학습 목표
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하드 디스크 구조와 작동 원리
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플래시 메모리 구조와 작동 원리
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RAID의 의미와 다양한 RAID 레벨
다양한 보조기억장치
하드 디스크, 플래터, 데이터 접근 시간, 플래시 메모리, 페이지, 블록
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대표적인 보조기억장치 = 하드 디스크 + 플래시 메모리
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플래시 메모리 = USB 메모리, SD 카드, SSD, …
하드 디스크
HDD, Hard Disk Drive
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자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치
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자기 디스크(magnetic disk)의 일종
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플래터, platter
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실질적으로 데이터가 저장되는 곳, 동그란 원판
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자기 물질로 덮여 있어 수많은 N, S극 저장 → 0과 1
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스핀들, spindle
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플래터를 회전시키는 구성 요소
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스핀들이 ㅡㄹ래터를 돌리는 속도 → RPM (Revolution Per Minute)
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15,000 RPM → 분당 15,000 회전
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헤드, head
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플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
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디스크 암, disk arm
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헤드를 원하는 위치로 이동시키는 구성 요소
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양면 플래터를 사용하면 위아래로 플래터당 두 개의 헤드
플래터에 데이터가 저장되는 원리
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트랙과 섹터 단위로 데이터를 저장
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트랙: 여러 동심원 중 하나, 운동장의 트랙이랑 비슷
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섹터: 하나의 트랙은 여러 개의 섹터
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섹터는 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위
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일반적으로 512 바이트, 일부 하드 디스크는 4,096 바이트
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여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳 → 논리적 단위: 실린더, cylinder
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한 플래터를 동심원으로 나눈 공간은 트랙
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같은 트랙끼리 연결한 원통 모양의 공간은 실린더
데이터 접근
접근 시간 = 탐색 시간 + 회전 시간 + 전송 시간
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탐색 시간, seek time
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접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
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회전 시간, rotational latency
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헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
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전송시간, transfer time
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하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
구글 AI를 주도하는 제프 딘의 ‘프로그래머가 꼭 알아야 할 컴퓨터 시간들’
플래시 메모리
Flash Memory
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전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치
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셀: 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
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셀이 모여 MB, GB, TB 용량 형성
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하나의 셀이 몇 비트를 저장하는가? → 플래시 메모리 종류 나뉨
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SLC, Single Level Cell
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한 셀에 1 비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
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MLC, Multiple Level Cell
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한 셀에 2 비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
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TLC, Triple Level Cell
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한 셀에 3 비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
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가격, 속도, 수명에 큰 영향
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QLC도 존재
SLC 타입
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MLC, TLC 타입에 비해 비트의 빠른 입출력이 가능
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혼자 거주하는 집에 제약 없이 출입하듯 빠르다
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SLC는 용량 대비 비싸다
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혼자 살면 감당해야 할 거주 비용이 는다
MLC 타입
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SLC 타입보다 속도와 수명이 떨어짐
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용량 대비 가격이 저렴 (→ 시중에 많이)
TLC 타입
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대용량화에 유리
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SLC, MLC보다 수명과 속도가 떨어지지만 용량 대비 가격도 저렴
플래시 메모리의 단위
읽기쓰기 단위와 삭제 단위가 다른 게 플래시 메모리의 가장 큰 특징이다
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셀 집합 → 페이지, Page
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읽기와 쓰기는 페이지 단위로 진행
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세 개의 상태를 가짐: Free, Valid, Invalid
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페이지 집합 → 블록, Block
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삭제는 블록 단위로 진행
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블록 집합 → 플레인, Plane
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플레인 집합 → 다이, Die
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셀의 상태
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Free 상태: 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
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Valid 상태: 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
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Invalid 상태: 쓰레기값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
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플래시 메모리는 하드 디스크와 달리 덮어쓰기가 불가능 → Valid 상태인 페이지에는 새 데이터 저장 불가
가비지 컬렉션
Garbage Collection
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페이지 단위의 삭제가 안 되고, 덮어쓰기가 안 되므로 비효율 → 용량 낭비
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SSD를 비롯한 플래시 메모리는 이러한 쓰레기 값을 정리하기 위해 가비지 컬렉션 기능 제공
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유효한 페이지들만 이동→기존 블록 삭제
RAID의 정의와 종류
Redundant Array of Indendent Disks
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1TB x 4 vs 4TB ?
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디스크 네 개로 RAID를 구성하면 큰 디스크 하나의 성능과 안정성을 능가할 수 있다
RAID란?
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주로 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술
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데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술
RAID의 종류
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RAID 구성 방법을 RAID 레벨이라고 표현
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RAID 0 ~ RAID 6, RAID 10, RAID 50, …
RAID 0
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여러 개의 보조기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
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저장되는 데이터가 하드 디스크 개수만큼 나뉘어 저장
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스트라입, Stripe: 줄무늬처럼 분산되어 자장된 데이터
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스트라이핑, Striping: 분산하여 저장하는 것
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스트라이핑되면 저장된 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빨라진다
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동시에 읽고 쓸 수 있게 되기 때문
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하나라도 고장나면 전체가 망가짐
RAID 1
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복사본을 만드는 방식 → Mirroring
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똑같은 걸 두 개 만든다
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쓸 때도 두 번 써야해서 느리다
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복구가 매우 간단하다
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하드 디스크 개수가 한정되었을 때, 용량이 많이 필요하다
RAID 0: 데이터를 균등하게 분산
RAID 1: 완전한 복사본
RAID 4
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완전한 복사본 만드는 대신
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오류를 검출하고 복구하기 위한 정보를 저장하는 장치를 두는 구성 방식
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패리티 비트, Parity Bit
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RAID 1보다 적은 하드디스크로도 데이터를 안전하게 보관 가능
RAID 5
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RAID4는 패리티를 저장하는 디스크에 병목현상
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RAID 5는 이러한 병목 현상 해소
RAID 6
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RAID 5랑 같지만, 패리티를 하나 더 두는 방식
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쓰기 속도가 더 느려지지만, 안정성은 더 높아진다
