인프라, 컴퓨터 아키텍처

IT정리-Infra,Computer Architecture편

• 01. 컴퓨터아키텍처
  • 폰노이만구조
    • 폰노이만 구조
    • 굿!-폰노이만 구조와 하버드 구조
• 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
      http://blog.naver.com/maxuper/30015489886
      • 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
      • Pipeline Hazard
        • http://rhkdvy1200.tistory.com/entry/%ED%8C%8C%EC%9D%B4%ED%94%84%EB%9D%BC%EC%9D%B8-%ED%95%B4%EC%A0%80%EB%93%9C
          
        • 구조 해저드
        • 데이터해저드
        • 제어 해저드
        • 분기가 일어나지 않는다고 가정하거나 분기에 따른 지연을 줄이는 것도 방법 - 분기예측, 지연
        • 데이터 해저드와 달리 효과적인 해결 방법은 없는 편이다.
        • Structural Hazard
        • Data Hazard
        • Control Hazard
    • 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