[CS] 혼공컴운 Chapter 7. 보조기억장치

07-1 다양한 보조기억장치

하드 디스크

자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치이며, 대용량 저장 장치가 필요한 작업이나 서버실에 주로 쓰인다.

• 하드 디스크의 내부에 실질적으로 데이터가 저장되는 곳은 아래 그림 속 동그란 원판으로, 플래터(plater)라고 한다. 플래터는 자기 물질로 덮여 있어 수많은 N극과 S극을 저장하며 0과 1의 역할을 수행.
• 스핀들(spindle)은 플래터를 회전시키는 역할을 수행.

• 헤드(head)는 플래터 위에서 미세하게 떠 있는 채로 데이터를 읽고 쓰는, 마치 바늘같이 생긴 부품.
• 디스크 암(disk arm)이 헤드를 이동시키는 역할을 수행.

• 플래터는 트랙(track)과 섹터(sector)라는 단위로 데이터를 저장.
• 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때, 그 중 하나의 원이 트랙.
• 트랙을 피자 조각 처럼 나뉘어 진 것을 섹터라고 하며, 일반적으로 512바이트의 크기를 가진다.

• 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위를 실린더(cylinder)라고 부른다.
• 연속된 정보는 보통 한 실린더에 기록되는데, 이는 디스크 암을 움직이지 않고도 바로 데이터에 접근할 수 있기 때문이다.

 

데이터 접근 과정

탐색 시간

탐색 시간(seek time)은 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간.

회전 지연

회전 지연(rotational latency)은 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간.

전송 시간

전송 시간(transfer time)은 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간.

컴퓨터의 시간

 

플래시 메모리

전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치이며, USB메모리, SD카드, SSD와 같은 보조기억장치 뿐만 아니라 주기억장치 중 하나인 ROM에도 사용되므로, 거의 모든 전자제품 안에 플래시 메모리가 내장되어 있다고 볼 수 있다.

• 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위는 셀(cell)
• 셀이 모여 MB, GB, TB 용량을 갖는 저장 장치가 된다.
• 하나의 셀에 몇 비트를 저장하는 지에 따라 플래시 메모리를 SLC, MLC, TLC, QLC 타입으로 나뉨.

 

SLC 타입 (Single Level Cell)

• 한 셀에 1비트씩 저장.
• MLC, TLC 타입에 비해 비트의 빠른 입출력이 가능.
• MLC, TLC 타입보다 수명도 길어 수만에서 수십만 번 가까이 데이터를 쓰고 지우고를 반복할 수 있다.
• 하지만 SLC 타입은 용량 대비 가격이 높다.
• 따라서 데이터를 읽고 쓰기가 매우 많이 반복되며 고성능의 빠른 저장 장치가 필요한 경우에 사용.

 

MLC 타입 (Multiple Level Cell)

• 한 셀에 2비트씩 저장.
• SLC 타입보다 수명은 떨어지지만, 한 셀에 2비트씩 저장할 수 있다는 점에서 SLC 타입보다 대용량화에 유리.
• 따라서 SLC 타입보다 용량 대비 가격이 저렴.

 

TLC 타입 (Triple Level Cell)

• 한 셀에 3비트씩 저장.
• SLC, MLC 타입보다 수명과 속도가 떨어지지만 대용량화 하기 유리하므로 용량 대비 가격이 저렴하다.

 

• 셀들이 모여 만들어진 단위를 페이지(page)
• 페이지가 모여 만들어진 단위를 블록(block)
• 블록이 모여 만들어진 단위를 플레인(plane)
• 플레인이 모여 만들어진 단위를 다이(die)

 

07-2  RAID의 정의와 종류

RAID의 정의

RAID(Redundant Array of Independent Disks)는 주로 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술로, 데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술을 의미.

 

RAID의 종류

RAID 구성 방법을 RAID 레벨이라 표현하는데, 대표적으로 RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6이 있고,
그로부터 파생된 RAID 10, RAID 50 등이 있다.

 

RAID 0

• 여러 개의 보조기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
• 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터를 스트라입(stripe)이라 하고, 분산하여 저장하는 것을 스트라이핑(striping)이라 함.

• 아래와 같이 데이터가 분산되어 저장되면, 저장된 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빨라짐.
• 따라서 4TB 저장 장치 한 개를 읽고 쓰는 속도보다 RAID 0로 구성된 1TB 저장 장치 4개의 속도가 이론상 4배 빠름.

• 단, RAID 0으로 구성된 하드 디스크 중 하나에 문제가 생긴다면 다른 모든 하드 디스크의 정보를 읽는데 문제가 생길 수 있어 저장된 정보가 안전하지 않다는 단점이 있다.
• 이를 극복하기 위해 등장한 것이 RAID 1

 

RAID 1

• 복사본을 만드는 방식으로 미러링이라고도 함.
• 아래와 같이 원본과 백업(복사본)을 만들기 때문에 복구가 매우 간단하다는 장점이 있다.
• 하지만 사용 가능한 용량이 적어지는 단점이 있다.

 

RAID 4

• 복사본을 만드는 대신 '오류를 검출하고 복구하기 위한 정보를 저장한 장치'(패리티 비트)를 두는 구성 방식.
• 패리티를 저장한 장치를 이용해 다른 장치들의 오류를 검출하고, 오류가 있다면 복구.

• 하지만 어떤 새로운 데이터가 저장될 때마다 패리티를 저장하는 디스크에도 데이터를 쓰게 되므로 패리티를 저장하는 장치에 병목 현상이 발생한다는 단점이 있다.

 

RAID 5

• 패리티 정보를 분산하여 저장하는 방식으로 RAID 4의 병목 현상 문제를 해소.

 

RAID 6

• 구성은 기본적으로 RAID 5와 같으나, 서로 다른 두 개의 패리티를 두는 방식.
• 오류를 검출하고 복구할 수 있는 수단이 두 개가 되어 RAID 4, RAID 5보다 안전한 구성.
• 하지만 새로운 정보를 저장할 때마다 함께 저장할 패리티가 두 개이므로, 쓰기 속도가 느리다는 단점이 있다.
• 데이터 저장 속도를 조금 희생하더라도 데이터를 더욱 안전하게 보관하고 싶을 때 사용하는 방식.