Bài giảng kiến trúc máy tính chương 7 ổ đĩa và RAID

Hà nội, 17 December 2009 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Posts and Telecommunications Institute of Technology KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Chương VII: Ổ đĩa và RAID Giảng viên: TS. Nguyễn Quý Sỹ Email: synq@ptit.edu.vn Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Hơn 50 năm trước! – 13th September 1956 – The IBM RAMAC 350 1. Giới thiệu Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Dữ liệu trên đĩa 1” 8GB trên tay phải gấp 80.000 lần đĩa trên tay trái có kích thước 24” của máy RAMAC… 1. Giới thiệu (t) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Ổ đĩa trông như thế nào? 1. Giới thiệu (t) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Các tham số – 2-30 đầu từ (số đĩa * 2) – Đường kính 14’’ to 2.5’’ – 700-20480 rãnh/bề mặt – 16-1600 sector/rãnh – sector size: • 64-8k bytes • 512 đối với hầu hết PC • Chú ý: có các khoảng trống giữa các sector – Dung lượng: 20M-500G 1. Giới thiệu (t) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Để đọc đĩa, phải xác định – cylinder #, surface #, sector #, kích thước chuyển giao, địa chỉ bộ nhớ – Thời gian chuyển giao bao gồm: • Thời gian tìm kiếm: tìm được rãnh • Khoảng thời gian trống: nhận được sector và • Thời gian chuyển giao: lấy được bit khỏi đĩa 1. Giới thiệu (t) Track Sector Seek Time Rotation Delay Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1. Giới thiệu (t) • So sánh ổ đĩa và bộ nhớ RAM Thông thường: byte byte, word 50 ns faster all the time 200-1000MB/s $.10/MB Mất nội dung sector sector 5ms not on a good curve 200MB/s $.002MB Không vấn đề Kích thước nhỏ nhất Ghi Truy cập ngẫu nhiên Truy cập liên tục Giá thành Va chạm Bộ nhớ RAMỔ đĩa Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Cấu trúc đĩa – Các ổ đĩa đánh địa chỉ như là các mảng 1 chiều của các khôia logic • Khối logic là khối nhỏ nhất của chuyển giao – Mảng này được ánh xạ liên tục trên các sector của đĩa • Địa chỉ 0 là sector đầu tiên của rãnh đầu tiên nằm ngoài cùng (cylinder ngoài cùng) • Các địa chỉ tăng lên trong rãnh, sau đó trong các rãnh của cylinder, sau đó ngang qua các cylinder từ trong ra ngoài – Chuyển đổi về lý thuyết là có thể nhưng thường khó khắn • Một số sector có thể bị khiếm khuyết • Số lượng sector trên một thay đổi 1. Giới thiệu (t) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Disk Partitioning-Phân mảnh đĩa – Mỗi mảnh giống như một đĩa riêng biệt – Sector 0 là MBR • Chứa mã khởi động + bảng phân mảnh • Bảng phân mảnh có sector bắt đầu và kích thước mỗi mảnh – Tạo dạng mức cao (formatting) • Thực hiện cho từng mảnh • Xác định khối khởi động, danh sách chỗ trống, cấu trúc thư mục và hệ thống file rỗng – Khi khởi động, xảy ra như thế nào? • BIOS nạp MBR, chương tình khởi động kiểm tra để xem mảnh tích cực • Đọc sector khởi động từ mảnh này, sau đó nạp Kernel OS 1. Giới thiệu (t) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông • Động lực của RAID – Các đĩa đang được cải thiện, nhưng vẫn không nhanh bằng CPU • 1970 thời gian tím kiếm: 50-100 ms. • 2000s thời gian tìm kiếm: <5 ms. • Sau 3 thập kỷ cải thiện được 20 lần – Chúng ta có thể sử dụng nhiều đĩa để nâng cao hoạt động – Bằng cách tháo dỡ các file trên nhiều đĩa (đặt các phần của mỗi file trên các đĩa khác), I/O song song có thể nâng cao thời gian truy cập – Tháo dỡ làm giảm độ tin cậy • 100 đĩa có thời gian trung bình 1/100 giữa các lỗi của 1 đĩa – Vì vậy chúng ta cần tháo dỡ để hoạt động, nhưng chúng ta cùng cần một số thứ để trợ giúp độ tin cậy/tính hiệu dụng – Để tăng cường độ tin cậy, chúng ta có thể bổ sung dữ liệu dự phòng cho các đĩa ngoài tháo dỡ 1. RAID Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. [...]... http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 1 RAID (t)-What? • RAID là Redundant Array of Inexpensive Disks – – • • • • Trong công nghi p, “I” là “Independent” Thay th cho SLED-Single Large Expensive Disk Các đĩa nh và r , vì v y d dàng đ t nhi u đĩa (10 t i 100) trong m t h p đ tăng dung lư ng, ho t đ ng và tính kh d ng H p RAID có m t b đi u khi n RAID gi ng như SLED trong máy tính D li u c ng v i m t s thông... evaluation only 1 RAID (t) -RAID m c 1 • • • • • • Các đĩa “soi gương” D li u đư c ghi vào 2 nơi Khi l i, ch c n s d ng đĩa còn l i Khi đ c, ch n đĩa nhanh nh t đ đ c Ho t đ ng ghi tương t như m t đĩa duy nh t, ho t đ ng đ c nhanh hơn 2 l n Đ t Stripe 0 Stripe 1 Stripe 4 Stripe 5 Stripe 8 Stripe 9 Stripe 2 Stripe 3 Stripe 0 Stripe 1 Stripe 6 Stripe 7 Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 7 Stripe 10 Stripe... i, 17 December 2009 Bit 3 Bit 4 Bit 5 ECC disks H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông Bit 6 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 1 RAID (t) -RAID m c 3 • S d ng 1 đĩa parity – • • • M i bit c a đĩa parity là m t hàm parity c a các bit tương ng trên t t c các đĩa khác Đ c truy c p t t c các đĩa d li u Ghi truy c p t t c các đĩa c ng v i đĩa. .. l i đĩa, đ c các đĩa còn l i c ng v i đĩa parity đ tính toán d li u b m t Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3 Parity Parity disk data disks Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 1 RAID (t) -RAID m c 4 • • • • K t h p m c 0 và 3 – parity m c kh i cùng v i tháo r i Đ c truy c p t t c các đĩa. .. i t t c các đĩa d li u c ng v i đĩa parity T i n ng trên đĩa parity Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 3 P0-3 Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 7 P4 -7 Stripe 8 Stripe 9 Stripe 10 Stripe 11 P8-11 Parity disk data disks Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 1 RAID (t) -RAID m c 5 •... http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 1 RAID • Đ ng l c c a RAID – Các đĩa đang đư c c i thi n, nhưng v n không nhanh b ng CPU • • • – – – Chúng ta có th s d ng nhi u đĩa đ nâng cao ho t đ ng B ng cách tháo d các file trên nhi u đĩa (đ t các ph n c a m i file trên các đĩa khác), I/O song song có th nâng cao th i gian truy c p Tháo d làm gi m đ tin c y • – – 1 970 th i gian tím ki m: 50-100 ms 2000s th... tin d phòng đư c tháo d trên các đĩa theo m t s cách Tháo d th nào quy t đ nh t i ho t đ ng và đ tin c y Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 1 RAID (t) • M t s v n đ c a RAID – Tính ch t h t • • – H t nh m n: Tháo r i t ng file lên t t c các đĩa Đi u này mang l i thông lư ng... cung lúc H t to thô: Tháo r i t ng file trên ch m t ít đĩa Gi i h n thông lư ng cho 1 file nhưng cho phép truy c p file song song nhi u hơn D phòng • • Phân phát đ ng nh t thông tin d phòng trên các đĩa: tránh các v n đ cân b ng t i T p trung thông tin d phòng trên m t s lư ng nh các đĩa: phân m nh thành các đĩa d li u và đĩa d phòng Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông Generated... only 1 RAID (t) -RAID m c 0 • • • • • • M c 0 là m ng đĩa không d phòng Các file đư c tháo d trên các đĩa, không có thông tin d phòng Thông lư ng đ c cao Thông lư ng ghi t t nh t (không có thông tin d phòng đ ghi) L i đĩa b t kỳ gây ra m t d li u Đ tin c y kém hơn SLED Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 3 Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 7 Stripe 8 Stripe 9 Stripe 10 Stripe 11 data disks Hà n i, 17 December... phương th c parity, nhưng phân b thông tin parity trên t t c các đĩa (cũng như d l u trên t t c các đĩa) Ho t đ ng đ c t t hơn, ho t đ ng ghi r ng Đ c có th t t hơn SLEDs và RAID- 0 Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 8 Stripe 9 P8-11 Stripe 3 P4 -7 Stripe 10 P0-3 Stripe 7 Stripe 11 data and parity disks Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông Generated . BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Posts and Telecommunications Institute of Technology KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Chương VII: Ổ đĩa và RAID Giảng viên: TS. Nguyễn Quý Sỹ Email: synq@ptit.edu.vn Generated by Foxit. mức 0 và 3 – parity ở mức khối cùng với tháo rời • Đọc truy cập tất cả các đĩa dữ liệu • Ghi truy cập tới tất cả các đĩa dữ liệu cộng với đĩa parity • Tải nặng trên đĩa parity 1. RAID (t) -RAID. truy cập tất cả các đĩa cộng với đĩa parity • Khi lỗi đĩa, đọc các đĩa còn lại cộng với đĩa parity để tính toán dữ liệu bị mất 1. RAID (t) -RAID mức 3 data disks Parity disk Bit 0 Bit 3Bit 1 Bit