본 논문에서는 디스크의 이용률을 향상시키기 위하여 효율적인 디스크 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 디스크 요구는 제공되는 서비스의 레벨을 따라 주기적인 요구, 비 주기적인 요구, 대화형 요구로 나눈다. 기존의 멀티미디어 서비스를 위한 디스크 스케줄링은 공정성 및 디스크 대역폭 보장만을 고려하였는데 본 논문에서는 대화형 요구를 고려하여 디스크 스케줄링의 공정성 및 주기적인 요구의 대역폭을 보장하고 디스크 이용률을 향상시켜 처리 가능한 요구 수를 증가시킬 수 있는 디스크 스케줄링을 제안한다.
최근 들어, 실시간 디스크 스케줄링에서 단위 시간당 처리량을 최대화하기 위한 다양한 실시간 스케줄링 알고리즘들이 연구되고 있다. 특히, 실시간 디스크 스케줄링 알고리즘을 대표하는 EDF(Earliest Deadline First)에 스캔기법을 적용한 많은 알고리즘들이 연구되고 있다. 그러나 제안된 디스크 스케줄링 알고리즘들은 스캔 그룹을 생성할 때 계속되는 I/O 요구들을 고려해야 하기 때문에 많은 제약을 가지고 있다. 또한, 스캔 기법에서 서비스 방향의 고정으로 인하여 디스크의 효율성을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다. 본 논문에서는 기존의 경성 실시간 시스템에서 사용되는 실시간 디스크 스케줄링 알고리즘들의 문제점을 해결하기 위해 삽입 기법과, 양방향 스캔기법을 기반으로 한 새로운 실시간 디스크 스케줄링 알고리즘을 제안하고 실험을 통해 제안 시스템의 시간당 처리량과 서비스 가능한 I/O 요구가 우수함을 증명한다.
본 논문에서는 디스크상에 저장되는 멀티미디어 파일들의 반응시간의 특성을 반영하여 멀티미디어 데이터가 요구하는 실시간(real-time) 특성을 고려하는 디스크 스케줄링을 구현하여 보았다. 기존 운영체제의 디스크 스케줄링 방식은 멀티미디어 파일들에 대한 처리에 있어서, 멀티미디어 파일들이 가지는 시간적인 특성을 고려하지 않는 문제를 가지고 있다. 본 논문에서는 디스크 읽기 요철 발생시에 각 요청의 처리가 이루어져야할 시간의 기한인 마감시간(deadline)을 설정하고, 가장 급한 마감시간을 가지는 요청들을 먼저 처리하되 같은 마감시간을 가지는 요청들에 대해서는 디스크 헤드의 이동?향상에 있는 요청들을 먼저 처리하게 하는 알고리즘을 적용한 디스크 스케줄링을 구현했다. 요청들이 마감시간을 넘겨서 처리되는 비율과 초과시간을 평가 지수로 하여서 지존의 BSD 디스크 스케줄링에 비해 개선된 점을 살펴보았다.
멀티미디어 저장 서버에서는 실시간 클래스와 비실시간 클래스의 두가지 상이한 종류의 요청이 존재한다. 비디오 오디오 등의 실시간 클래스는 정해진 시간 안에 추출되어야 하며 종료시한에 대한 만족이 보장되어야 한다. 반면 텍스트 데이터 등의 비실시간 클래스는 공정한 서비스와 빠른 응답 시간을 요구한다. 본 논문에서는 두 클래스의 요구사항을 동시에 만족시키기 위하여 각 클래스에 할당된 가중을 동적으로 제어하는 디스크 스케줄링을 제안하였다. 클래스 가중은 각 클래스의 가중은 각 클래스에 할당된 디스크 대역폭의 비율을 말한다. 또한 수용제어 알고리즘의 결과를 이용하여 각 클래스의 가중을 동적으로 변화시켜 유혹 대역폭이 효율적으로 이용되도록 하였다. 성능 측정 결과 동적 가중을 이용한 디스크 스케줄링은 비실시간 요청의 평균 응답시간 면에서 정적 가중을 이용한 디스크 스케줄링보다 좋은 성능을 나타낸다.
운영체제 교과목에서는 운영체제의 구성 요소와 동작 원리에 관련된 복잡하고 추상적인 개념들을 많이 다루고 있으나, 운영체제에 대한 교육은 주로 교재 위주의 이론 수업으로 진행되어 왔다. 다양한 형태의 매체에 익숙한 학생들에게 이론 위주의 수업은 강의 내용에 대한 이해도와 집중력 저하를 유발하므로 강의 내용에 대한 이해를 돕고 흥미를 유발하기 위한 교육용 도구의 활용을 지속적으로 시도하고 있다. 본 논문에서는 디스크 스케줄링 알고리즘들의 입출력 요청 처리 과정을 시각적으로 보여주는 교육용 도구인 디스크 스케줄링 시뮬레이터를 설계하고 구현하였다. 구현된 시뮬레이터를 운영체제 수업에 활용한 후 수강생들의 학업 성취도를 측정하고 설문조사를 통해 디스크 스케줄링 시뮬레이터가 운영체제 교과목에 대한 흥미를 유발하고 강의 내용에 대한 이해도를 향상시키는 교육용 도구로 유용함을 보였다.
MEMS 저장 장치는 기존의 디스크 저장 장치와는 다른 물리적 특성을 가지고 있는 차세대 저장 장치이다. 때문에 MEMS 저장 장치의 물리적 특성을 고려하는 디스크 스케줄링과는 다른 관리 기법이 필요하다. 본 연구에서는 MEMS 저장장치의 물리적 특성을 고려한 트랙 기반 스케줄링 방법에 대하여 제안하였다. 트랙 기반 스케줄링 기법은 스케줄링에서의 문제 상태 공간과 스케줄링을 위한 연산 횟수를 줄이고 상대적으로 정착시간에 많은 크기를 갖는 물리적 특성을 고려하여 정착시간의 추가 횟수를 줄임으로서 요청에 대한 빠른 서비스를 가능하게 해주고 요청에 대한 대기 시간을 고려함으로서 동시에 기아상태를 방지한다.
연속매체(Continuous Media : CM)와 같은 데이터를 온라인으로 상영해야 하는 멀티미디어 시스템에서는 연속매체의 시간제약성을 만족시켜 줄 수 있는 실시간 디스크 스케줄링 기법이 요구되며 이를 통해 상영중인 CM 스트림(stream)의 끊김현상(hiccup)을 막을 수 있다. 이런 디스크 스케줄링을 위해 주기성을 가지는 프리팻칭(prefetching) 기법이 널리 쓰이고 있으며, 이는 연속매체가 상당기간 동안 계속 상영된다는 특성에 기반한 것이다. 본 논문에서도 효과적인 디스크 프리팻칭을 위해, 정시도착채널이란 실시간 디스크 채널을 이용한 스케줄링 기법을 제안한다. 이런 디스크 채널의 생성을 위해 bulk-SCAN 기법이 사용되며 유연한 채널 할당을 위해 실시간 알고리즘인 EDF(earliest-deadline-first) 알고리즘이 이용된다. 제안한 기법은 기존 방법에서와 같이 끊김현상 없는 상영을 제공함은 물론이고, I/O 처리율과 서비스 응답시간 면에서 우수성을 가진다. 논문에서는 이런 성능상의 장점을 시뮬레이션을 통해 보인다.
응용프로그램을 실행시키는 것은 많은 디스크 대역폭을 필요로 하고 있다. 데이터를 조회하는데 걸리는 시간을 최소로 하는 것이 성능을 향상시키는 가장 큰 문제이다. 디스크 기술은 속도와 용량면에서 많은 발전이 있었음에도 불구하고, 프로그램에서 요구하는 요구사항이 증가함하고 있다. 멀티미디어 서버는 여러 종류의 텍스트나 이미지, 비디오 등의 다양한 데이터 타입을 지원한다. 따라서 다른 데이터 타입들은 다른 마감시간의 요구와 우선 순위를 가지고 있다. 연속적인 오디오나 비디오 같은 것들 은 마감시간 제약을 가지고 있다. 이 논문에서 제한한 알고리즘은 모든 요청들을 두 개의 큐로 유지하고 탐색 시간을 최소화함으로써 디스크 대역폭의 처리율을 극대화시킨다. 즉 다양한 우선 순위의 요청들을 해당 클래스로 나누고 주기적인 요청을 위한 큐와 비 주기적인 요청이나 대화형 요청들을 위한 또 하나의 큐로 나누고 요청의 마감시간과 디스크 헤드의 움직임을 고려하여 스케줄링한다.
디스크배열 또는 RAID 시스템은 저렴한 비용으로 대용량 저장공간을 제공할 수 있으나, VOD 서비스와 같은 대규모 멀티미디어 서비스에 대해서는 아직 충분한 입출력 속도를 지원하지 못하고 있다. 보다 높은 대역폭을 지원하기 위해 다수의 디스크 컨트롤러를 채용한 다중 디스크배열에서 스트라이프를 전체 디스크에 효과적으로 분산시키기 위한 수직 스트라이핑 모델이 이용되고 있다. VOD 서비스 이용자가 고품질의 동영상을 감상하기 위해서는, 응용프로그램이 요청한 마감시간까지 저장장치에 기록되어 있는 데이터를 읽어와야 한다. 본 논문에서는 효과적이 VOD 서비스 지원을 위해, 다중 디스크배열에서 각 디스크 컨트롤러의 지역 요청큐로 분산된 입출력 요청들을 스케쥴링하여 마감시간 초과율(deadline miss rate)을 줄이기 위한 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 VOD 서버와 같이 데이터 읽기 작업이 많은 멀티미디어 서비스에 적합하도록 설계되었다. 시뮬레이션 결과, 제안된 알고리즘이 마감시간 초과율을 평균 41.5% 감소시킴을 알 수 있었다.
멀티미디어 시스템에서는 미디어 데이터의 연속성을 보장하는 것이 중요한 문제이다. 90년대에 제안된 구역분할 디스크에서 연속성을 보장하면서 멀티미디어를 효과적으로 저장, 전송하기 위하여 새로운 스케줄링 방식과 데이터 블록의 배치가 제안되었다. 이 방식은 구역을 순환하면서 데이터 블록을 배치시키고 SCAN 알고리즘으로 데이터를 읽어 들이는 방식이다. 이 경우 SCAN 알고리즘으로 데이터를 읽어 들이므로 이중 버퍼링(double buffering) 방법을 사용하게 된다. 이중 버퍼링의 데이터를 읽어 들이는 주기와 서비스 주기의 불일치성으로 인하여 새로운 스트림의 요청이 있을 때 기존의 서비스 스트림에 주기시간의 증가로 인한 데이터의 지연문제(jitter)가 발생한다. 본 논문에서는 구역분할 디스크를 이용하는 비디오 서버에서 새로운 요구의 도착으로 인하여 발생하는 데이터 지연 문제(jitter)를 해결하기 위하여 선행 버퍼링이란 기법을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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