[운영체제] 보조 기억 장치란?

1. 하드디스크(HDD) 구조

1) 기본 개념

• 보조 기억장치로 가장 널리 사용됨
• 회전하는 자기 디스크에 데이터를 저장
• 기계적 동작 → 성능 병목의 원인이 되기도 함

2) 역사

• 1950년대 IBM에서 개발
• 1960년대부터 범용 컴퓨터에 보조 저장장치로 사용

3) 내부 구성

• 여러 개의 디스크 플래터가 **축(spindle)**에 수직으로 쌓여 있음
• 각 플래터 면마다 헤드가 존재
• 플래터 면은 동심원 구조의 **트랙(track)**으로 구성
• **섹터(sector)**는 트랙을 나눈 데이터 단위 (예: 512B)
• **실린더(cylinder)**는 같은 위치의 트랙들을 수직으로 연결한 개념

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2. 디스크 접근 시간 구성

1. 탐색시간(Seek Time): 헤드가 목적 실린더로 이동하는 시간
2. 회전지연(Rotational Latency): 원하는 섹터가 헤드 아래 올 때까지의 회전 시간
3. 전송시간(Transmission Time): 섹터 데이터를 전송하는 시간

 

예시:

• 탐색시간: 20ms
• 회전지연시간: 3ms
• 전송시간: 0.00094ms/byte

 

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3. 디스크 스케줄링 알고리즘

디스크 I/O 큐

• 운영체제는 디스크 장치마다 요청 큐를 유지하며, 어떤 요청을 우선 처리할지 결정하는 것이 스케줄링의 핵심!

 

1) FCFS (First Come First Served)

• 처리 순서: 도착 순
• 장점: 공평함
• 단점: 탐색 거리 비효율적

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2) SSTF (Shortest Seek Time First)

• 처리 순서: 현재 헤드 위치에서 가장 가까운 요청부터
• 장점: 평균 이동 거리 ↓
• 단점: 기아(Starvation) 발생 가능 → 양 끝 트랙이 계속 무시될 수 있음

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3) SCAN (엘리베이터 알고리즘)

• 처리 순서: 한 방향으로 이동하며 요청 처리 후, 방향 전환
• 특징: 헤드는 디스크 끝까지 이동하며 왕복
• 장점: SSTF에 비해 편차 ↓
• 단점: 양 끝이 더 유리해질 수 있음

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4) C-SCAN (Circular SCAN)

 

• 처리 순서: 한 방향만 처리하고 끝에서 처음으로 순간이동하여 다시 같은 방향으로 처리
• 장점: 응답 시간 편차 최소화

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5) LOOK / C-LOOK

• LOOK: 끝까지 가지 않고, 가장 먼 요청까지만 이동 후 방향 전환
• C-LOOK: LOOK + C-SCAN → 마지막 요청 후 처음으로 이동

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4. 스케줄링 알고리즘 선택 기준

• 요청이 순차적인지, 임의 접근인지에 따라 성능이 달라짐
• 파일이 연속할당인지 연결할당인지에 따라 달라짐
• 디렉토리와 색인 블록의 위치도 성능에 영향

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5. SSD (Solid State Disk)

1) 개요

• 플래시 메모리 기반의 저장 장치
• 기계적 부품 없이 전자적으로 동작
• 속도 빠름, 전력 소비 낮음, 충격에 강함, 소형/경량

2) 단점

• 비쌈
• 데이터를 지우고 나서만 쓸 수 있음
• 삭제 횟수 제한 (10,000 ~ 1,000,000회 수준)

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6. HDD vs SSD 비교

항목	HDD	SSD
용량	1TB	1TB
읽기/쓰기 속도	210MB/s	545MB/s
소비 전력	6.8W / 6.1W	2800mW / 30mW
무게	450g	32.7g
가격 (2024)	약 7만원	약 9.2만원