35. 디스크 장치

1. 디스크 장치의 종류

1-1. 하드디스크

하드디스크는 스핀들(spindle)이라는 원통 축에 여러 개의 플래터(platter)가 달려 있는 구조로 이루어져 있다. 구성 요소는 다음과 같다.

 

(1) 플래터

플래터는 표면에 자성체가 발라져 있어 자기를 이용하여 0과 1의 데이터를 저장할 수 있다. 플래터의 표면이 N극을 띠면 0으로, S극을 띠면 1로 인식한다. 보통 2장 이상으로 구성되며 항상 일정한 속도로 회전한다. 하드디스크 사양에 적혀 있는 rpm이 플래터의 회전 속도다.

 

보통 위아래 2개의 표면을 모두 사용하여 데이터를 저장하는데 한 쪽만 사용하는 모델도 있다. 일반 컴퓨터는 3.5인치 지름, 노트북 등의 휴대용 장치는 2.5인치 지름의 플래터를 많이 사용한다.

 

(2) 섹터와 블록

섹터(sector)는 하드디스크의 물리적인 가장 작은 저장 단위이다. 하나의 섹터에는 한 덩어리의 데이터가 저장된다.

 

블록(block)은 하드디스크의 논리적인 가장 작은 저장 단위이다. 운영체제에서는 클러스터(cluster)라고 표현하며 하드디스크에서는 블록 단위로 주소가 배정된다. 운영체제와 데이터를 주고 받을 때도 블록 단위로 주고 받는다.

 

(3) 트랙과 실린더

회전축을 중심으로 동일한 거리에 있는 섹터의 집합을 트랙이라고 한다. 또한 동일한 거리에 있는 트랙들의 집합을 실린더라고 한다.

 

디스크 헤드는 디스크 암에 고정되어 모든 헤더가 항상 같이 움직이기 때문에 같은 실린더에 속한 트랙을 동시에 읽거나 쓰는 것이 가능하다.

 

(4) 헤드와 플래터

하드디스크에서 데이터를 읽고 쓸 때는 읽기/쓰기 헤드를 사용한다. 헤드의 수는 데이터가 저장되는 플래터의 표면 수와 같다. 플래터는 항상 회전하고 있기 때문에 헤드가 달라붙는 형태면 손상되어 베드 섹터가 생기기 쉽다. 그래서 헤드는 플래터와 약간 거리를 둔 형태를 취한다.

 

컴퓨터가 종료될 때 흠집이 나지 않도록 헤드를 플래터의 맨 바깥쪽으로 이동시키는데 이를 파킹이라고 한다. 컴퓨터를 강제 종료할 경우 파킹 과정이 생략될 수 있기 때문에 조심하는 것이 좋다.

 

 

1-2. CD

하드디스크와 마찬가지로 트랙과 섹터로 구성되어 있다. 수평으로 움직이는 헤드가 트랙 사이를 이동하며 데이터를 읽는 형태다.

 

CD는 0과 1의 구분을 홈의 유무로 판단한다. 홈이 파져 있어 헤드에서 쏜 레이저가 반사되어 돌아오지 않을 경우엔 0으로, 돌아올 경우엔 1로 판단한다.

 

 

1-3. 하드디스크와 CD의 비교

 

	하드디스크	CD
회전 방식	플래터가 일정한 속도로 회전	모든 트랙이 동일한 속도로 회전
속도 차이	바깥쪽 트랙이 안쪽 트랙보다 빠름	바깥쪽 트랙일 때의 디스크 회전속도가 안쪽일 때보다 느림
섹터 개수	모두 동일	바깥쪽이 더 많음
섹터 크기	바깥쪽이 더 큼	모두 동일
장점	구동 장치가 단순하고 조용하게 작동	섹터 공간이 낭비되는 일이 없음
단점	바깥쪽 트랙으로 갈수록 낭비되는 공간이 생김	모터 제어가 복잡하고 소음이 발생
속도 표현	rpm	배속(최대 전송 속도)
데이터 입력 방향	바깥쪽 -> 안쪽	안쪽 -> 바깥쪽

 

 

 

2. 디스크 장치의 데이터 전송 시간

디스크 장치에서 데이터 전송 시간을 구성하는 요소는 3가지다.

 

1. 해당 트랙까지 이동하는 탐색 시간(seek time)
2. 원하는 섹터를 만날 때까지 회전하는 회전 지연 시간(rotation latency time)
3. 데이터를 읽어 전송하는 전송 시간(transmission time)

 

이 중 보통 가장 긴 건 탐색 시간이다. 데이터를 쓰고 지우는 과정에서 데이터가 조각 나있는 경우가 많기 때문이다.

 

 

 

3. 디스크 장치 관리

3-1. 파티션

하드디스크 영역을 논리적으로 분할하는 작업이다. 하나의 하드디스크를 여러 개로, 여러 개의 하드디스크를 하나로 취급(마운트)할 수 있게 한다.

 

 

3-2. 포매팅

저장장치는 페이지 테이블과 비슷하게 파일들의 정보를 기록한 파일 테이블을 가진다. 빈 저장장치에 이를 탑재하는 것을 포매팅이라고 한다.

 

 

3-3. 조각 모음

USB나 SSD같은 반도체를 이용한 저장장치를 사용하면 조각 모음을 할 필요가 없다.

 

 

 

4. 네트워크 저장장치

4-1. DAS (Direct Attached Storage)

서버와 같은 컴퓨터에 직접 연결된 저장장치를 이용하는 방식이다. 하나의 컴퓨터를 공유 서버로 지정하고 여러 대의 컴퓨터가 연결하는 식이다. DAS는 메인보드의 입출력 버스와 연결된다. USB 또는 Firewire(IEEE1394)를 사용한다.

 

컴퓨터에 직접 연결된 저장장치를 사용하기 때문에 서로 다른 운영체제라면 공유할 수 없다는 단점이 있다. 또한 데이터의 관리나 백업을 사용자가 직접 해야 한다.

 

 

4-2. NAS (Network Attached Storage)

기존의 저장장치를 LAN이나 WAN(Wide Area Network)에 붙여서 사용하는 방식이다.

 

 

4-3. SAN (Storage Area Network)

NAS가 저장장치에 인터페이스를 부착한 형태라면, SAN은 데이터 서버, 백업 서버, RAID 등의 장치를 네트워크로 묶고 데이터 접근을 위한 서버를 두는 형태이다. 데이터 공유, 백업, 보안 등이 서버를 통해 자동으로 이루어진다. 큰 회사의 시스템이나 대형 웹 시스템에 적합하다.