[쉽게 배우는 운영체제] Chapter 10. 입출력 시스템과 저장장치

01 입출력 버스

고속 주변장치가 저속 주변장치와 입출력 버스를 공유하면 입출력 속도가 현저히 저하되므로, 고속 입출력 버스와 저속 입출력 버스로 분리하여 운영한다.

 

 

02 하드디스크 구조

섹터는 하드디스크의 가장 작은 저장 단위다. 하나의 섹터에는 한 덩어리의 데이터가 저장된다. 트랙은 플래터에서 회전축을 중심으로 데이터가 기록되는 동일한 동심원상에 있는 섹터의 집합이다. 여러 개의 플래터에 있는 같은 트랙의 집합을 실린더라 부른다.

 

 

03 각속도 일정 방식과 선속도 일정 방식

하드디스크의 플래터는 항상 일정한 속도로 회전하기 때문에 일정한 시간 동안 이동한 각도가 같은 각속도 일정 방식이다. CD는 어느 트랙에서나 단위 시간당 디스크의 이동 거리가 같은 선속도 일정 방식이다.

 

 

04 하드디스크 입출력 속도

하드디스크에서 데이터를 가져오는 데 걸리는 총시간은 탐색 시간 + 회전 지연 시간 + 전송 시간이다. 이 중 가장 오래 걸리는 것이 탐색 시간이다.

 

 

05 디스크 스케줄링 알고리즘

• FCFS 디스크 스케줄링 : 가장 단순한 디스크 스케줄링 방식으로 요청이 들어온 트랙 순서대로 서비스한다.
• SSTF 디스크 스케줄링 : 현재 헤드가 있는 위치에서 가장 가까운 트랙부터 서비스한다.
• 블록 SSTF 디스크 스케줄링 : 큐에 있는 트랙 요청을 일정한 블록 형태로 묶은 후 블록으로 묶인 트랙들만 순서를 변경한다.
• SCAN 디스크 스케줄링 : 헤드가 움직이기 시작하면 맨 마지막 트랙에 도착할 때까지 되돌아 가지 않고 계속 앞으로만 전진하면서 요청받은 트랙을 서비스한다.
• C-SCAN 디스크 스케줄링 : SCAN 기법을 변형한 것으로, 헤드가 한쪽 방향으로 움직일 때는 요청받은 트랙을 서비스하고 반대 방향으로 돌아올 때는 서비스하지 않는다.
• LOOK 디스크 스케줄링 : 더 이상 서비스할 트랙이 없으면 헤드가 끝까지 가지 않고 중간에서 방향을 바꾼다.

 

06 RAID

RAID는 자동으로 백업을 하고 장애가 발생하면 이를 복구하는 시스템으로 '레이드'라고 읽는다. RAID 0은 순수한 스트라이핑으로 데이터를 동시에 저장하여 입출력 속도를 높이지만 백업 기능은 없다. RAID 1은 하나의 데이터를 2개의 디스크에 나누어 저장하여 장애 시 백업 디스크로 활용 한다. 순수한 백업 시스템인 RAID 1은 데이터가 똑같이 여러 디스크에 복사되기 때문에 미러링이라 부른다.

 

 

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연습 문제 01. 버스에서 데이터가 지나다니는 통로를 가리키는 용어는?

① 폴링

② 채널

③ 포트

④ 인터럽트

 

 

연습 문제 02. 메모리에 직접 접근할 수 있도록 입출력 제어기에 주어진 권한은?

① 폴링

② MMIO

③ 인터럽트

④ DMA

 

 

연습 문제 03. CPU와 입출력 제어기가 메모리를 분할하여 사용하는 방식은?

① 폴링

② MMIO

③ 인터럽트

④ DMA

 

 

연습 문제 04. 컴퓨터와 주변장치를 연결하는 단자는?

① 폴링

② 채널

③ 포트

④ 인터럽트

 

 

연습 문제 05. 디스크 저장장치의 가장 작은 저장 단위는?

① 플래터

② 블록

③ 섹터

④ 트랙

 

 

연습 문제 06. 디스크 저장장치의 동일한 동심원상의 섹터들을 통칭하는 용어는?

① 플래터

② 블록

③ 디스크 암

④ 트랙

 

 

연습 문제 07. 디스크 저장장치에서 여러 개의 플래터에 있는 같은 트랙의 집합을 가리키는 용어는?

① 섹터

② 블록

③ 실린더

④ 파킹

 

 

연습 문제 08. SSD를 위해 개발된 인터페이스 규격은?

① SATA

② HDMI

③ D-SUB

④ NVMe

 

 

연습 문제 09. 각속도 일정 방식에 대한 설명과 거리가 먼 것은?

① 일정 속도로 디스크 회전함

② 모든 섹터의 크기가 같음

③ 구동 장치가 단순함

④ 낭비되는 공간이 있음

 

 

연습 문제 10. 선속도 일정 방식에 대한 설명과 거리가 먼 것은?

① 트랙마다 회전 속도가 다름

② 모든 섹터의 크기가 같음

③ 구동 장치가 복잡함

④ 모든 트랙의 섹터 개수가 같음

 

 

연습 문제 11. 디스크 저장장치에서 플래터가 회전하여 만날 때까지 걸리는 시간을 나타내는 용어는?

① 오류 시간

② 회전 지연 시간

③ 탐색 시간

④ 전송 시간

 

 

연습 문제 12. 디스크 저장장치에서 데이터를 가져오는 데 걸리는 시간 중 가장 많이 걸리는 것은?

① 오류 시간

② 회전 지연 시간

③ 탐색 시간

④ 전송 시간

 

 

연습 문제 13. 디스크 스케줄링 기법 중 가장 단순한 방식은?

① FCFS

② SSTF

③ LOOK

④ SCAN

 

 

연습 문제 14. 디스크 스케줄링 기법 중 현재 헤드가 있는 위치에서 가장 가까운 트랙부터 서비스하는 방식은?

① FCFS

② SSTF

③ LOOK

④ SCAN

 

 

연습 문제 15. 디스크 스케줄링 기법 중 한쪽 방향으로 움직이면서 만나는 트랙을 서비스하는 방식은?

① FCFS

② SSTF

③ 블록 SSTF

④ SCAN

 

 

연습 문제 16. 디스크 스케줄링 기법 중 SCAN과 유사하지만 더 이상 서비스할 트랙이 없으면 중간에서 방향을 바꾸는 방식은?

① FCFS

② SSTF

③ LOOK

④ 블록 SSTF

 

 

연습 문제 17. RAID 중 백업 기능이 없는 것은?

① RAID 1

② RAID 0

③ RAID 4

④ RAID 6

 

 

연습 문제 18. RAID 중 순수한 미러링은?

① RAID 1

② RAID 0

③ RAID 4

④ RAID 6

 

 

연습 문제 19. RAID 중 0+1의 단점을 개선한 것은?

① RAID 5

② RAID 10

③ RAID 4

④ RAID 2

 

 

연습 문제 20. (채널)은 버스에서 데이터가 지나다니는 통로다.

 

 

연습 문제 21. (DMA)는 메모리에 직접 접근할 수 있도록 입출력 제어기에 주어진 권한이다.

 

 

연습 문제 22. (MMIO)는 CPU와 입출력 제어기가 메모리를 분할하여 사용하는 방식이다.

 

 

연습 문제 23. (인터럽트 핸들러)는 인터럽트를 처리하는 서비스 루틴 혹은 함수다.

 

 

연습 문제 24. (포트)는 컴퓨터와 주변장치를 연결하는 단자다.

 

 

연습 문제 25. (HDMI)는 컴퓨터와 모니터 연결 단자 중 오디오와 비디오 신호를 같이 저장하는 단자다.

 

 

연습 문제 26. (섹터)는 디스크 저장장치의 가장 작은 저장 단위다.

 

 

연습 문제 27. (트랙)은 디스크 저장장치의 동일한 동심원상의 섹터들을 통칭하는 용어다.

 

 

연습 문제 28. (실린더)는 디스크 저장장치에서 여러 개의 플래터에 있는 트랙의 집합이다.

 

 

연습 문제 29. (탐색 시간)은 디스크 저장장치에서 헤드가 특정 트랙까지 이동하는 데 걸리는 시간이다.

 

 

연습 문제 30. (FCFS) 디스크 스케줄링은 디스크 스케줄링 기법 중 가장 단순한 방식이다.

 

 

연습 문제 31. (SSTF) 디스크 스케줄링은 디스크 스케줄링 기법 중 현재 헤드가 있는 위치에서 가장 가까운 트랙부터 서비스하는 방식이다.

 

 

연습 문제 32. (SCAN) 디스크 스케줄링 방식은 디스크 스케줄링 기법 중 한쪽 방향으로 끝까지 움직이면서 만나는 트랙들을 서비스하는 방식이다.

 

 

연습 문제 33. (LOOK) 디스크 스케줄링은 디스크 스케줄링 기법 중 SCAN과 유사하지만 더 이상 서비스할 트랙이 없으면 중간에서 방향을 바꾸는 방식이다.

 

 

연습 문제 34. (블록-SSTF) 디스크 스케줄링은 디스크 스케줄링 기법 중 일정한 트랙을 블록으로 묶고, 블록 안에 헤드가 있는 위치에서 가장 가까운 트랙부터 서비스하는 방식이다.

 

 

연습 문제 35. (C-SCAN) 디스크 스케줄링은 디스크 스케줄링 기법 중 한쪽 방향으로 끝까지 움직이면서 만나는 트랙들을 서비스하고 반대로 움직일 때는 작업 없이 이동만 하는 방식이다.

 

 

연습 문제 36. (RAID 0)은 RAID 중 백업 기능이 없다.

 

 

연습 문제 37. (RAID 1)은 RAID 중 순수한 미러링이다.

 

 

연습 문제 38. (RAID 2)는 RAID 중 에러 교정 코드를 사용하는 방식이다.

 

 

연습 문제 39. (RAID 10)은 RAID 중 0+1의 단점을 개선한 것이다.

 

 

연습 문제 40. 입출력장치와 버스의 분리에 대하여 설명하시오.

컴퓨터의 주변장치에는 입출력장치와 저장장치로 구서오디는데, 각 장치는 메인보드에 있는 버스로 연결된다. 이때, 키보드같이 메모리와 주변 장치 사이에 오고 가는 데이터 양이 적어 데이터 전송률이 낮은 저속 주변장치와 고속 주변장치를 무분별하게 사용하면 데이터 전송 속도가 느려진다. 이러한 문제점을 해결하고자 기존의 CPU가 직접 입출력장치에서 데이터를 가져오던 폴링 방식에서 입출력 제어기에 맡기는 구조로 변경되면서 입출력 제어기는 메인버스와 입출력 버스의 2개 체널로 나뉘게 된다.

 

 

연습 문제 41. DMA를 설명하시오.

DMA는 CPU의 도움 없이도 메모리에 접근할 수 있도록 입출력 제어기에 부여된 권한을 의미한다.

 

 

연습 문제 42. MMIO를 설명하시오.

CPU가 작업하는 공간과 DMA 제어기가 데이터를 옮기는 공간을 분리해 메인메모리를 운영하는 방식을 의미한다.

 

 

연습 문제 43. 하드디스크에서 섹터, 트랙, 실린더를 설명하시오.

섹터는 하드디스크의 가장 작은 저장 단위이며, 트랙은 플래터에서 회전축을 중심으로 데이터가 기록되는 동일한 동심원상에 있는 섹터의 집합을 의미하며 여러 개의 플래터에 있는 같은 트랙의 집합을 실린더라고 한다.

 

 

연습 문제 44. 각속도 일정 방식과 선속도 일정 방식을 설명하시오.

각속도 일정 방식의 회전 : 하드디스크의 플래터가 항상 일정한 속도로 회전하여 바깥쪽 트랙의 속도가 안쪽보다 훨씬 빠르기 때문에 가장 바깥쪽에 있는 섹터가 가장 안쪽에 있는 섹터보다 더 크다.

 

선속도 일정 방식의 회전 : 어느 트랙에서나 단위 시간당 디스크의 이동 거리가 같은데, 이를 구현하려면 헤드가 안쪽 트랙에 있을 때는 디스크의 회전 속도를 빠르게 하고, 바깥쪽 트랙으로 이동했을 때는 디스크의 회전 속도를 느리게 해야 한다.

 

각속도 일정 방식의 섹터 : 트랙마다 속도가 다르기 때문에 섹터의 크기도 다르다.

 

선속도 일정 방식의 섹터 : 모든 트랙의 움직이는 속도가 같고 섹터의 크기도 같다.

 

 

연습 문제 45. SSTF와 블록 SSTF 디스크 스케줄링을 설명하시오.

SSTF 디스크 스케줄링은 현재 헤드가 있는 위치에서 가장 가까운 트랙부터 서비스한다.

블록 SSTF 디스크 스케줄링은 일정한 블록 형태로 묶어 블록 내에서 가장 가까운 트랙부터 서비스한다.

 

 

연습 문제 46. SCAN과 LOOK 디스크 스케줄링을 설명하시오.

SCAN 디스크 스케줄링은 헤드가 한 방향으로만 움직이면서 서비스하고 맨 마지막 트랙에 도착할 때까지 되돌아가지 않고 계속 앞으로만 전진한다.LOOK 디스크 스케줄링은 더 이상 서비스할 트랙이 없으면 헤드가 끝까지 가지 않고 중간에서 방향을 바꾼다.

 

 

연습 문제 47. RAID 0과 RAID 1을 설명하시오.

RAID 0은 병렬로 연결된 여러 개의 디스크에 데이터를 동시에 입출력할 수 있도록 구성되고 RAID 1은 하나의 데이터를 2개의 디스크에 나누어 저장해 장애시 백업 디스크로 활용한다.