하드 디스크의 구성 및 스케줄링

하드디스크

• 컴퓨터의 보조 기억장치로, 비휘발성 저장장치이다.

하드디스크 드라이브

 

 

하드디스크의 구조

하드 디스크의 외부 구조 / 하드디스크의 내부 구조

 

1. 전원 커넥터 : 전원을 공급하는 역할
2. 데이터 커넥터 : 하드디스크와 컴퓨터 사이의 데이터 전송해주는 역할
3. 헤드 : 데이터를 읽고 쓰는 역할
4. 엑츄에이터 / 디스크 암 : 헤드를 움직이는 팔 역할
5. 플래터 : 하드디스크 내부의 데이터가 저장되는 공간
   
   • 자기를 이용하여 0과 1의 데이터를 저장
   • 플래터의 표면이 N극 = 0, S극 = 1

섹터

• 하드디스크의 가장 작은 저장 단위
• 하나의 섹터에 한 덩어리의 데이터 저장

블록 / 클러스터

• 여러 개의 섹터로 구성되어 있는 저장 단위
• 하드디스크와 컴퓨터 사이에 데이터를 전송하는 논리적 저장 단위 중 가장 작은 단위
• 윈도우 운영체제에서는 클러스터 Cluster라고 표현

트랙 : 회전축을 중심으로 동일한 동심원상에 있는 섹터의 집합

실린더 : 여러 개의 플레터에 있는 같은 트랙의 집합

섹터 < 클러스터 < 트랙 < 실린더

 

 

 

 

 

하드디스크 플래터와 CD의 디스크 회전

각 속도 일정 방식

• 단위 시간 당 디스크의 이동 각도가 같은 방식
• 바깥 트랙의 속도 > 안쪽 트랙의 속도 → 섹터의 크기도 다름
• 디스크가 일정한 속도로 회전하기에 구동 장치가 단순하고 조용함
• 바깥 트랙으로 갈 수록 공간이 낭비됨

선 속도 일정 방식

• 단위 시간 당 디스크의 이동 거리가 같은 방식
• 헤드가 안쪽 트랙에 있을 때는 디스크의 회전속도를 빠르게 하고, 헤드가 바깥쪽 트랙에 있을 때는 디스크의 회전속도를 느리게 해야 구현 가능
• 각 속도 일정 방식과 달리 낭비되는 공간이 없음
• 모터 제어가 복잡하고 소음 발생

 

 

하드디스크 플래터의 회전 방식

 

 

하드디스크의 데이터 전송 과정

 

데이터 전송 시간 = ①탐색시간 + ②회전 지연 시간 + ③전송 시간

 

 

 

디스크 장치 관리

파티션 

• 디스크를 논리적으로 분할하는 작업

디스크와 파티션의 관계

마운트 mount

• 유닉스 운영체제에서 여러 개의 파티션을 하나로 통합하는 기능

 

 

포매팅

• 디스크에 파일 시스템을 탑재하고 디스크 표면을 초기화하는 작업
• 빈 저장장치에 파일 테이블을 탑재
  • 빠른 포매팅 : 데이터는 그대로 두고 파일 테이블을 초기화
  • 느린 포매팅 : 디스크 표면을 모두 초기화

저장 장치에 탑재된 파일 테이블

조각 모음

• 하드 디스크의 섹터, 블록들을 정렬

하드디스크 조각 모음

 

 

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하드디스크 스케줄링

• 트랙의 이동을 최소화하여 탐색 시간을 줄이는 것이 목적

FCFS 디스크 스케줄링 ( First Come, First Service disk scheduling )

• 요청이 들어온 순서대로 서비스
• 헤드 이동 거리 : 7 +9 + 6 + 8 +20 + 4 + 5 + 6 = 65

 

SSTF 디스크 스케줄링 ( Shortest Seek Time First disk scheduling ) 

• 지역성에 따라 가장 가까운 트랙부터 서비스
• 헤드 이동 거리 : 1 + 3 +3 + 1 +3 +12 +3 5 = 31
• 효율성은 좋으나, 아사 현상 발생

 

블록 SSTF 디스크 스케줄링 

• SSTF + 그룹화
• 트랙 요청을 일정 블록 형태로 묶어서 
• 헤드 이동 거리 : 2 + 9 + 3 + 8 +20 + 3 +1 +5 = 51
• 에이징을 사용하여 공평하지만, 성능이 좋지 못함

 

SCAN 디스크 스케줄링

• 진행중인 방향으로만 끝까지 진행
• 헤드 이동 거리 : 1 + 3 + 5 + 3 + 17 + 2 + 1 + 3 = 38
• 동일한 요청이 발생하면 헤드가 나아가지 못해 바깥 트랙이 아사 현상을 겪음

 

C-SCAN 디스크 스케줄링 Circular SCAN

• 반대방향으로 돌아갈때 서비스하지 않고 이동만 함
• 헤드 이동 거리 : 1 + 3 + 3 + 5 + 3 + 24 + 1 + 3 + 1 +2 = 46
• 작업 없이 헤드를 이동하여 매우 비효율적

 

LOOK 디스크 스케줄링 

• 앞을 보고 LOOK하고 서비스할 트랙이 없으면 중간에 방향을 바꿈
• 헤드 이동 거리 : 1 + 3 + 3 + 5 + 17 + 2 + 1 + 3 = 35

 

C-LOOK 디스크 스케줄링 

• C-SCAN 디스크 스케줄링 + LOOK 버전
• 헤드 이동 거리 : 1 + 3 + 3 + 5 + 20 + 3 + 1 + 2 = 38

 

SLTF 디스크 스케줄링 Shortest Latency Time First disk scheduling

• 디스크의 회전방향에 맞춰 재정렬

 

 

 

참고문헌

 

조성호 저, 「쉽게 배우는 운영체제」, 한빛아카데미, 2018, 616p

https://whitesnake1004.tistory.com/273

하드디스크(Hard Disk Drive, HDD) 구조와 작동 원리 및 각종 규격

https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%98%EB%93%9C_%EB%94%94%EC%8A%A4%ED%81%AC_%EB%93%9C%EB%9D%BC%EC%9D%B4%EB%B8%8C

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⊙ 이 글은 개인 공부를 목적으로 작성된 글입니다.

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