제3의 저장장치 구조(Tertiary Storage Structure)

14. 제3의 저장장치 구조(Tertiary Storage Structure)

14.1 제3의 저장장치(Tertiary-Storage Devices)

▶ 제3의 저장장치의 특성

- 저렴

- 제거 가능

ex) 플로피 디스크, CD-ROM 등

14.1.1 제거 가능한 디스크(Removable Disks)

▶ 판독기록 디스크: 반복된 쓰기, 읽기 가능

① 제거 가능한 자기 디스크

ex) 플로피 디스크

- 플라스틱 케이스로 보호

- 용량: 1Mbyte - 1Gbyte 이상

- 하드디스크만큼 빠르게 동작

- 표면의 긁힘에 의한 손상 가능

② 자기 광 디스크

- 자기 광 헤드는 자기 디스크 헤드보다 디스크 표면으로부터 멀리 떨어짐

- 플라스틱이나 유리에 의한 자기 물질 보호

- 헤드에 의한 손상으로부터 보다 안전

- 레이저빔이 주사된 좁은 지점(비트)은 가열되어 자기장을 받아들일 수 있는 샵(shop)을 형성

- 레이저 빛의 Kerr효과에 의한 한 비트를 판독

→ 레이저빔이 자기 지점에서 반사될 때 자기장의 방향에 따라 시계방향 또는 반 시계방향으로 회전하는 현상을 이용

③ 광 디스크

→ 자기장을 사용하지 않고 레이저 빛에 의해 상대적으로 밝거나 어두운 점으로 변경하는 기술

1) 단계 변화(phase-change) 디스크

- 레이저 빛의 강도를 조절하여 결정체나 비결정체로 상태를 변화시킴

- 두 상태는 레이저 빛을 서로 다른 강도로 반사함

2) 염료 중합체(dye-polymer) 디스크

- 디스크는 레이저 빛을 흡수하는 염료를 포함한 플라스틱으로 입혀짐

- 레이저는 작은 점을 가열하여 융기(bump)를 만들어냄

- 레이저 빛의 강도를 조절하여 부드러운 상태나 원래의 상태로 변화시킴

▶ WORM 디스크: 단 한번만 쓰고 여러 번 판독

ex) CD-ROM, DVD

- 두 장의 유리나 플라스틱 판 사이에 알루미늄 필름을 넣음

- 레이저 빛으로 알루미늄 필름을 통과시켜 작은 구멍을 냄

- 영구적이고 신뢰성이 높음

14.1.2 테이프(Tapes)

▶ 특성

- 저렴하고 방대한 자료 저장 가능

- 전송 속도는 디스크와 유사하나, 임의 접근 속도는 훨씬 느림

→ 빨리 감기나 되감기의 속도가 느리기 때문

- 디스크 자료의 백업 복사용으로 많이 사용됨

▶ 로보틱 테이프 교환기: 테이프 구동기와 테이프 저장고의 저장 슬롯 사이에 테이프를 옮김

- 스태커(stacker): 소수의 테이프를 가지고 있는 저장고

- 사일로(silo): 많은 수의 테이프를 가지고 있는 저장고

→ 니어라인(near-line) 저장장치로도 불림

14.1.3 향후 기술

▶ 예: 입체 사진의 저장 - 현재는 비용이 많이 들어 사용되지 않고 있음

14.2 운영체제 작업(Operating-System Jobs)

14.2.1 응용 인터페이스(Application Interface)

▶ 제거 가능한 디스크: 고정된 디스크와 거의 동일한 방식으로 관리

→ 새로운 카트리지가 구동기에 들어오면, 포맷된 후 공백의 파일 시스템이 만들어짐

▶ 테이프: 하드디스크와 다르게 관리

- 운영체제는 테이프를 가공하지 않은 저장 매체로서 표현함

- 응용은 테이프에 있는 파일을 개방하는 것이 아니라, 전체 테이프 구동기를 개방함

- 독점적으로 사용되기 때문에, 여러 응용에서 인터리빙(interleaving)될 경우 스레딩 발생 가능

- 운영체제의 도움 없이, 응용이 블록의 배열을 어떻게 사용할지를 결정함

→ 테이프는 해당 응용에 의해서만 사용될 수 있음

- 테이프 구동기의 기본 명령: read, write, locate(디스크의 seek 대신 사용)

- 테이프 구동기는 다양한 블록 크기를 가질 수 있고, 각 블록의 크기는 블록이 저장될 때 결정됨

- read position 명령: 테이프 헤드가 위치한 논리적 블록 숫자를 반환

- space 명령: ex) space-2: 두 개의 논리적 블록 뒤에 위치시킴

- 테이프 구동기는 추가 전용 장치임: 기록된 블록 뒤에 테이프 끝(EOT; end-of-tape) 표시를 함

→ 테이프의 중간에서 블록을 변경시키면 그 블록 뒤의 모든 것을 지움

14.2.2 파일 네이밍(File Naming)

▶ 일반적으로 오늘날의 운영체제는 제거 가능한 매체에 대한 이름 공간 문제를 해결하지 않은 채 남겨 놓고 있으며, 자료에 접근하고 해석하는 문제는 응용과 사용자에게 남겨 놓고 있음

ex) 표준화된 예: CD

14.2.3 계층적 저장장치 관리(Hierarchical Storage Management)

▶ 주크박스(jukebox): 제3의 저장장치의 카트리지를 자동적으로 교체하는 장치

▶ 계층적 저장장치 시스템: 주기억장치, 보조기억장치, 제3의 저장장치

→ 파일 시스템의 확장: 원하는 파일이 보조기억장치에 없으면 제3의 저장장치로부터 보조기억장치로 가져올 때까지 open() 시스템 호출이 자동적으로 연기됨

14.3 성능 문제(Performance Issue)

14.3.1 속도(Speed)

▶ 대역폭(bandwidth): 초당 전송되는 바이트 수

- 지속 대역폭(sustained bandwidth): 전송 시간 동안의 전송률 ← 통상적으로 이를 언급

- 유효 대역폭(effective bandwidth): 전체 I/O 시간 동안의 전송률

  → seek나 locate 명령 실행 시간, 쥬크박스의 카트리지 교환 시간 등을 포함

▶ 접근 지연(access latency): 테이프가 디스크에 비해 훨씬 느림

→ 주크박스를 사용하는 경우에는 더욱 느림

14.3.2 신뢰성(Reliability)

▶ 고정 디스크에 대한 상대적 비교

- 제거 가능한 디스크: 카트리지가 먼지, 온도, 습기, 휨 등에 노출되어 신뢰도가 낮음

- 광 디스크: 투명한 플라스틱이나 유리 층 사이에 보호되므로 신뢰도가 높음

- 자기 테이프: 헤드가 테이프와 접하기 때문에 마찰에 의해 헤드의 마모가 심해 신뢰도가 낮음

14.3.3 비용(Cost)

▶ 메가바이트당 비용의 추세

- DRAM 메모리: [그림 14.1]

- 자기 하드디스크: [그림 14.2]

- 테이프 구동기: [그림 14.3]

▶ 결론

- 주기억장치는 디스크 저장장치보다 훨씬 비쌈

- 하드디스크의 가격이 급속히 떨어져서 테이프 구동기와 경쟁이 가능함

- 가장 저렴한 테이프 구동기와 디스크 구동기는 해당 년도에 동일한 용량을 가짐

  → 테이프가 디스크의 백업용으로 사용되기 때문

- 기록 가능한 광 디스크는 하드디스크보다 훨씬 비쌈