Data Engineering/혼공컴운

혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제 7장 정리

potatode 2025. 1. 20. 07:21

7. 보조기억장치

7.1 다양한 보조기억장치

하드디스크

: 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치

  • 대용량 저장 장치가 필요한 작업이나 서버실에 자주 출입하는 작업을 한다면 하드 디스크를 자주 접함
  • 플래터 : 하드 디스크에서 실질적으로 데이터가 저장되는 동그란 원판
    • 자기 물질로 덮여 있어 수많은 N극과 S극을 저장 ⇒ 0과 1의 역할을 수행
    • 하드디스크는 여러 겹의 플래터로 이루어짐
  • 스핀들 : 플래터를 회전시키는 구성요소
    • 플래터를 돌리는 속도 : RPM - 분당 회전수
  • 헤드 : 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
  • 디스크 암 : 헤드를 원하는 위치로 이동

 

  • 플래터 저장 원리
    • 트랙, 섹터 단위로 데이터 저장
    • 트랙 : 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때, 하나의 원
    • 섹터 : 트랙은 피자처럼 여러 조각으로 나뉘는데, 그 중 한조각
      • 하드디스크의 가장 작은 전송 단위
    • 실린더 : 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
      • 연속된 정보는 한 실린더에 기록됨 ⇒ 디스크 암을 움직이지 않고도 바로 데이터 접근 가능하므로
  • 저장된 데이터 접근 과정
    • 탐색 시간 : 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
    • 회전 지연 : 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
    • 전송 시간 : 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
    ⇒ 이 시간들은 성능에 큰 영향을 줌
    • 탐색 시간, 회전 지연을 단축시키기 위해서는 RPM을 높이는 것도 중요하지만

참조 지역성 = 접근하려는 데이터가 플래터 혹은 헤드를 조금만 옮겨도 접근할 수 있는 곳에 위치 하는 것도 중요함!플래시 메모리

  • USB 메모리, SD 카드, SSD

: 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치

  • 셀 : 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
    • 셀이 모여 MB, GB, TB 용량을 갖는 저장 장치가 되는 것
    • 셀에 따른 플래시 메모리 종류
      • SLC : 한 셀에 1비트 저장
      • MLC : 한 셀에 2비트 저장
      • TLC : 한 셀에 3비트 저장
      ⇒플래시 메모리의 수명, 속도, 가격에 큰 영향
  • SLC 타입
    • 한 셀로 2개의 정보 표현 가능
    • 비트의 빠른 입출력 가능
    • 용량 대비 가격 높음
    ⇒ 기업에서 데이터 읽고 쓰기가 매우 많이 반복되며 고성능의 빠른 저장 장치가 필요한 경우 사용
  • MLC 타입
    • 한 셀로 4개의 정보 표현 가능
    • SLC보다 대용화에 유리
    • SLC보다 용량 대비 가격 저렴
    ⇒ 시중에서 사용되는 많은 플래시 메모리 저장 장치들에 사용
  • TLC 타입
    • 한 셀로 3비트씩 저장 가능 ⇒ 8개의 정보 표현 가능
    • SLC, MLS 보다 수명, 속도가 떨어지지만 용량 대비 가격 저렴
  • 단위
    • 셀이 모여 만들어지는 단위 : 페이지
    • 페이지가 모여 만들어진 단위 : 블록
    • 블록이 모인 단위 : 플레인
    • 플레인이 모인 단위 : 다이
  • 플래시 메모리에서 일기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어짐
  • 삭제는 블록 단위로 이루어짐

⇒ 읽기/쓰기 단위와 삭제 단위가 다르다는 것이 플래시 메모리의 가장 큰 특징

  • 페이지의 상태
    • Free
    • : 어떤 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
    • Valid
    • : 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
    • Invalid이러한 쓰레기 값 정리를 위해 ‘가비지 컬렉션’ 기능 제공→ 기존 블록 삭제
    • : 유효한 페이지들만을 새로운 블록으로 복사
    • : 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태

7.2 RAID의 정의와 종류

: 데이터의 안정성 혹은 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술

  • 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술

RAID의 종류

  • RAID의 구성방법 = RAID 레벨
  • 레벨은 대표적으로 0,1,2,4,5,6,10… 등이 존재

RAID 0

  • 스트라입 : 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터
  • 스트라이핑되면 저장된 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빨라짐
  • 단점
    • 정보가 안전하지 않음
      • 하나의 하드디스크에서 문제가 생기면 다른 모든 하드 디스크의 정보를 읽는데 문제 발생 가능성

RAID 1

  • 쓰기 속도는 RAID 0 보다 느림
  • 복구가 매우 간단함
  • 단점
    • 하드 디스크 개수가 한정되었을 때 사용 가능한 용량이 적어짐

RAID 4

  • 패리티 비트 : 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보
    • RAID 1보다 적은 하드디스크로 데이터를 안전하게 보관 가능

RAID 5

  • RAID 4의 병목 현상을 해소

RIAD 6

  • 오류를 검출하고 복구할 수 있는 수단이 2개 생김
  • 데이터 더욱 안전하게 보관 가능
  • 단점
    • 새로운 정보 저장 시 함께 저장할 페리티가 2개이므로, 쓰기 속도는 5보다 느림
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