시킬 수 있다.   5) 단점 :     -. 하드디스크를 절반만 사용하게 되므로 백업 디스크가 매우 아깝고 그 만큼 돈도 많이 든다.

26 8.RAID-5

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