[Database System] Storing Database(1) - Disk Storage

2 분 소요

Database System

위로 갈 수록 비싸고 빠름 / 아래로 갈 수록 싸고 느림 {: .text-center}

Primary Storage(주기억 장치)
- fastest but volatile
- cache memory, main memory
Secondary Storage(보조 기억 장치)
- non-volatile, fast access time
- flash memory, SSD, hard disk
Tertiary Storage
- non-volatile but slow
- magnetic tape, optical storage

💡
데이터베이스의 주 저장소는 (하드)디스크이다
→ 비휘발성, 저렴, 대용량 때문!!

데이터베이스는 디스크에 저장
조작(검색, 삽입, 업데이트…) 데이터는 메인메모리에서 발생
다음과 같은 3단계 필요
- READ: 디스크에서 메인메모리로 데이터 이동(디스크 블록이 메인메모리 버퍼에 복사됨)
- Manipulation: 메인메모리 액세스, CPU 처리
- WRITE: 메인메모리에서 디스크로 데이터 이동(메인 메모리 버퍼의 내용을 디스크 블록에 복사)

💡
READ/WRITE(디스크 I/O)는 메인메모리/CPU 작업에 비하면 비용이 많이 드는 작업이다(milli-second : nano-second)
이는 큰 차인데 디스크I/O가 수행할동안 CPU는 수백만 개의 명령을 수행함

(예제)

디스크 정보
- 8개의 플래터, 16개의 표면(양면)
- 표면당 2^16(= 65,636) 트랙
- 트랙당 2^8(=256) 섹터
- 섹터당 2^12(= 4,096) 바이트
트랙, 표면, 디스크 용량
- 트랙의 크기
  - 2^8 * 2^12 = 2^20 바이트
- 표면의 크기
  - 2^20 * 2^16 = 2^36 바이트/표면
- 디스크 용량
  - 2^36 * 2^4 = 2^40 바이트 = 1TB/디스크
실린더 개수(=트랙의 수)
- 2^16 cylinders
유효한 블록의 크기는?
- (1)2,048bytes → 섹터보다 작으므로 X
- (2)16,384bytes → 16,384(4섹터/블록) 유효
- (3)24,576bytes → 24,576(6섹터/블록) 유효
- (4)1.2MB → 최대 값을 넘으므로 X
블록 크기를 16,384바이트로 선택하면
- 한 트랙에 몇 개의 블록이 존재?
  - 16,384/4 = 4섹터/바이트, 256/4 = 64블록/트랙
- 실린더에는 몇 개의 블록이 존재?
  - 64*16 블록/실린더

Disk Access Time
- 디스크에서 메인메모리로 블록을 이동시키는 시간
- 탐색 시간(s) + 회전 지연 시간(r) + 전송 시간(t)
탐색 시간(Seek Time(s))
- 현재 위치에서 올바른 트랙으로 헤드를 이동하는 시간
- 변동되는 시간으로 5~30ms가 소요, 헤드 이동 거리에 따라 다름
- 내부 / 가장바깥: 1/2, 중간: 1/4, 무작위: 1/3(평균)
회전 지연 시간(Rotainonal Delay(r)
- (첫 번째 섹터) 올바른 블롤이 헤드 아래에서 회전 할 때까지 기다리는 시간
- 평균 회전 지연 시간 = (1/2) * (1/rpm)
- 예시: 7,200rpm → 8.33ms 마다 한 번 씩 회전할 수 있음
전송 시간(t)
- 블록이 헤드를 지나 회전하는 데 걸리는 시간
- 전송 시간 = 블록 크기 / 전송 속도
- 예시: 전송 속도 = 163MB/s → 5.45ms에 8KB블록을 전송할 수 있음

💡
일반적으로 탐색 시간은 총 액세스 시간의 절반 이상이다
즉, s >= r + t

(예제)

디스크 정보
- 디스크는 7,200rpm으로 회전 → 8.33ms에 한 번 씩 회전
- 헤드는 실린더 4,000개를 이동할 때 마다 1ms가 걸림
- 전송 속도 ≈ 1,630 MB/s, 전송 시간 = 16KB/1630MB = 0.1ms
읽기에 대한 최소, 최대 및 평균 액세스 시간은 얼마인가(16,384바이트(16KB) 블룩)?
- 최소(=best case)
  - 탐색시간, 회전 지연 시간 X → 전송시간 0.1ms
- 최대(=worst case)
  - 탐색시간(내부↔가장바깥): 65,536/4000 = 16.38ms
  - 회전 지연 시간: 8.33ms
  - 전송 시간 = 0.1ms
  - 총 시간 = 16.37+ 8.33 + 0.1 = 24.81ms
- 평균
  - 탐색시간(평균 거리): 1/3 * (65,536/4000) = 5.46ms
  - 회전 지연 시간 = 1/2 * 8.33 = 4.17ms
  - 전송 시간 = 0.1ms
  - 총 시간 = 5.46 + 4.17 + 0.1 = 9.73ms