저장장치의 종류, 디스크 스케줄링 알고리즘, FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK, SLTF(회전시간최적화), 파일 관리

1. 저장장치의 종류

 

순차접근 저장장치

- 데이터를 순차적으로 읽거나 쓸 수 있는 저장장치: 테이프 장치 

- 초기 접근 시간이 굉장히 오래 걸림

- 대량의 데이터 백업용 

 

직접접근 저장장치

- 지정한 위치를 직접 찾아 데이터를 읽거나 쓸 수 있는 저장장치

- 임의접근 저장장치

- 예: 자기 디스크, 광디스크, SSD 

 

자기 디스크: 자성을 띈 디스크의 표면에 데이터를 쓰거나 읽음 

 

 

광디스크 

- 디스크 표면에 레이저를 쏘아 반사되는 빛의 차이를 이용하여 데이터를 읽거나 씀 

- 예: CD-ROM, CD-RW, DVD, 블루레이 디스크 등

- 나선형인 하나의 트랙으로 구성 

 

SSD

- 읽고 쓰기가 가능하면서 전력공급이 없어도 데이터가 지워지지 않는 메모리 이용

- 자기 디스크보다 빠르고 전력 소모가 적음

- 용량 대비 비싸며 수명이 짧음 

 

 

 

2. 디스크 스케줄링 알고리즘 

 

 

디스크 접근 요구를 효율적으로 처리하는 순서를 결정하는 작업

- 디스크 접근 요구: 디스크에서 데이터를 읽거나 쓰는 요구 

 

프로세스들의 요구를 디스크 큐에 두고 관리 

 

기계적 동작이 최소화되도록 디스크 큐를 재배열

  - 직접 접근을 위해 헤드의 이동, 디스크의 회전 같은 기계적 움직임 필요 

 

디스크 접근 요구 처리 시간: 탐구시간 + 회전지연시간 + 전송시간 

 

- 전송시간: 데이터 양에 따라 대체로 항상 정해져 있음

- 회전지연시간: 거의 바꾸기 어려움

- 탐구시간 : 사실상 탐구시간을 바꿔야 향상 

 

스케줄링 형태

- 탐구시간 최적화

- 회전지연시간 최적화 

 

 

 

종류 

FCFS

SSTF

SCAN

C-SCAN

LOOK

C-LOOK

SLTF(회전시간최적화) 

 

 

 

 

 

FCFS(Frist-Come First-Served) 

먼저 도착한 접근 요구가 먼저 서비스를 받는 방법 

 

디스크큐가 -> 40 20 35 30 -> 라면 

 

30 35 20 40 으로 처리 

 

31시작시 총 탐구시간 = 1 + 5 + 15 + 20 = 41 

 

장점: 접근 요구의 도착순서대로 실행하므로 공평

단점: 도착 순서에 따라 총 탐구시간이 커질 수 있음, 디스크 부하가 높을수록 응답시간이 길어짐 

 

 

 

 

SSTF(Shortest Seek Time First) 

탐구시간이 가장 짧은 접근 요구를 먼저 처리하는 방법 

 

 

 

장점: FCFS 스케줄링보다 처리량, 평균응답시간을 개선

-> 일괄처리 운영체제에 적합 

 

단점:

- 양 끝 쪽에 위치한 트랙에 대한 접근 요구는 기아상태 발생 가능 (안쪽으로만 계속 들어오면)

- 트랙 위치에 따라 응답시간 편차 큼 

-> 시분할 운영체제에 부적합 

 

 

 

Scan 스케줄링 

양 끝 트랙 사이를 왕복하며 진행방향의 가장 가까운 접근 요구를 먼저 처리하는 방법 

 

 

장점: SSTF 스케줄링의 응답시간 편차를 어느 정도 개선 

단점:

- 새로운 요구가 헤드 진행방향의 바로 앞이냐 뒤냐에 따라 응답시간 편차(지나갔는데 바로 뒤에 들어오는 경우) 

- 양 끝 트랙은 헤드가 한 번 왕복할 때 한 번의 서비스 기회만 있음 

 

 

C-Scan 스케줄링 

오로지 한쪽 방향으로만 진행방향의 가장 가까운 접근 요구를 먼저 처리하는 방법으로 나머지는 SCAN 스케줄링과 동일 

 

 

 

가고 돌아오는데 갈때만 처리 = 돌아올 땐 처리 x 

 

장점: 

- 양 끝 트랙에 대한 접근 요구의 차별 제거 

- 응답시간의 편차가 매우 작음 

=> 공평함 

 

 

 

LOOK 스케줄링 

SCAN 스케줄링처럼 처리하되 진행방향으로 더 이상 접근 요구가 없으면 방향을 바꾸는 방법 

 

 

20 왼편으로 더 없기 때문에 더 이상 더 이상 가지 않음 

 

 

 

C-LOOK 스케줄링 

 

C-SCAN 스케줄링처럼 처리하되 진행방향으로 더 이상 접근 요구가 없으면 방향을 바꾸어 가장 먼 접근 요구의 트랙까지 이동 

 

 

 

SLTF(Shortest Latency Time First) 

- 회전지연시간에 관한 스케줄링

- 동일 실린더의 여러 섹터에 대한 접근 요구에 대해 회전 지연시간이 가장 짧은 것을 먼저 처리하는 방법

- 높은 부하 상태에서 유용

- 회전지연시간 최적화 : 이론적인 최적해와 거의 일치 

 

 

 

3. 파일 관리 

 

- 파일을 생성, 삭제, 수정

- 파일에 접근하는 것을 제어

- 파일에 의해 사용되는 자원을 관리 

 

 

액세스 방식

- 파일에 저장되어 있는 데이터에 접근하는 방식 

 

파일 관리

- 파일을 저장, 참조, 공유 및 안전하게 보호되도록 함 

 

보조기억장치 관리

- 보조기억장치에 팡리을 저장하는 데 필요한 공간 할당 

 

파일 무결성 유지

- 파일의 정보가 소실되지 않도록 보장 

 

 

파일 관리자의 기능

- 사용자가 파일을 생성, 수정 및 삭제할 수 있게 함

- 타인의 파일을 공동으로 사용할 수 있게 함

- 읽기, 쓰기, 실행 등 여러 종류의 엑세스 제어 방법 제공 

- 사용자가 각 응용에 적합한 구조로 파일을 구성할 수 있게 함

- 백업 및 복구

- 기호화된 이름을 사용하여 파일을 참조할 수 있게 함

- 정보가 안전하게 보호되고 비밀이 보장되게 함 

 

 

 

파일 구조와 접근 방식

- 파일 구조: 

  -> 파일을 구성하는 레코드들이 보조기억장치에 배치되는 방식

  -> 접근방식: 순차 파일, 인덱스된 순차파일, 직접 파일 

 

 

순차파일 

- 레코드가 물리적 순서에 따라 저장

- 논리적 순서와 물리적 순서가 동일

- 순차접근 저장장치에 많이 이용 

 

인덱스된 순차파일 

- 각 레코드의 키를 기준으로 한 논리적 순서대로 레코드가 저장됨

- 일부 주요 레코드의 실제 주소가 저장된 인덱스를 구성하여 관리하는 파일

- 순차접근(키순서)과 직접 접근(인덱스 검색) 모두 가능

- 보통 디스크에 사용 

 

 

 

직접 파일 

- 각 레코드의 키를 이용하여 직접접근 저장장치의 물리적 주소를 통해 직접 액세드되는 파일

- 논리적인 키와 물리적 주소의 사상은 프로그래머가 정의 

 

 

 

 

디스크 공간 할당

 

연속할당기법

- 보조기억장치의 연속된 가용공간에 파일 저장공간을 할당

- 필요한 공간의 크기를 미리 정해야 함

- 장점: 엑세스가 효율, 디렉터리 구현이 단순

- 단점: 외부 단편화, 파일 크기 확장에 대한 대응이 비효율적 

 

불연속할당기법

- 섹터 또는 블록 단위로 공간을 할당

- 포인터를 이용하여 블록들을 연결

- 장점: 단편화 문제 해결, 파일 확장 문제 해결

- 단점: 파일 공간 분산으로 성능 저하, 포인터 관리를 위한 연산 및 공간 소비 

 

 

 

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참고자료: 운영체제(김진욱, 이인복 공저, KNOU press 출판)