240228 CS 스터디 - 운영체제

 

RAID란? (Redundant Array of Independent Disks)

여러개의 디스크를 묶어서 하나의 디스크처럼 사용하는 기술. 

 

+) RAID vs 단일 디스크

대용량을 단일 볼륨으로 사용할 수 있다 -> 성능이 n배만큼 좋아진다.

RAID는 자동으로 백업하고 장애복구를 지원하기 때문에 안정성을 향상할 수 있다.

 

자동으로 백업하고 장애가 발생하면 이를 복구하는 시스템.

하드디스크는 사실 상 소모품이기 때문에 하드디스크의 장애로 인한 data 손실 가능성이 존재한다.

따라서 데이터를 저장장치에 보관할 때는 백업을 해야만 하는데, 중요한 데이터를 수시로 백업해야할 때 수동으로 하면 매우 번거롭다. 따라서 백업 전용 소프트웨어인 RAID를 사용한다.

 

RAID Level 0 (스트라이핑)

병렬로 연결된 여러개의 디스크에 데이터를 나눠서 입출력할 수 있도록 구성된다.

4개의 데이터를 저장하는 경우, 일반 방식에서는 1개의 디스크에 순서대로 네 번 저장하지만, RAID 0에서는 아래 그림과 같이 4개의 데이터를 4개의 디스크에 나누어 저장한다.

 

 

- 장점 : 이론적으로, 1개의 디스크로 구성된 일반 시스템보다 입출력 속도가 디스크 개수배만큼 빠르다.

- 단점 : 데이터가 각 디스크에 부분적으로 분할되어 저장되므로, 디스크 하나가 날아가버리면 모든 데이터를 사용하지 못하게 될 수도 있다. 장애 발생 시 복구하는 기능이 없기 때문에 데이터를 잃게 된다.

 

RAID Level 1 (미러링)

하나의 데이터를 2개의 미스크에 나누어 저장하여 장애 시 백업 디스크로 활용한다.

따라서 사실상 실제 사용 가능한 용량은 원본 데이터와 같다.

 

 

- 장점 : 안전하다. 오류가 발생했을 때 복구하는 시간이 가장 빠르다.

- 단점 : 저장하는 데이터와 같은 크기의 디스크가 하나 더 필요하기 때문에 비용이 증가한다. 또한 같은 내용을 두 번 저장하기 때문에 속도가 느려질 수 있다. (메모리 복사에 많은 시간 낭비)

 

RAID Level 4 (Parity based redundancy)

Disk array에 parity로 오류 검출 및 복구 기능을 추가했다.

 

Disk들의 블럭들에 대해 xor 연산을 수행하여 parity를 저장해두었기 때문에 디스크 한 개 정도 날아가도 parity를 통해 오류 검출 및 복구가 가능하다.

 

- 장점 : 오류 검출 및 복구 가능

- 단점 : small write problem -> 모든 parity 블록들이 한 디스크 내에 모두 존재하기 때문에 입출력 작업이 자주 일어나서 병목 현상이 발생할 수 있다. 또, 디스크의 수명도 줄어든다.

 

RAID Level 5 (Parity based redundancy with Rotated Parity)

RAID Level 5는 디스크에 parity를 분산하여 가지고 있는 방식으로, RAID Level 4에서 발생하는 small write problem을 해결한다. 제일 많이 쓰는 방법이다.

 

small write problem은 RAID Level 4에서 발생하는 현상으로, 작은 크기의 쓰기 작업이 특정 블록에 집중되면, 해당 디스크의 입출력 작업이 증가하여 패리티 디스크에 대해 병목 현상 발생하는 현상을 말한다.

 

이를 해결하기 위해 parity 블록을 드라이브 내에서 회전시켜 배치한다. 이렇게 하면 병렬적으로 해결이 가능하다.

 

 

+) RAID-5를 구성하기 위한 최소 디스크의 수는? 3개

RAID-5는 데이터를 분산하고 parity 정보를 사용하여 데이터 무결성을 유지하는 방식으로 동작하기 때문.

 

 

 

RAID Level 6

2개의 디스크 용량만큼이 패리티 정보로 사용이 된다.
RAID-5를 쓰는것보다 데이터 보존능력이 더 뛰어나다. 이유는 위에 언급된 바와 같이 디스크 2개 분량만큼, 패리티를 기록하기 때문에, 디스크 2개가 장애가 나도 데이터가 보존이 된다.

RAID-5레벨에 비해서 사용할 수 있는 데이터 공간은 1개의 디스크만큼 적지만, 장애에 대해서는 대응하기가 용이하다.

 

+) RAID-6를 구성하기 위한 최소 디스크의 수는? 4개

 

 

 

 

inode란?

파일 메타정보를 저장하는 자료구조.

 

+) 파일을 기술하는 "디스크 상의 데이터 구조"로서 파일의 데이터 블록이 디스크 상의 어느 주소에 위치하고 있는가와 같은 파일에 대한 중요한 정보를 갖고 있다.

 

inode 구조

 

- 부트블록 : 부팅시 실행. 운영체제 적재

- 수퍼블록 : 파일시스템 자체의 메타정보. 루트 디렉토리의 inode 번호가 저장됨.

- inode 리스트 : (PCB 비슷한 느낌)

- 데이터 블록 : 실제 파일, 디렉토리들의 저장공간. 그러나 공간 효율성을 위해 또다른 데이터 블록들에 대한 인덱스 공간으로도 활용됨.

 

모든 파일이나 디렉토리는 1개의 inode를 가지고 있고 각 inode는 해당 파일의 소유권, 허가권, 파일 종류, 실제 데이터의 주소 등을 가지고 있다. 이것이 메타 데이터이다.

 

이런 inode가 모여있는 공간을 inode block이라고 한다. (전체 디스크의 1% 정도를 차지한다.)

 

inode block 구조

 

우리는 외부적으로 파일 이름만 아는 상태로 파일을 읽고 쓰지만, 내부적으로는 inode 정보를 참조해서 처리된다.

마치 프로세스와 프로세스 id가 매칭된 것과 같이 모든 파일에는 inode 번호가 매칭돼 있다. 프로세스 처리를 위해 PCB에 있는 정보를 기반으로 처리하듯이, 응용 프로그램이 특정 파일에 액세스하기 위해서는 해당 파일의 정보가 담긴 inode를 참조한다.

 

 +) inode의 대체재? FAT

 

+) 파일 읽는 과정

1. 파일의 절대경로 분석 /usr/bin/tmp/auth.o

2. inode부터 먼저 찾아야 한다.

3. 수퍼블록에서 루트 inode의 직접 인덱스를 읽어서 파일 블록으로 이동한다.

4. 해당 블록에는 루트 디렉토리에 대한 메타 정보들이 들어있다. 거기서 하위 디렉토리에 대한 inode 정보를 읽어온다.

5. 원하는 파일을 찾을 때까지 계속 반복한다.

 

파일 metadata 구성

파일의 속성을 나타낸다.

- 파일 크기

- 파일 owner

- 파일 이름

- id

 

 

 

+) 디렉토리 vs 파일

파일은 데이터를 포함 (물리적), 디렉토리는 데이터를 포함하지 않음 (추상적)

 

파일은 읽고싶어하는 데이터가 저장되는 것.

디렉토리는 운영체제에서 추상적으로 관리하는 파일시스템의 위치, 사용자의 눈으로 파일을 관리하기 쉽게 만든 것.