[컴퓨터구조] #11~12 추가 사설 문제

문제

1. 캐시(Directed Mapped)의 정의와 캐시 접근 방법에 대해 설명하세요.
2. 캐시의 실패율과 블록사이즈와의 관계에 대해 설명하세요.
3. 캐시의 성능을 높이기 위한 방법에 대해 설명하세요.
4. 신뢰성/가용성의 정의와 MTTF 개선 방법에 대해 설명하세요.
5. 에러 검출 방법에 대해 설명하세요.
6. 가상머신의 정의와 하이퍼바이저 유형에 대해 설명하세요.
7. 전가상화와 반가상화의 차이점에 대해 설명하세요.
8. 컨테이너 기반 가상화의 정의와 도커의 특징에 대해 설명하세요.
9. 클라우드와 가상화의 관계에 대해 설명하세요.
10. 클라우드 서비스의 종류와 SPU 모델에 대해 설명하세요.

 

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정답

1. 캐시(Directed Mapped)란 캐시 메모리 참조를 메모리 주소를 사용해서 직접 지정하는 방식을 의미합니다. 블록 주소를 전체 캐시 블록 수로 나눈 나머지(modulo)를 사용하여 캐시 내의 위치를 결정하며, 캐시 내에 해당 메모리 주소의 내용이 있는지는 태그(tag)를 사용해서 확인합니다. 태그는 유효 비트와 캐시 인덱스를 제외한 나머지 상위 주소를 사용합니다. 캐시 접근 방법으로는 태그와 주소의 상위 20비트가 동일하면 유효비트가 1이면 캐시 hit, 아니면 miss입니다.
2. 캐시의 실패율은 블록사이즈와 관련이 있습니다. 블록이 크면 실패율이 낮아집니다(지나치게 크지 않을 경우 contention 발생).
3. 캐시의 성능을 높이기 위한 방법으로는 Early restart(블록 전체를 기다리지 않고 요청된 워드값이 도착하면 바로 실행), 2개의 다른 메모리 블록이 캐시의 같은 장소를 두고 경쟁하는 확률 낮춤(실패율 낮춤), 다단계 캐싱 등이 있습니다.
4. 신뢰성은 장애/복구 개념을 고려한 것으로, 신뢰성 지표로는 평균 무장애시간(MTTF), 연간 장애율(AFR) 등이 있습니다. 서비스 중단 관련 지표로는 평균 복구시간(MTTR)이 있습니다. 가용성은 MTTF / (MTTF + MTTR)로 계산됩니다. MTTF 개선 방법으로는 결함 회피(결함을 구조적으로 방지), 결함 감내/내성(결함이 나오더라도 조건을 맞추도록 함-이중화/다중화), 결함 예측(예측해서 실패 전에 교체) 등이 있습니다.
5. 에러 검출 방법으로는 해밍거리(두 비트 간의 거리)를 2비트 이상으로 유지하도록 비트 패턴 구성, 해밍 거리를 3 이상 유지하도록 구성(1비트 에러는 보정 가능), 패리티를 2x2로 구성(에러 발생 시 가로/새로 확인해 보정), CRC(Cyclic Redundancy Check- Reed-Solomo 코드 사용-여러 비트 전송 에러 정정 가능) 등이 있습니다.
6. 가상머신은 HW 지원이 필요한 기술로, 하이퍼바이저가 호스트 시스템에서 다수의 게스트 OS를 돌리기 위한 플랫폼입니다. 하이퍼바이저 유형으로는 하이퍼바이저가 하드웨어 위에서 바로 실행하는 방식과, 호스트 OS 위에 하이퍼바이저를 실행시키는 방식이 있습니다.
7. 전가상화는 하드웨어를 완전히 가상화하는 기술로, OS의 제약 없이 사용 가능하며, 게스트 OS는 자신이 가상머신 위에서 동작하고 있다는 것을 인식하지 못합니다. 시스템에서 물리적인 가상화 지원기능이 필요하며, 게스트 OS에서 물리자원 직접 접근이 불가능합니다(반드시 하이퍼바이저를 통해서 접근해야 함-성능 저하). 반면, 반가상화는 게스트 OS가 자신이 가상머신 위에서 동작하고 있다는 것을 인식하며, OS 제약이 있습니다. 게스트 OS에서 물리자원 직접 접근이 가능하여 성능 개선이 가능합니다.
8. 컨테이너 기반 가상화는 기존 가상화와 다른 개념으로, 하드웨어 가상화가 아닌 실행환경의 분리입니다. 각 컨테이너 간 영향을 분리합니다. 도커의 특징으로는 오버헤드가 3% 이내로 적고, 가벼우며, 많은 사람들이 자기가 구축한 이미지를 공유(도커허브)합니다. 또한 에코시스템-도커기반/활용 기술의 활성화가 있습니다.
9. 클라우드를 구축하기 위한 가능 기술로는 가상화(하이퍼바이저)와 컨테이너기반 가상화가 있습니다.
10. 클라우드 서비스의 종류로는 Public, Private로 나뉘며, 클라우드 자체구축(On-premise)과 클라우드 서비스 이용이 있습니다. SPU 모델은 가장 일반적인 클라우드 구분법으로, IaaS(Infrastructure as a Service), PaaS(Platfrom as a Service), SaaS(Software as a Service)로 나뉩니다.

 

2023.06.11 - [컴퓨터구조/컴퓨터구조] - [컴퓨터구조] #11 메모리 계층 구조

2023.06.11 - [컴퓨터구조/컴퓨터구조] - [컴퓨터구조] #12 가상머신/가상화/클라우드