Slide Nguyên lý hệ điều hành Bài 10

Nguyên lý hệ điều hành cô Hậu Nguyên lý hệ điều hành cô Hậu Nguyên lý hệ điều hành cô Hậu Nguyên lý hệ điều hành cô Hậu Nguyên lý hệ điều hành cô Hậu Nguyên lý hệ điều hành cô Hậu Nguyên lý hệ điều hành cô Hậu

NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH Phần 11: Các hệ thống lưu trữ NGUYỄN THỊ HẬU Khoa Công Nghệ Thông Tin Đại học Công Nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Phần 11: Các hệ thống lưu trữ 1.  Giới thiệu 2.  Cấu trúc đĩa 3.  Lập lịch đĩa 4.  Quản lý đĩa 5.  Quản lý không gian swapping 6.  Cấu trúc RAID 7.  Kết nối đĩa 8.  Các vấn đề khác Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Phần 11: Các hệ thống lưu trữ 11.1 Giới thiệu Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Ổ đĩa từ !  Quay 60-250 lần/giây !  Kích thước đĩa từ 0.85 inch – 14 inch !  Tốc độ truyền liệu lý thuyết Gb/giây, thực tế Gb/giây !  Dung lượng 30 GB - TB !  Thời gian tìm kiếm 3ms – 12 ms (s) 60/RPM !  Độ trễ = 1/(RPM*60) RPM: Tốc độ trục quay Độ trễ trung bình =1/2 * Độ trễ Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Ổ đĩa từ ! Độ trễ truy cập = Thời gian truy cập trung bình = thời gian tìm kiếm trung bình + độ trễ trung bình !  Đĩa nhanh: ms + ms = ms !  Đĩa chậm: ms + 5.56 ms = 14.56 ms ! Thời gian vào/ra trung bình = Thời gian truy cập trung bình + (dung lượng truyền/ tốc độ truyền) + thời gian điều khiển ! VD: Truyền khối liệu KB ổ đĩa 7200 RPM với tốc độ tìm kiếm trung bình ms, tốc độ truyền 1Gb/giây, thời gian điều khiển phát sinh 0.1 ms, thời gian vào/ra trung bình = ms + 4.17 ms + 4KB/1Gb/giây + 0.1 ms = 9.39 ms Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Băng từ ! Thời gian truy cập trung bình chậm 1000 lần so với đĩa từ ! Thường sử dụng để lưu trữ liệu dùng ! Dung lượng 200 GB – 1.5 TB Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Phần 11: Các hệ thống lưu trữ 11.2 Cấu trúc ổ đĩa Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Cấu trúc ổ đĩa … !  Mỗi ổ đĩa quản lý mảng chiều khối logic !  Các khối logic ánh xạ với sector ổ đĩa: !  Sector ứng với sector track trục rãnh !  Tiếp theo sector track, sector track lại trục rãnh, từ trục rãnh đến trục rãnh !  Kỹ thuật vận tốc tuyến tính khơng đổi (constant linear velocity - CLV): mật độ bit track nhau, số lượng sector track giảm dần từ vào ! tăng tốc độ quay để giữ tốc độ truyền liệu không đổi (DVD-ROM, CD-ROM) !  Kỹ thuật vận tốc góc khơng đổi (constant angular velocity-CAV): mật độ bit giảm dần từ track track ! để giữ tốc độ truyền liệu không đổi (ổ cứng) Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Phần 11: Các hệ thống lưu trữ 11.3 Lập lịch đĩa Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 10 ! Băng thông ổ đĩa = Số lượng byte truyền/ Khoảng thời gian từ nhận yêu cầu đến hoàn thành truyền byte cuối ! Mỗi yêu cầu vào/ra bao gồm: chế độ vào/ra, địa ổ đĩa, địa nhớ, số lượng sector truyền ! HĐH tạo hàng đợi yêu cầu vào/ra cho ổ đĩa thiết bị Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Cài đặt hệ lưu trữ ổn định 30 ! Để cài đặt hệ lưu trữ ổn định: ! Tạo liệu nhiều phương tiện lưu trữ có chế độ cố độc lập ! Cập nhật thông tin để đảm bảo phục hồi liệu ổn định xảy cố trình truyền liệu khôi phục Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 31 Các thiết bị tertiary ! Thuật ngữ: Tertiary storage ! Đặc tính tertiary storage giá rẻ ! Nói chung, tertiary storage làm để tháo ! Ví dụ: Đĩa mềm, CD-ROM, USB Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 32 Đĩa tháo ! Đĩa mềm: Đĩa phủ từ nằm vỏ bảo vệ ! Hầu hết đĩa mềm chứa khoảng MB; số đĩa sử dụng cơng nghệ tương tự chứa 1GB ! Tốc độ đĩa mềm nhanh dễ liệu hỏng bề mặt (tiếp xúc) Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 33 Đĩa tháo ! Đĩa quang-từ ghi liệu đĩa nhựa cứng bề mặt phủ vật liệu từ ! Nhiệt laser sử dụng để khuếch đại từ trường yếu để ghi bit ! Ánh sáng laser light is sử dụng để đọc liệu (hiệu ứng Kerr) ! Đầu đọc đĩa loại xa bề mặt đĩa đầu đọc đĩa từ ! giảm hỏng xước, va chạm ! Đĩa quang không sử dụng vật liệu từ mà dùng vật liệu đặc biệt bị biến đổi tia laser Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 34 Đĩa WORM ! WORM (“Write Once, Read Many Times”) Ghi lần, đọc nhiều lần ! Đĩa có lớp: Hai lớp nhựa mặt, lớp phim mỏng chế tạo từ nhôm ! Để ghi bit: Ổ đĩa dùng tia laser đốt lỗ nhỏ lớp phim nhôm ! Rất bền tin cậy ! Ví dụ: CD-ROM, DVD-ROM Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 35 Băng ! Băng rẻ đĩa, truy cập ngẫu nhiên chậm ! Băng thường dùng cho ứng dụng không yêu cầu truy cập nhanh Ví dụ: Lưu trữ liệu, backup ! Các hệ thống băng từ lớn sử dụng robot để thay băng: Chuyển băng ổ băng thư viện băng ! stacker – Thư viện băng nhỏ (một vài băng) ! silo – Thư viện băng lớn (vài nghìn băng) Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 36 Các vấn đề HĐH ! Nhiệm vụ HĐH quản lý thiết bị vật lý cung cấp máy ảo cho ứng dụng (thơng qua trừu tượng hóa) ! Với đĩa cứng có hai mức trừu tượng hóa: ! Thiết bị – Một mảng khối liệu ! Hệ thống tệp – HĐH phục vụ yêu cầu truy cập đĩa (qua chế hàng chờ/lập lịch) từ nhiều ứng dụng Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 37 Tốc độ truy cập đĩa ! Hai yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truy cập đĩa: băng thông bandwidth độ trễ (latency) ! Băng thông đo byte/second ! Sustained bandwidth: Tốc độ trao đổi liệu trung bình lần đọc/ghi lớn (tổng số byte/thời gian) ! Effective bandwidth – Băng thơng trung bình tồn lần vào/ra bao gồm seek / locate Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 38 Tốc độ truy cập đĩa ! Độ trễ truy cập: Thời gian cần để định vị liệu đĩa ! Độ trễ cho đĩa: Chuyển đầu đọc đến cylinder cần thiết + độ trễ quay (thường < 35ms) ! Độ trễ băng: Cần tua băng ! Độ trễ từ vài chục đến vài trăm giây Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 39 Độ tin cậy ! Đĩa cứng có độ tin cậy cao băng đĩa tháo ! Lưu trữ đĩa quang tin cậy đĩa từ băng ! Đầu đọc đĩa cứng hỏng! liệu ! Đầu đọc băng, CD hỏng không gây liệu Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Giá 1MB DRAM từ 1981 đến 2004 Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 40 Giá 1MB đĩa cứng từ 1981 đến 2004 Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 41 Giá 1MB băng, từ 1984 đến 2004 Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 42 Bài tập 43 ! Ổ đĩa có 5000 trục rãnh đánh số từ đến 4999 Đầu đọc/ ghi trục rãnh 2150, vừa đáp ứng yêu cầu trục rãnh 1085 Yêu cầu vào/ra khối liệu trục rãnh (theo trình tự FIFO) sau: 2069, 1212, 2296, 2800, 544, 1618, 356, 1523, 4965, 3681 ! Vẽ sơ đồ đường đầu đọc/ghi tính tổng quãng đường di chuyển đầu đọc/ghi cho thuật toán lập lịch sau: a.  b.  c.  d.  SCAN C-SCAN LOOK C-LOOK Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN Bài tập Một ổ cứng có thơng số sau: ! Thời gian tìm kiếm track trung bình 10 ms, thời gian tìm kiếm track liền kề ms ! Tốc độ trục quay (RPM): 800 ! Số lượng sector track 10 ! Số byte sector 4096 Tính tốc độ truyền liệu Nguyễn Thị Hậu - ĐH Công nghệ - ĐH QG HN 44