5.4. 하드 드라이브 성능 특성
하드 드라이브 성능 특성에 대해서는 이미 4.2.4 절에서 한번 설명되었지만, 이 부분에서는 보다 상세하게 설명해보겠습니다. 이 주제는 특히 시스템 관리자가 꼭 이해하고 넘어가셔야 합니다. 그 이유는 하드 드라이브가 어떻게 작동하는지에 대한 기본적인 지식이 없다면, 하드 드라이브 성능을 저하시키도록 설정을 변경하는 실수를 저지를 수도 있기 때문입니다.
하드 드라이브가 입출력 요청에 응답하고 작업을 완료하는데 걸리는 시간은 다음과 같은 두가지 요건에 따라 달라집니다:
하드 드라이브의 기계적 제한 및 전기적 제한
시스템에 부과된 입출력 작업 부하
다음 부분에서는 하드 드라이브 성능 측면에 대하여 보다 심도있게 알아보겠습니다.
5.4.1. 기계적/전기적 한계
하드 드라이브는 전기 기계 장치이므로, 속도와 성능 면에서 여러 제한이 따릅니다. 입출력 요청이 들어올때마다 드라이브의 다양한 구성 요소가 함께 작업하여 이 요청을 처리합니다. 이러한 각 요소는 서로 다른 성능 특징을 갖추고 있기 때문에, 하드 드라이브의 전체 성능은 개별 구성 요소의 성능을 합한 값이라 할 수 있습니다.
그러나 전기적 요소는 기계적 요소 보다 훨씬 차이가 적으므로, 따라서 전체 하드 드라이브 성능에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 기계적 요소라 할 수 있습니다.
 | 힌트 |
|---|---|
하드 드라이브 성능을 가장 효과적으로 향상시킬 수 있는 방법은 드라이브의 기계적 작업을 최대한 줄이는 것입니다. |
일반 하드 드라이브에서 평균 액세스 시간은 약 8.5 밀리초입니다. 다음 부분에서는 이 수치를 보다 세밀하게 구분하여, 각 구성 요소가 하드 드라이브의 전체 성능에 영향을 미치는 방식에 대하여 설명해보겠습니다.
5.4.1.1. 명령 처리 시간
최근 만들어진 하드 드라이버는 매우 정교하며, 컴퓨터 시스템에 내장되어 조정됩니다. 이러한 컴퓨터 시스템은 다음과 같은 작업을 수행합니다:
하드 드라이브의 인터페이스를 통하여 외부와 상호 대화하기
나머지 모든 하드 드라이브의 구성 요소 작업을 제어하기 (문제 복구 작업도 포함)
실제 스토리지 매체에서 읽어오거나 스토리지 매체에 기록된 아직 처리되지 않은 자료(raw data)를 처리하기
비록 하드 드라이브에서 사용되는 마이크로프로세서는 비교적 강력하지만, 여전히 이러한 작업을 수행하는데는 평균적으로 약 .003 밀리초 정도 소요됩니다.
5.4.1.2. 데이터 판독/기록 헤드
하드 드라이브의 판독/기록 헤드는 자신이 "떠있는" 디스크 원판이 회전할때만 작동합니다. 그 이유는 헤드 밑에 위치한 매체가 움직이므로서 데이터를 읽고 쓰는 작업이 수행되기 때문에, 판독/기록 헤드 아래에 목표 섹터가 나타나기를 기다리는데 걸리는 시간이 전체 액세스 시간에 가장 중요한 영향을 미칩니다. 평균적으로 트랙 당 700 섹터가 있는 10,000 RPM 드라이브의 경우 .0086 밀리초가 소요됩니다.
5.4.1.3. 회전 지연 시간 (Rotational Latency)
하드 드라이브의 디스크 원판은 계속적으로 회전하므로, 입출력 요청이 들어왔을때 원판이 정확한 목표 섹터에 위치할 가능성은 없다고 볼 수 있습니다. 따라서 드라이브의 모든 다른 요소가 이 섹터에 액세스할 준비가 되어 있더라도, 우선 판독/기록 헤드 아래에 목표 섹터가 나타나기를 기다리려야 합니다.
고성능 하드 드라이브의 디스크 원판 회전 속도가 더 빠른 것은 바로 이러한 이유 때문입니다. 최신 하드 드라이브에서 15,000 RPM은 최고 성능 드라이브에 속하는 반면, 5,400 RPM은 저수준 드라이브에 적절합니다. 이러한 평균 회전 지연 시간은 10,000 RPM 드라이브의 경우 약 3 밀리초가 소요됩니다.
5.4.1.4. 액세스 암 이동 시간
액세스 암은 하드 드라이브의 아킬레스 건으로 간주할 만큼 중요한 요소입니다. 액세스 암은 비교적 긴 거리를 매우 빠르고 정확하게 이동해야하며, 또한 액세스 암은 계속적으로 이동하지 않기 때문에 목표 실린더에 다가가면 빠르게 가속하다가, 범위를 넘어서지 않도록 빠르게 감속해야합니다. 따라서 액세스 암은 빠르게 이동하는데 필요한 강력한 완력을 이겨낼만큼 튼튼하면서 동시에 재빨리 가속/감속할 수 있을 만큼 가벼워야 합니다.
이러한 두가지 상반되는 특성을 만족시키기가 그리 쉽지 않기 때문에 액세스 암 이동 시간은 다른 구성 요소에 의해 소요되는 시간 보다 비교적 깁니다. 따라서 액세스 암 이동 시간은 하드 드라이브 전체 성능을 결정하는 중요한 요소라고 할 수 있습니다. 평균적으로 액세스 암 이동 시간은 5.5 밀리초입니다.
5.4.2. 입출력 작업 부하가 성능에 미치는 영향
하드 드라이브의 성능을 조정하는 또 다른 요소는 하드 드라이브에 부과된 입출력 작업 부하입니다. 입출력 작업 부하를 알아내기 위해서는 다음과 같은 몇가지 요소를 고려해야 합니다:
판독 시간 대 기록 시간 비교
현재 수행 중인 판독/기록 작업수
판독/기록 장소
다음 부분에서 이러한 사항에 대해 보다 상세하게 설명해보겠습니다.
5.4.2.1. 판독 시간 대 기록 시간 비교
자기 매체를 사용하여 데이터를 저장하는 일반 하드 드라이브의 경우, 데이터를 판독하고 기록하는데 동일한 시간이 소요되므로 판독 입출력 작업수와 기록 입출력 작업수 비교치는 그리 중요하지 않습니다.[1]. 그러나 일부 다른 대용량 기억 장치 기술은 판독 시간과 기록 시간이 다른 경우도 있습니다.[2].
판독 시간과 기록 시간을 비교하는 이유는 예를 들면 기록 입출력 작업을 처리하는데 더 오래 걸리는 장치의 경우 읽기 입출력 작업에 비하여 보다 적은 수의 기록 입출력 작업을 처리할 수 있으며, 또 다른 측면에서 기록 입출력 작업은 입출력 요청을 처리하기 위해 판독 입출력 작업 보다 많은 장치 역량을 소모합니다.
5.4.2.2. 현재 수행 중인 판독/기록 작업수
여러 곳에서 입출력 요청을 받아들여 처리하는 하드 드라이브는 한 곳에서만 입출력 요청을 받아들이는 하드 드라이브와 비교하여 작업 부하가 높아집니다. 그 이유는 입출력 요청 소스에서 입출력 요청을 보내기 전에 어느 정도의 처리 작업을 거쳐야하기 때문에 입출력 요청 소스가 많을 수록 한곳에서만 입출력 요청을 받을때보다 하드 드라이브의 작업 부하가 높아지기 때문입니다.
즉 요청 소스는 입출력 요청을 내보내기 이전에 그 입출력 요청의 내용을 결정해야 합니다. 이러한 결정을 내리는데는 시간이 걸리므로, 각 요청 소스마다 입출력 작업 부하 최대값이 정해져있으며, 오직 속도가 빠른 CPU에서만 이 최대값을 증가시킬 수 있습니다. 특히 입출력 요청을 수행하기 위해서는 사람이 직접 입력해야하는 경우에는 이러한 최대값 제한이 보다 명백하게 정해집니다.
그러나 입출력 요청을 생성하는데 필요한 처리 작업을 지원할 수 있는 CPU 능력만 충분하다면 여러 장소에서 입출력 요청이 생성되는 경우에도 높은 입출력 작업 부하를 처리 가능합니다. 따라서 입출력 요청이 많아질수록 결과적으로 입출력 작업 부하도 높아진다고 할 수 있습니다.
입출력 작업 부하에 영향을 미치는 요소는 이 뿐만이 아닙니다. 다음 부분에서는 입출력 작업 부하에 영향을 미치는 다른 요소에 대해서 설명해보겠습니다.
5.4.2.3. 판독/기록 장소
여러 입출력 요청의 목표 섹터가 하드 드라이브 상에서 물리적으로 가까운 위치에 존재하는지 먼 위치에 존재하는지 여부도 하드 드라이브의 성능을 결정하는 중요한 요소 중 하나입니다.
하드 드라이브의 전기 기계적 성격을 고려하시면 이러한 요소를 잘 이해할 수 있습니다. 하드 드라이브에서 가장 느린 부분은 액세스 암입니다. 따라서 만일 입출력 요청에 의해 액세스해야하는 데이터를 찾기위해 액세스 암을 움직일 필요가 없다면, 하드 드라이브는 보다 많은 입출력 요청을 처리 가능합니다. 반면 목표 데이터가 전체 드라이브 곳곳에 퍼져있다면, 액세스 암이 활발하게 움직여야 하므로 그만큼 처리 가능한 작업수가 적어집니다.
하드 디스크 성능 명세를 잘 살펴보시면 이러한 특성이 잘 나타납니다. 근접 실린더 탐색 시간(adjacent cylinder seek times) (액세스 암이 바로 다음 실린더로 이동하는데 소요되는 시간), full-stroke seek times (액세스 암이 가장 첫 실린더에서 가장 마지막 실린더로 이동하는데 소요되는 시간)과 같은 정보를 보실 수 있습니다. 예를 들어, 고성능 하드 드라이브의 경우 탐색 시간은 다음과 같습니다: