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인프라, 컴퓨터 아키텍처

category 01. 기술 - 요약 2014.11.07 14:39
IT정리-Infra,Computer Architecture편
  • 01. 컴퓨터아키텍처
  • 02. CPU / OS
    • CPU구조
      • BUS
      • ALU
        • 대표적 덧셈기
          • RCA(Ripple Carry Adder)
          • CLA( Carry Lookahead Adder)
          • CSA(Carry Save Adder)
      • 레지스터
      • 제어장치
        • WatchDogTimer
          무한루프, 비정상적 동적-> 리셋을 위한 장치
      • CPU유형
        • CISC
        • RISC
        • EPIC
      • I/O방식
        • 조상진 p.276
        • 직접제어방식
          • Polling에 의한 방식
          • 인터럽트에 의한 방식
        • 간접제어방식
          • DMA 제어기방식
          • 채널 제어기
            • 채널 : 입출력 프로세서로서 CPU와 비슷한 성능을 가지는 프로세서
            • CPU와 기억장치를 공유
            • 몇 개의 레지스터 포함
            • ALU는 없다.
        • 버퍼링&스풀링
    • 운영체제
      • 구조
        • OS
          • Control Program
            • Supervisor program
            • Job management program
            • Data management program
            • Communication management Program
          • Process Program
            • Language Translator program
            • Service Program
            • Utility program
        • OS 5 계층 구조
        • 제어 프로그램
          • 감시프로그램
          • 작업관리 프로그램
          • 데이터 관리 프로그램
          • 통신관리 프로그램
        • 처리프로그램
          • 언어번역 프로그램
          • 서비스 프로그램
          • 유틸리티 프로그램
        • 5계층 구조
          • 계층1
            • 프로세서 관리
          • 계층2
            • 기억장치관리
          • 계층3
            • 프로세스 관리
          • 계층4
            • 주변장치관리
          • 계층5
            • 파일과 데이터 관리
      • Kernel
      • Embeded OS
      • XIP
      • Grid Computing
      • 분산운영체제
        • 네트워크 운영체제
          • NOS-Network Operation System
        • 분산운영체제
          • DOS - Distributed Operating System, 조상진 P.319
            • 원격 자원들의 접근을 자신의 지역 자원들에 접근할 때와 같은 방법으로 접근한다.
            • 예, NFS Network File System
            • 한 노드에서 다른 노드로의 자료, 프로세스 이주가 DOS 통제하에 이뤄진다.
            • 네트워크로 연결된 각 노드들의 독자적인 운영체제가 배제되고 시스템 내에 하나의 운영체제가 존재한다.
            • 이주
              • 자료 이주(data migration)
              • 프로세스 이주
              • 연산 이주
  • 03. 프로세스 관리
    • 프로세스
    • CPU스케쥴링
      • 선점
        • RR
        • SRT
        • MLQ
          • MultiLevel Queue
        • MFQ
          • Multilevel Feedback Queue
      • 비선점
        • FIFO
        • SJF
        • HRN
    • 데드락
    • 세마포어
  • 04. 병렬처리
    • H/W병렬처리
      구분                 VLIW                                                    Superpipeline                             Superscalar
      명령어해독    인출과 해독이 하나의 회로                별개해독, 동시인출                   별개해독, 동시인출
      명령어밀도    병렬성에 따라 좌우                            클럭 주파수에 좌우                  ALU수에 좌우
      병렬성시기    컴파일시에 검출/처리                        실행시에 병렬처리                    실행시에 처리
      • Pipeline
        instruction을 stage에 나눠서 순차적으로 적용할 수 있게끔해서 전체적으로 처리되는 시간을 줄이고자 하는 목적
      • superpipeline
      • super scalar
      • VLIW
    • S/W병렬처리
    • 병렬프로세서
      • 멀티코어
        다수의 프로세서와 L2캐시 공유
  • 05. 메모리 관리
    • 캐시 메모리
    • Cache Coherence
    • 반도체메모리
      • 플래시 메모리
        • NAND타입
        • NOR타입
      • DRAM
    • 주소바인딩
      • 조상진, p.296
    • 기억장치관리정책
      • 조상진. P .297
      • 반입정책
        • 요구반입
        • 예상반입
      • 배치정책
        • Best fit - 내부 단편화를 줄이는 영역에 배치
        • worst fit - 내부 단편화가 가장 큰 영역에 배치
        • 단편화 고려
          • 내부단편화
            • 100k공간 존재, 80k필요->20k 남음 -> 내부 단편화
            • 100k공간존재, 120k 필요->100k 사용못함-> 외부단편화
          • 외부단편화
        • 최초적합
        • 최적적합
        • 최악적합
      • 교체정책
        • FIFO
        • LRU( Least Recently Used)
        • LFU( Least Frequently Used)
        • NUR( Not Used Recently)
        • 부재율 고려
        • FIFO
        • LRU
        • LFU
        • NUR
        • 최적교체
        • 2차기회교체
        • 무작위 페이지 교체
    • Thrashing
      • Locality
        • 어떤 프로세스의 계산 영역은 지역화된다는 이론
        • 프로세스들은 기억장치내의 정보를 균일하게 액세스하는 것이 아니라, 어느 한 순간에는 트정 부분을 집중적으로 참조한다.
        • 캐쉬 메모리, 연관기억 장치의 성립이유가 된다.
        • Working set, LRU등의 페이지 교체 기법을 뒷받침한다.
        • 시간지역성
        • 공간지역성
        • 시간지역성
        • 공간지역성
      • Working Set
        • 실행중인 프로세스가 일정 시간동안 참조하는 페이지들의 집합
    • Virtual Memory
      • 민병석 P.81
      • 조상진, p. 303
      • 가상메모리-페이지 테이블 엔트리 -물리적메모리
        • 페이지 테이블 엔트리 개수
      • 할당
        • 고정할당
          • 페이징기법
            • 가상기억장치에 보관되어 있는 프로그램과 주기억장치의 영역을 동일한 크기로 나눔
            • 내부 단편화 발생 가능(프로그램의  마지막 페이지는 페이지 프레임워크 크기에 미치지 못할 수 있다)
        • 가변할당
          • 세그멘테이션기법
            • 외부 단편화 발생 가능
      • 사상
      • 호출
        • 요구호출
        • 예상호출
      • 배치
        • 최초 적합
        • 최적 적합
        • 최악 접합
      • 교체알고리즘
        • FIFO
        • LFU
        • NUR
        • LRU
        • 최적 알고리즘(OPT)
        • 무작위 페이지 교체
  • 06. 디스크 관리
    • RAID
      • 레이드 목적
        • 저용량, 저성능, 저가용성인 디스크를 어레이 형식으로 구성 -> 고용량, 고성능, 고가능성 대스크를 대체한다.
      • 레이드 기본 원리
        • 데이터 스트라이핑 - 데이터를 여러 조각으로 나누어 여러 디스크로 분산 저장. 균등 저장을 위해 라운드 로빈 방식 사용
        • 중복 - 데이터를 중복 저장. 장애허용성 (fault tolerance) 제공
      • RAID 0 
        • Stripping, 중복x, 
        • 일부의 고장이 전체 고장
        • 성능 뛰어남
      • RAID 1
        • Mirroring, 중복 o
        • 100%복구
        • 성능 단점. 읽기 속도 빠르지만, 쓰기 속도 느림
      • RAID 2
        • RAID 0 + 다중 전용 패러티 디스크(ECC)
        • 별도의 다중 전용 패러티 디스크( ECC(Error Correction Code - HammingCode ) 디스크 )
          비트 수준에서 모든 드라이브의 패러티는 오류를 식별하는 해밍코드와 함께 저장
        • SCSI 드라이브와는 사용하지 않음( SCSI 드라이브는 에러 검출 능력을 가지고 있음)
      • RAID 3 
        • RAID 0 + 독립된 패러티 드라이브( 바이트 단위 저장)
        • 데이터를 바이트 단위로 디스크에 동등하게 나눠 저장
      • RAID 4 
        • RAID 0 + 독립된 패러티 드라이브(블록 단위 저장)
        • 데이터를 블록 단위로 디스크에 동등하게 나눠 저장
      • RAID 5 
        • RAID 0 + 패리티가 각 드라이브별로 존재 
        • interleave parity
        • 3,4 - 별도의 패러티 디스크는 병목 유발
      • RAID 6
        • RAID 5+ 2차 패리티 추가( 장애 허용성)
    • 통합스토리지
      • 조상진, P.772
      • DAS Direct Attached Storage
        • 서버와 직접 연결 방식 - SCSI, Fiber Channel, IDE 방식 이용
        • 외부에서 연결시 서버에 접근 후, 서버 OS에 의해 스토리지에 접근하는 방식
        • 각 서버는 자신에게 할당된 각자의 파일 시스템 관리
        • 파일 공유 불가능
        • 통합 저장 장치에 연결되는 서버 수의 한계 존재
      • NAS, Network Attached Storage
        • 주목적 - 파일 공유
        • 랜을 통해 스토리지에 접근하는 방식
        • 클라이언트 <--> 랜 <--> 서버 <--> 파일 서버 <--> 스토리지
        • 서버 <-->파일 서버 : TCP/IP 기반으로 한 랜으로 접속
        • 파일 서버 <--> 스토리지 : SCSI, Fiber Channel(광 채녈)로 연결
        • 파일시스템이 스토리리지에 있어서 이종간 데이터 공유 보장
        • 비용 절감
        • 멀티 프로토콜 지원으로 클라이언트가 요구하는 다양한 파일 프레임으로 동작
      • SAN, Storage Area Network
        • 고가, 거리제한 없음
        • 이기종 통합 스토리지 통합 지원, 통합 관리 기능 제공
        • 확장성, 유연성, 신뢰성 제공
        • 파일 시스템 공유 불가
      • 백업방식 ( 라이지움, p.100)
        • LAN Free Backup : 서버에 직접 연결
        • 서버 Free Backup : 서버 경우안함. 스토리지 직접 백업
      • DAS
      • NAS
      • SAN

      • iSCSI
        • SCSI명령을 IP패킷으로 캡슐화하고 I/O 블럭 Data는 TCP/IP NW를 통해 전달
        • iSCSI는 광채널 장비 혹은 FC Protocol과 통신하지 않음
      • FCIP
        • FC를 캡슐화하여 TCP소켓을 통해 전달한다.
      • iFCP
        • FC스토리지 장비를 직접 IP N//W에 확장
    • FAN
    • 파일시스템
      • 조상진, .305
      • 기본용어
        • 파일 디스크립터
        • 파일 할당 테이블
        • 자기 디스크 접근시간
          • 탐색시간 Seek time - 트랙 검색
          • 회전 지연 시간 rotational delay time - 섹터 검색
          • 전송 시간 Transmission time - 데이터 전송 시간
      • 파일 할당
        • 연속 할당
        • 연결 할당
          • 그룹화
        • 색인 할당
        • 비트벡터
          • 블록별로 비트(0,1)로 사용 여부를 표시해서 관리
    • 디렉토리 시스템
    • 디스크 스케쥴링
      •  프로세스들이 디스크를 읽거나 쓰려는 요청을 받았을 때, 운영체제에 의해서 우선순위를 정해주고 이를 관리하는 것
      • 목표
        • 하드 디스크 검색 시간을 최소화한다.
        • 특정한 프로세스의 입출력 요청의 우선 순위를 정한다.
        • 디스크 대역을 실행 중인 각 프로세스에 할당한다.
        • 정해진 기한까지 요청을 보증한다.
      • FCFS
      • SSTF
        • Shortest Seek Time First
        • 현재 헤드위치에서 탐색거리가 가장 짧은 요청 트랙을 먼저 서비스하는 기법
        • 실린더의 제일 안쪽과 바깥쪽 요청은 기아상태가 발생할 수 있다.
      • SCAN
        • 엘리베이터 알고리즘
        • 헤드 진행 방향 상의 가장 짧은 거리에 있는 요청을 먼저 서비스
      • C-SCAN
        • 헤드는 한쪽 방향으로 이동하면서 요청을 서비스한다.
        • 반대 방향으로 헤드를 이동하는 것이 아니라, 다시 같은 방향으로 처음부터 처리를 진행한다.

      • N단계 SCAN
      • Sector Queuing
        • 회전 시간의 최적화를 위해 구현된 디스크 스케쥴링 기법
        • 고정 헤드 디스크 시스템이나 각 트랙마다 헤드를 갖는 드럼 등의 보조기억 장치에서 사용
  • 07. I/O 구조
    • 차세대 저장장치
    • SATA
    • DMA
  • 08. 성능/기타
    • HA
    • 성능 및 용량산정
    • Interrupt
    • 성능평가척도
      • SPEC
      • TPC
        • 라이지움, p.92
        • 시나공, p.746
        • TPC-C : 
          • 제조업체용 상업 업무 벤치 마크
          • 유효한 트랜잭션이 1분에 몇 번이나 수행되는지를 성능평가 기준으로 삼는다.(tpmC )
          • 예) 발주, 지불, 출하, 주문, 제고 등
        • TPC-D
          • 의사결정시스템 벤치 마크
          • 예) 복잡한 의사 결정 지원 어플리케이션, OLAP
        • TPC-E
          • 4개 데이터베이스 그룹 : Customer 테이블그룹, Broker 테이블 그룹, Market 테이블 그룹, Dimension 테이블 그룹
          • 33개 테이블, 188 컬럼
          • 11개 트랜잭션, 1개 clean function
          • 5개 데이터 타입 : UID, CHAR, NUM, DATE, BOOL
        • TPC-H
          • 의사결정지원 시스템 벤치 마크
          • Ad-HOC 쿼리와 동시 데이터 수정 등 비즈니스 액션으로 구성됨
          • 예) 요약정보를 추출하기 위한 group by, order by사용으로 복잡한 집계 조회 수행
          • 예) 대량의 데이터시험
        • TPC-R
          • 의사결정시스템 벤치 마크
          • 예, 비즈니스 리포팅 생성
        • TPC-W
          • 전자상거래
          • 예) 웹 서버의 트랜잭션
    • 용량산정
      라이지움, p.93
      • tmpc기반 용량 산정
        • TPC기반 용량 산정 방식
          • Web/WAS용 서버의 CPU 용량 산정은 OLTP용 서버보다 비교적 간단한 항목을 이용
          • CPU = 동시사용자수 * 사용자당 오퍼레이션수 *( 어플리케이션 인터페이스 부하보정 + 피크타임 부하보정) * 여유율
        • OLTP용 CPU 용량 산정식
          • CPU = {( 동시 사용자수 * 트랜잭션 처리수)*(기본 tpmC 보정 + 피크타임 보정 + 어플리케이션 복잡도 보정 + 어플리케이션 구조 보정 + 어플리케이션 부하 보정 + 네트워크 보정 + 클러스터 보정 )} * 여유율
          • 메모리용량 = { 시스템 영역 + 시스템 관리자 영역 + (사용자당 필요 메모리 * 사용자수)}* 버퍼캐쉬*클러스터 보정 * 여유율
          • 디스크 용량 = (시스템 O/S 영역 + 응용 S/W영역 + SWAP영역) * 여유율
          • 데이터 디스크 = {(데이터영역 + 백업영역) * RAID 여유율 } * 여유율
          • 웹 서버 용량(SPECweb96) = 동시사용자수 * 100 / SPECweb96 class1,2,3 비율 * 평균 세션수 * 네트워크 보정 * peak time 보정 * 시스템 여유율
            • 파일 크기에 따라서 웹 서버의 성능을 비교하기 위히여 4개의 class로 나눔
      • TPC기반 요량 산정 방식
      • OLTP용 CPU용량산정
  • 09. 신기술
    • 유틸리티 컴퓨팅
    • 클라우드 컴퓨팅
    • Server based 컴퓨팅
    • OSS
    • Framework
    • OSGI
    • GPOS


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