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8장. 분산 서버 구조 8.1 수직 확장과 수평 확장 확장성(scalability)이란 사용자 수가 늘어나더라도 쉽게 대응할 수 있어야 한다는 의미다. 최대로 처리할 수 있는 사용자 수가 무제한이여도 가능해야 한다는 것이 확장성 목표이다. 사용자 수가 늘어나도 서버 성능을 유지하려면 보통 다음 두 가지 중 하나를 수행한다. 스케일 업(scale-up) : 수직 확장 스케일 아웃(scale-out) : 수평 확장 수직 확장은 서버의 하드웨어를 더 좋은 것으로 교체하여 처리량을 늘리는 것을 의미한다. 수평 확장은 서버 대수를 늘려서 더 많은 처리를 하는 것이다. 수평 확장이 더 많이 사용되는 방법이지만, 소프트웨어 설계가 더 복잡하다는 대가가 따른다. 또 수평 확장은 수직 확장으로 서버보다 단위 처리 속도가..

34. 분산시스템 웹브라우저가 지구상 어딘가에 있는 웹 서버에 접속하면 클라이언트/서버 분산 시스템이라는 구조에 한 구성원이 된다. 분산 시스템의 핵심 사안은 실패와 고장의 극복이다. 개별 구성요소들은 자주 고장나지만 기계들은 고장없는 시스템처럼 보이도록 만들 수가 있다. 또 다른 중요한 문제가 있다. 시스템 성넝은 매우 중요한 요소이다. 분산된 시스템들을 연결하는 네트워크에서는 시스템 설계자들은 주어진 목적을 달성하는데 많은 신경을 써야한다. 마지막으로 보안 역시 매우 중요한 요소이다. 원격 사이트를 접속할 때, 접속한 사이트가 진짜 원했던 사이트인지를 확신할 수 있는지도 중요한 문제이다. 34.1 통신의 기본 최신 네트워킹의 핵심 가정은 통신은 신뢰할 수 없다는 것이다. 종류에 상관 없이 패킷들은 정..

33. 데이터 무결성과 보호 33.1 디스크 오류 모델 디스크는 완전하지 않으며 오류가 발생할 수 있다. 현대의 디스크들은 정상적으로 동작하는 것처럼 보이지만 블럭들을 읽는데 실패하는 경우가 있다. 우리가 살펴볼 만한 것은 두 가지 종류의 단일 - 블럭 오류가 있다. 각각은 숨어있는 섹터 에러(Latent Sector error, LSE)와 블럭손상(block corruption)이다. LSE는 디스크 섹터가 어떤 이유로든 손상되었을 때 발생한다. 예를들어, 디스크 헤드가 표면에 어떤 이유로 닿았다면(head crash, 일반적인 상황에서는 일어나면 안된다) 표면을 망가뜨릴것이고 비트들을 읽을 수 없게 만든다. 강한 방사선도 역시 비트를 반전시켜서 내용을 부정확하게 만들 수 있다. 다행스러운 것은 디스크..

32. 크래시 일관성 : FSCK와 저널링 여타 자료구조와는 다르게 파일 시스템의 자료구조는 안전하게 저장되어야 한다. 파일 시스템이 가진 가장 큰 어려움은 전력 손실이나 시스템 크래시가 발생하는 상황에서도, 어떻게 안전하게 디스크 상의 내용을 갱신하는 가에 대한 문제이다. 전력손실이나 크래시 때문에 디스크 상의 자료구조를 안전하게 갱신하는 것은 상당히 까다로운 작업이 된다. 파일 시스템은 크래시 일관성(crash - consistency)라는 새롭고 흥미로운 문제에 직면한다. 어떤 특정 작업을 위해 자료구조 A와 B를 갱신해야 한다고 했을 때 디스크는 한 번에 하나의 요청만 처리할 수 있기 때문에 두 요청 중 하나의 요청이 먼저 디스크에 도달할 것이다. 하나의 쓰기 작업만 완료한 상태에서 시스템의 전원..

31. 지역성과 Fast File System 구형 파일 시스템의 장점은 단순하다는 것이며, 파일 시스템의 가장 기본적인 개념인 파일과 디렉터리만을 제공한다. 31.1 문제 : 낮은 성능 문제는 성능이 형편없다는 것이다. 구형 파일 시스템의 핵심 문제는 디스크를 마치 임의 접근 기억 장치(RAM)처럼 사용한다는 것이다. 데이터를 저장하는 매체가 디스크라는 사실을 무시하고 여기저기에 데이터를 저장하고 있기 때문에 디스크 헤드를 이동시키는데 많은 시간이 소요된다. 더 안좋은 것은 파일 시스템이 빈 공간을 효율적으로 관리하지 않기 때문에 결국에는 공간이 단편화된다. 빈 공간들이 디스크 전역에 흩어져 있으며, 새로운 블럭 할당시 무조건 리스트에서 다음 빈 블럭을 할당한다. 그 결과 파일을 순차적으로 읽더라도 실..

30. 파일 시스템 구현 30.1 생각하는 방법 파일 시스템에 대해 학습할 때, 두 가지 측면에서 접근할 것을 권장한다. 첫 번째는 파일 시스템의 자료구조이다. 즉 파일 시스템이 자신의 데이터와 메타 데이터를 관리하기 위해 어떤 자료구조가 있어야 하는지 여러 파일 시스템은 배열과 같은 간단한 자료구조로 표현하지만 SGI의 XFS와 같은 파일 시스템은 좀 더 복잡한 트리 기반 자료 구조를 사용한다. 두 번째 측면은 접근 방법(access method)이다. 프로세스 호출하는 명령들은 자료구조와 어떤 관리이 있는가? 특정 시스템 콜을 실행할 때 어떤 자료구조들이 읽히는가 파일 시스템의 자료구조와 접근방법을 이해하였다면, 실제 동작 방식에 대한 개념 모델을 제대로 정립하는 것이다. 30.2 전체 구성 vsfs..

운영체제 29. Redundant Array of Inexpensive Disk(RAID) 여러개의 디스크를 조화롭게 사용하여 고속이면서 대용량의 신뢰할 수 있는 디스크 시스템을 만든다. 외면적으로 RAID는 하나의 디스크 처럼 보인다. 읽거나 쓸 수 있는 블럭의 그룹으로 보인다. 안을 들여다보면 RAID는 여러개의 디스크와 메모리, 시스템을 관리하기 위한 하나 또는 그 이상의 프로세스로 이루어진 복잡한 기계이다. RAID 하드웨어는 컴퓨터 시스템과 매우 유사하며 디스크의 그룹을 관리하기 위한 전용 시스템이다. RAID는 단일 디스크에 비해 여러 장점들을 제공한다. 하나의 장점은 성능이다. 디스크를 여러개 병렬적으로 사용하면 I/O 시간이 크게 개선된다. 또 다른 장점은 용량이다. 데이터의 양이 많아지면..

28. 하드 디스크 드라이브 28.1 인터페이스 드라이브는 읽고 쓸 수 있는 매우 많은 수의 섹터(512 byte블록)들로 이루어져 있다. 디스크 위의 n개의 섹터들은 0부터 n-1까지의 이름이 붙어있다. 그렇기 때문에 디스크를 섹터들의 배열로 볼 수 있으며 0부터 n-1이 드라이브의 주소 공간이 된다. 멀티 섹터 작업도 가능하다. 사실 많은 파일 시스템들이 한번에 4KB(또는 그 이상)을 읽거나 쓴다. 하지만 드라이브 제조사는 하나의 512byte 쓰기만 원자성을 보장한다. 그러므로 갑작스럽게 전력 손실이 발생한다면 대량의 쓰기 중에 일부만 완료될 수 있다.(때로는 이런 현상을 찢어쓰기(torn write)라고 부른다). 디스크 드라이브는 드라이브의 주소공간에서 가깝게 배치되어 있는 두 개의 블록을 접..

27. I/O 장치 27.1 시스템 구조 시스템 설계자들은 계층 구조를 택하여 고성능 장치들을 CPU에 가깝게 배치하고 느린 성능의 장치는 그보다 멀리 배치했다. 디스크처럼 느린 장치를 주변 장치 I/O 버스에 연결하여 얻는 이득이 많은데, 그 중 하나는 많은 장치를 연결할 수 있다는 것이다. CPU는 인텔의 DMI(Direct Media Interface) 기술을 통해 I/O 칩에 연결되어 있으며, 나머지 장치들이 이 칩에 여러 다른 종류의 연결 방식을 사용하여 연결된다. 27.2 표준 장치 두 개의 중요한 요소가 있다. 첫 번째는 시스템의 다른 구성 요소에게 제공하는 하드웨어 인터페이스다. 소프트웨어가 인터페이스를 제공하듯이 하드웨어도 인터페이스를 제공하여 시스템 소프트웨어가 동작을 제어할 수 있도록..

26. 이벤트 기반의 병행성(event-based concurrency) 이벤트 기반 프로그래밍은 쓰레드 기반의 병령 프로그래밍에 내제한 두 가지 문제점을 해결할 수 있다. 무엇보다 멀티 쓰레드 기반 프로그래밍은 어렵다. 자료구조를 락으로 보호하는 것을 잊을 수 있고, 교착 상태나 혹은 다른 문제들이 발생할 수 있다. 또 다른 문제는 멀티 쓰레드 프로그램에서는 개발자가 쓰레드 스케줄링에 대한 제어권을 갖고 있지 않다는 것이다. 운영체제가 CPU스케줄링에 대한 전권을 갖는다. 개발자는 운영체제가 합리적으로 쓰레드들의 실행 순서를 결정하기만을 기대할 수 밖에 없다. 26.1 개본 개념: 이벤트 루프 특정 사건의 발생을 대기한다. 사건이 발생하면, 사건의 종류를 파악한 후 I/O를 요청하거나 추후 처리를 위하..