운영체제 - 제 12장 저장장치 및 파일 관리

12.1 저장장치의 종류

12.1.1 순차접근 저장장치

• 순차접근 저장장치
  • 순차적으로 기록 및 판독을 하는 저장장치
  • 예 : 테이프 장치
  • 초기 접근시간이 굉장히 오래 걸림
  • 대량의 데이터 백업용으로 사용됨

12.1.2 직접접근 저장장치

• 직접접근 저장장치
  • 지정한 위치를 직접 찾아 데이터를 읽거나 쓸 수 있는 장치
  • 임의접근 저장장치
• 자기 디스크
  • 자성을 띤 디스크의 표면에 데이터를 쓰거나 읽을 수 있음
  • 구성 : 한 장 이상의 플래터, 헤드, 암(arm)
  • 트랙 : 플래터의 중심축을 기준으로 한 동심원 형태
  • 섹터 : 트랙을 분할하여 일정한 용량을 저장할 수 있는 호 형태
  • 실린더 : 플래터가 여러 장인 경우, 중심축으로부터 같은 거리에 있는 트랙들의 모음
  • 동작
    • 헤드를 원하는 트랙으로 이동
    • 헤드에 원하는 섹터가 오도록 플래터를 회전시킴
• 광디스크
  • 디스크 표면에 레이저를 쏘아 반사
  • 나선형인 하나의 트랙으로 구성됨
• SSD
  • 읽고 쓰기가 가능하면서 전력공급 없이도 데이터가 지워지지 않는 메모리를 이용함
  • 자기 디스크보다 속도가 빠르고 전력 소모가 적음
  • 자기 디스크보다 가격이 비싸며 수명이 짧음

12.2 디스크 스케줄링 알고리즘

• 디스크 스케줄링
  • 디스크 접근 요구를 효율적으로 처리하는 순서를 결정하는 작업
  • 프로세스들의 요구를 디스크 큐에 두고 관리함
  • 기계적 동작이 최소화되도록 디스크 큐를 재배열함
• 디스크 접근 요구 처리시간 : 탐구시간 + 회전지연시간 + 전송시간
  • 탐구시간(seek time)
    • 기계적인 동작에 의해 헤드를 원하는 트랙에 위치시키는 시간
    • 가장 느림
  • 회전지연시간(rotational latency time)
    • 헤드가 위치한 트렉에서 요구된 자료가 헤드 밑에 이를 때까지 디스크가 회전하는 데 걸리는 시간
  • 전송시간(transfer time)
    • 헤드 위치에서 자료를 읽거나 쓰는 데 걸리는 시간
• 스케줄링 형태
  • 탐구시간 최적화 : 대부분의 알고리즘
  • 회전지연시간 최적화

12.2.1 FCFS 스케줄링

• FCFS(Firsr Come First Served) 스케줄링 알고리즘
  • 먼저 도착한 접근 요구가 먼저 서비스를 받는 방법
• 단점
  • 접근 요구들의 도착순서에 따라 헤드의 이동거리가 길어질 수 있음
  • 디스크 부하가 높을수록 응답시간이 길어짐

12.2.2 SSTF 스케줄링

• SSTF(Shortest Seek Time First) 스케줄링 알고리즘
  • 최단 탐구시간을 갖는 접근 요구를 먼저 처리하는 방법
• 장점
  • FCFS 스케줄링보다 처리량이 많고 평균응답시간은 비교적 짧음
    • 일괄처리 운영체제에 적합
• 단점
  • 양 끝 쪽에 위치한 트랙에 대한 접근 요구는 기아상태 발생 가능
  • 트랙의 위치에 따라 응답시간의 편차가 큼
    • 시분할 운영체제에 부적합

12.2.3 SCAN 스케줄링

• SCAN 스케줄링 알고리즘
  • 양 끝 트랙 사이를 왕복하며 진행방향의 가장 가까운 접근 요구를 먼저 처리하는 방법
  • 진행방향으로 더 이상 접근 요구가 없더라도 항상 끝 실린더까지 도달한 후 방향을 바꿈
• 장점
  • SSTF 스케줄링의 응답시간 편차를 어느 정도 해소함
• 단점
  • 새로운 요구가 헤드 진행방향의 바로 앞이냐 바로 뒤냐에 따라 대기시간의 편차가 큼
  • 양 끝 트랙은 헤드가 한 번 왕복할 때 한 번의 서비스 기회만 있음

12.2.4 C-SCAN 스케줄링

• C-SCAN 스케줄링 알고리즘
  • 바깥쪽이든 안쪽이든 오로지 한쪽 방향으로만 접근 요구를 처리하는 방법
  • 나머지는 SCAN 스케줄링과 동일함
• 장점
  • 양 끝 트랙에 대한 접근 요구의 차별 제거
  • 응답시간의 편차가 매우 작음

12.2.5 LOOK 및 C-LOOK 스케줄링

• LOOK 및 C-LOOK 스케줄링 알고리즘
  • 진행방향으로 더 이상 접근 요구가 없으면 방향을 바꾸는 방법
    • 이때 C-LOOK 스케줄링은 가장 먼 접근 요구의 트랙까지만 이동
  • 나머지는 LOOK은 SCAN, C-LOOK은 C-SCAN 스케줄링과 동일함

12.2.6 SLTE 스케줄링

• SLTF(Shortest Latency Time First) 스케줄링 알고리즘
  • 회전지연시간 최적화를 위한 알고리즘
  • 동일 실린더 내의 접근 요구 중 회전지연시간이 가장 짧은 것을 먼저 처리하는 방법
• 장점
  • 이론적인 최적해와 거의 일치함

12.3 파일 관리

12.3.1 파일 관리자의 요소

• 파일 관리자
  • 운영체제의 주요 구성요소
    • 파일을 생성, 삭제, 수정
  • 파일 접근 제어, 파일에 사용되는 자원 관리
• 파일 관리자의 요소
  • 액세스 방식 : 파일에 저장되어 있는 데이터에 접근하는 방식을 정함
  • 파일 관리 : 파일을 저장, 참조, 공유할 수 있도록 하며, 안전하게 보호될 수 있도록 함
  • 보조기억장치 관리 : 보조기억장치에 파일을 저장하는 데 필요한 공간을 할당함
  • 파일 무결성 유지 : 파일의 정보가 소실되지 않도록 보장함

12.3.2 파일 관리자의 기능

• 파일 관리자의 기능
  • 보조기억장치를 활성화시켜 파일을 할당함
  • 파일의 기록을 갱신하는 동안에는 파일을 메모리에 적재함
  • 테이블을 갱신하거나 수정된 사항이 있다면 파일을 보조기억장치의 같은 장소에 다시 쓰고 그 파일을 해지함

12.3.3 파일 구조와 접근방식

• 파일 구조
  • 파일을 구성하는 레코드들이 보조기억장치에 배치되는 방식
• 순차 파일
  • 레코드가 무릴적 순서에 따라 저장되어 있는 파일
  • 순차접근 저장장치에 많이 이용됨
• 인덱스된 순차 파일
  • 각 레코드의 키를 기준으로 한 논리적 순서대로 레코드가 저장되고, 일부 주요 레코드의 실제 주소가 저장된 인덱스를 구성하여 관리하는 파일
  • 키 순서에 의한 순차 액세스와 인덱스의 검색을 통한 직접 액세스 모두 가능
  • 보통 디스크에 이용됨
• 직접 파일
  • 각 레코드의 키를 이용하여 직접접근 저장장치의 물리적 주소를 통해 직접 액세스되는 파일

12.3.4 디스크 공간 할당

• 연속 할당 기법
  • 보조기억장치의 연속된 가용공간에 파일 저장공간을 할당하는 방식
  • 생성하려는 파일의 저장공간 크기를 미리 정해야 함
  • 장점
    • 액세스가 효율적임
    • 디렉터리 구현이 단순함
  • 단점
    • 외부 단편화
    • 파일 크기 확장에 대한 대응이 비효율적임
• 불연속 할당 기법
  • 섹터 또는 정해진 수의 섹터로 구성된 블록 단위로 공간을 할당하는 방식
  • 포인터를 이용하여 블록들을 연결 관리
  • 장점
    • 연속 할당 기법의 단점 해결
  • 단점
    • 파일 공간 분산으로 성능저하 발생
    • 포인터 관리를 위한 연산 및 공간 소비

참고 문헌 : 김진욱·이인복. 운영체제 워크북. 한국방송통신대학교출판문화원, 2023.