하드 디스크

이 절에서는 하드디스크와 관련된 용어를 소개한다. 만약 용어나 개념을 이미 알고 있다면 이 절은 넘어갈 수 있다.

Figure 4-1은 하드디스크안의 중요부분의 개략도이다.하드디스크는 하나 이상의 둥그런 플래터(platter)로 구성되고, 플래터의 한면이나 양면은 데이타를 저장하기 위해 자기물질로 덮여있다. [1] 각 표면(surface)마다 기록된 데이타를 조사하거나 바꾸는 읽기-쓰기 헤드(read-write head) 가 있다. 플래터는 축을 중심으로 회전하는데, 높은 수행능력을 가진 하드디스크는 더 빠른 속도로 돌지만 대표적인 속도는 분당 3600회전이다. 헤드는 플래터의 반지름을 따라 움직이고, 플래터의 회전과 혼합되어 헤드는 표면의 모든부분에 접근할수 있다.

CPU와 디스크는 디스크제어기(disk controller) 를 통해 통신한다. 다른 형식의 디스크에 달린 제어기라도 컴퓨터의 다른부분과의 인터페이스는 같기 때문에 디스크제어기를 통해 통신함으로써 컴퓨터의 나머지 부분은 드라이브를 어떻게 사용하는지 몰라도 된다. 그래서, 컴퓨터는 헤드를 적당한 위치로 옮기고 정확한 위치가 헤드 밑으로 올 때까지 기다리며, 필요한 다른 모든 즐겁지 않은 일을 길고 복잡한 전기신호들로 보내는 대신 단지 "야! 디스크, 내가 원하는 것 내봐."라고 하면 된다.(실상, 제어기에 있는 인터페이스는 여전히 복잡하나, 없는것보다는 낫다.) 또 제어기는 캐싱이나 자동으로 배드섹터를 교체하는 일도 한다.

위에 적은것이 보통 하드웨어에 대해 이해할 필요가 있는 모든 것이다. 플래터를 돌리고 헤드를 움직이는 모터, 기계적인 부분의 움직임을 제어하는 전자공학같은 많은 다른 요소들이 있지만 하드디스크의 작동원리를 이해하는데는 대부분 적절하지 않다.

표면은 보통 트랙(track) 중심이 같은 원으로 나뉘어지고 트랙은 차례로 섹터(sector)로 나뉘어진다. 이 구분은 하드디스크상의 위치를 나타내고 파일에 디스크공간을 할당하기 위해 사용된다. 하드디스크에서 정해진 위치를 찾기 위해 "표면 3, 트랙 5, 섹터 7"라고 말할 것이다. 보통 섹터수가 모든 트랙마다 같지만, 어떤 하드디스크는 바깥쪽 트랙에 좀더 많은 섹터를 만든다.(모든 섹터는 크기가 같아서 더 길이가 긴 바깥쪽 트랙에서는 더 많은 섹터수가 들어맞는다.) 일반적으로, 한 섹터는 512바이트의 정보를 지닐 것이다. 디스크 자체는 한섹터보다 더 작은 양의 데이타를 처리할 수 없다.

각 표면은 같은 방법으로 트랙(과 섹터)로 나뉘어진다. 이건 한 표면를 맡는 헤드가 한 트랙 위에 있으면 다른 표면을 맡는 헤드들도 상응하는 트랙 위에 있다는 것을 의미한다. 모든 상응하는 트랙들을 묶어서 실린더(cylinder) 라 한다. 한 트랙(실린더)에서 다른 트랙(실린더)로 움직이는 것은 시간이 걸리므로, 때로 같이 호출되는 데이타들(즉, 하나의 파일)을 한 실린더안에 있게 하면 그 모든 데이타들을 읽기 위해 헤드를 움직일 필요가 없어진다. 이것은 성능을 향상시킨다. 이런 식으로 파일을 놓는 것은 항상 가능한 것은 아니다. 디스크 상의 여러곳에 저장된 파일들은 프레그멘트(fragmented : 조각난, 산산히 부서진)되었다고 한다.

표면(혹은 헤드,숫자는 같다), 실린더, 섹터의 수는 매우 다양하다. 각 숫자의 명세 사항을 하드디스크의 결합구조(geometry)라 한다. 이들은 CMOS램(CMOS RAM)이라 불리우는 특별하고 건전지로 동력이 공급되는 기억장치에 저장되는데, 운영체제는 CMOS램으로부터 부팅시나 드라이버 초기화 때 결합구조를 불러올 수 있다.

불행히도, 바이오스(BIOS) [2] 는 설계의 한계를 지니고 있는데, CMOS램 안에 1024보다 큰 트랙 수를 명시하지 못한다는 것으로, 1024는 큰 하드디스크엔 넘 작다. 이걸 극복하기 위해, 디스크제어기는 결합구조에 대해 속이고, 컴퓨터가 준 어드레스(address)를 현실에 맞는 것으로 변환시킨다. 예를 들면, 하드디스크가 8헤드, 2048트랙, 트랙당 35섹터를 가지고 있다고 하자. [3] 이 하드의 제어기는 컴퓨터에게 거짓말을 하고 하드가 트랙의 한계를 넘어서지 않는 16헤드와 1024트랙, 트랙당 35섹트를 가지고 있다고 선언하고, 컴퓨터가 준 어드레스를 헤드수는 절반으로 트랙수는 2배로 해서 변환시킬 수 있을 것이다. 현실에서는 계산이 더 복잡할 수 있는데, 숫자들이 이렇게 간단하진 않기 때문이다 (다시말하지만, 자세한 것은 원리를 이해하는데는 적합하지 않다). 이 변환은 디스크가 어떻게 구성되는지를 운영체제에게 왜곡시켜 보여줘서, 성능을 올리기 위해 모든 데이타를 한 실린더안에 넣는 것을 비현실적으로 만든다.

변환은 오로지 IDE디스크의 문제이다. SCSI디스크는 순차적인 섹터번호(즉, 제어기는 순차적인 섹터번호를 헤드,실린더와 섹터 세가지로 변환시킨다)와 시피유가 제어기와 통신하기 위해 완전히 다른 방법을 사용하므로 SCSI디스크는 위 문제와 상관이 없다. 그러나, 컴퓨터는 역시 SCSI디스크의 실제 결합구조를 알지 못한다는 점을 유의해라.

리눅스는 때로 실제 디스크 결합구조를 모를 것이기 때문에, 리눅스의 파일시스템은 파일들을 한 실린더 안에 저장하려고 하지 않는다. 대신, 순차적으로 번호가 매겨진 섹터들을 파일에 할당하려고 하고, 이건 거의 항상 비슷한 성능을 줄 것이다. 이 문제는 제어기에 달린 캐쉬와 제어기가 하는 자동적인 미리 불러오기에 의해 더 복잡해진다.

각 하드 디스크는 구별되는 장치파일로 나타내어진다. 보통 단지 2개 혹은 4개의 IDE 하드디스크가 있다. 각각 /dev/hda, /dev/hdb, /dev/hdc, /dev/hdd가 된다. SCSI하드디스크는 /dev/sda, /dev/sdb 이런 식으로 된다. 다른 하드디스크 형식에도 비슷하게 이름을 만드는 관례가 있다. 하드디스크를 위한 장치파일은 파티션(다음에 이야기 할 것이다)에 상관없이 전체 디스크에 접근하며, 주의하지 않는다면 전체 디스크안에 있는 파티션이나 데이타가 망가질 것이다. 디스크 장치파일은 보통 오로지 master boot record(역시 다음에 이야기할 것이다)에 접근하기 위해 사용된다.