CH11-1 I/O Management and Disk Scheduling

Operating System Design Objectives

1. 효율성

I/O 장치의 속도는 CPU와 메인 메모리에 비해 너무 느리다. 따라서 시스템 자원을 효율적으로 관리해야 한다.

I/O의 속도를 빠르게 하는 것이 중요하다.

 

2. 범용성

다양한 I/O 장치를 일관된 방식으로 처리하는 것이 바람직하다. 

- 읽기 read

- 쓰기 write

 

Disk Performance Parameters

Access Time: 데이터를 읽기 위해 디스크가 준비하는 데 걸리는 총 시간 (Seek Time + Rotational Delay or Latency)

- Seek Time: 디스크 헤드가 원하는 트랙으로 이동하는 데 걸리는 시간 (시간이 오래 걸려서 이 시간을 줄이는 것이 중요)

- Rotational Delay or Latency: 원하는 섹터의 시작 지점이 디스크 헤드 아래로 올 때까지 디스크가 회전하는 데 걸리는 시간

 

Transfer Time: 데이터를 실제로 읽거나 쓰는데 걸리는 시간

 

Disk Scheduling Policies

예시 상황: 200개의 트랙, 현재 디스크 헤드의 위치는 트랙 100

55, 58, 39, 18, 90, 160, 150, 38, 184 순서로 큐에 도착했다.

 

First-in, first-out (FIFO)

큐에 들어온 순서대로 처리하는 방식

 

- starvation 발생 가능성이 없다.

- 모든 프로세스들에 동등하다.

- 시간이 오래 걸려서 성능은 좋지 않다.

 

 

Shortest Service Time First

현재 헤드 위치에서 가장 가까운 거리의 트랙으로 이동하는 방식

- 성능적으로 가장 optimal하지만 starvation 발생 가능성이 매우 높아서 실제로는 사용하지 않는다.

* Windows - starvation 가능성 있지만 실제로 사용한다. CPU의 경우에는 속도가 엄청 빨라서 사실 starvation은 자주 일어나지 않는다.

SCAN

일단 한 방향으로 끝까지 돌고 난 후에 다른 방항으로 도는 방식

- starvation 발생 가능성이 낮으나 발생할 수 있다.

ex. 특정 track에 request가 계속해서 들어오면 디스크 헤드가 그 위치에만 있다.

- 어느 트랙에 위치하느냐에 따라 대기시간이 달라져서 공정하지 않다.

 

C-SCAN

SCAN의 공정하지 않은 문제를 해결한 방식으로 한 쪽 방향으로만 서비스를 한다.

100 → 150 → 160 → 184 → (0까지 갈 동안은 서비스 하지 않는다.) → 18 → 38 → 39 → 55 → 58 → 90

성능이 좋지 않다.

 

N-step-SCAN

SCAN의 starvation 발생 가능성을 없앤 방식

큐의 길이가 N (큐의 개수 X) 각각의 큐를 SCAN 방식으로 처리한다.

 

N = 1 이면 FIFO랑 똑같은 것이고 N의 값에 따라서 성능이 변한다.

같은 트랙에 request가 계속 온다고 해도 하나의 큐에 들어갈 수 있는 request의 개수가 정해져 있기 때문에 새로 도착하는 request들은 다른 큐에 위치하게 돼서 starvation 발생 가능성이 0이다. 먼저 도착한 request가 먼저 처리된다.

 

N값에 따라서 성능이 FIFO랑 SCAN 성능 사이를 왔다갔다 한다.

 

FSCAN

SCAN의 starvation 발생 가능성을 없앤 방식(N값을 고민하지 않아도 된다.)

- 2개의 큐를 사용한다. 하나는 현재 처리할 요청들을 담는 큐, 다른 하나는 스캔이 진행되는 동안 새로 도착하는 요청들을 담는 큐이다.

- 디스크 헤드가 스캔을 시작할 때 모든 처리할 요청들은 하나의 큐에 모여 있다. 이때 다른 큐는 비어있는 상태이다.

- 스캔이 진행되는 동안 새롭게 도착하는 모든 요청들은 다른 큐에 넣어진다. 

- 실제로 시스템에서 가장 많이 사용되는 방식

 

그 밖의 Disk Scheduling Policies

(1) Priority scheduling

request를 보낸 프로세스를 확인하는 방식으로, 프로세스의 우선순위가 높은 request를 먼저 처리한다. 

빠르게 완료되어야 하는 짧은 작업에 높은 우선순위를 부여하고, 사용자에게 즉각적인 응답이 필요한 작업에 높은 우선순위를 부여한다.

반대로 오랜 계산 시간을 요구하는 작업은 낮은 우선순위를 가진다.

즉, 프로세스에 따라 우선순위를 맞춰서 처리한다.

 

(2) Last-In-First-Out

가장 최근에 디스크 큐에 들어온 요청을 가장 먼저 처리한다. 최근에 도착한 요청을 먼저 처리함으로써 locality를 활용해 처리량을 향상시킨다.

하지만 starvation 발생 가능성이 매우 높다.