Các hệ thống lưu trữ Cấu trúc đĩa Lập lịch đĩa Quản lý đĩa Quản lý không gian swap Cấu trúc RAID ... Cấu trúc đĩa Các ổ đĩa được đánh địa chỉ như một mảng lớn, 1 chiều với mỗi phần tử là một khối logic – đơn vị truyền nhận nhỏ nhất Mảng một chiều nói trên được ánh xạ vào các sector đĩa một cách tuần tự Sector 0 là sector đầu tiên trên rãnh đầu tiên của track nằm ngoài cùng trên đĩa Quá trình ánh xạ theo thứ tự chỉ số: sector, track, cylinder (từ ngoài vào trong) Lập lịch...
Nguyên lý hệ điều hành Các hệ thống lưu trữ Cấu trúc đĩa Lập lịch đĩa Quản lý đĩa Quản lý không gian swap Cấu trúc RAID Nguyễn Hải Châu Khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Công nghệ Cấu trúc đĩa z Các ổ đĩa đánh địa mảng lớn, chiều với phần tử khối logic – đơn vị truyền nhận nhỏ z Mảng chiều nói ánh xạ vào sector đĩa cách Lập lịch đĩa (1) z z z z z Seek time: Càng nhỏ tốt z z z Sector sector rãnh track nằm ngồi đĩa Q trình ánh xạ theo thứ tự số: sector, track, cylinder (từ vào trong) Lập lịch đĩa (2) Tương đương: Khoảng cách dịch đầu đọc nhỏ tốt Băng thông đĩa tổng số byte truyền chia cho tổng thời gian yêu cầu thời gian hoàn thành lần truyền liệu cuối HĐH cần sử dụng phần cứng cách hiệu - với đĩa: thời gian truy cập nhanh băng thông lớn Thời gian truy cập bị ảnh hưởng bởi: z Seek time (thời gian dịch đầu đọc): Thời gian chuyển đầu đọc đến cylinder chứa sector cần truy cập Rotational latency (Độ trễ quay): Thời gian chờ đĩa quay để đầu đọc gặp sector cần truy cập Lập lịch đĩa (3) z z Có nhiều thuật tốn lập lịch đĩa Chúng ta minh họa với dãy yêu cầu (Giả sử đĩa có 200 track từ 0-199): 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Đầu đọc nằm cylinder 53 FCFS (First come first serve) Tổng số bước di chuyển đầu đọc là: 640 cylinder SSTF: Shortest seek time first z z z Ví dụ SSTF SCAN z z z Ví dụ SCAN u cầu có seek time nhỏ tính từ vị trí đầu đọc Lập lịch SSTF dạng lập lịch SJF gây số u cầu khơng phục vụ (starvation) Ví dụ minh họa: Tổng số bước di chuyển đầu đọc 236 cylinder Đầu đọc đĩa di chuyển từ phía (ví dụ bên ngồi bên đĩa) sang phía để phục vụ yêu cầu đọc, sau di chuyển ngược lại trình lặp lặp lại Phương thức hoạt động tương tự thang máy nên thuật tốn cịn gọi thuật tốn thang máy (elevator algorithm) Ví dụ minh họa: Đầu đọc phải dịch chuyển 208 cylinder C-SCAN z z Đầu đọc chuyển từ phía (trong/ngồi) sang phía phục vụ yêu cầu Khi sang đến phía kia, đầu đọc quay trở lại quay trở lại không phục vụ yêu cầu C-SCAN xem cylinders danh sách vịng Ví dụ C-SCAN C-LOOK z z z z Ví dụ C-LOOK Chọn thuật tốn lập lịch đĩa z z z z Chọn thuật toán lập lịch đĩa z z Các thuật toán lập lịch đĩa nên cài đặt module độc lập HĐH để dễ thay cần thiết SSTF LOOK chọn thuật tốn ngầm định Là trường hợp C-SCAN C-SCAN: Đầu đọc chuyển cylinder n (cynlinder cuối) C-LOOK: Đầu đọc chuyển cmin cmax cmin cynlinder có số thứ tự nhỏ số yêu cầu; cmax cynlinder có số thứ tự nhỏ số yêu cầu C-LOOK giảm quãng đường di chuyển đầu đọc so với C-SCAN SSTF phổ biến “tự nhiên” SCAN C-SCAN thực tốt với hệ thống đọc ghi đĩa nhiều Hiệu nói chung phụ thuộc vào số lượng tính chất yêu cầu truy cập đĩa Yêu cầu đọc ghi đia bị ảnh hưởng phương pháp cấp phát tệp Quản lý đĩa z z Low-level format physical format — Chia đĩa thành sector để điều khiển đĩa (disk controller) đọc/ghi Để lưu tệp lên đĩa, HĐH cần ghi cấu trúc liệu lên đĩa: z z HĐH chia đĩa thành partition (phân vùng) – partition nhóm cylinder HĐH thực logical formatting hay tạo hệ thống tệp Tổ chức đĩa z Đĩa cứng có boot block để khởi tạo hệ thống: z z z bootstrap lưu ROM Bootstrap loader chương trình nhỏ nằm boot block đĩa cứng Ví dụ bootstrap loader: z z z Linux: GRUB, LILO Windows: NTLDR Với sector hỏng: Phương pháp sector sparing Quản lý không gian swap z z z Tổ chức đĩa MS-DOS 4.3 BSD Text-Segment Swap Map Không gian swap xem phần mở rộng nhớ nằm đĩa Khơng gian swap nằm hệ thống tệp partition riêng Quản lý không gian swap z z UNIX BSD 4.3 cấp phát swap tiến trình bắt đầu thực lưu segment: text data Nhân dùng swap maps để quản lý việc sử dụng không gian swap 4.3 BSD Data-Segment Swap Map Cấu trúc RAID z RAID – Hệ thống lưu trữ sử dụng nhiều ổ đĩa để tăng độ tin cậy (reliability) thông qua dư thừa (redundancy) z Có mức RAID RAID (tiếp) z z Disk striping: Sử dụng tập đĩa đĩa RAID cải thiện hiệu độ tin cậy hệ lưu trữ cách lưu trữ có dư thừa z z Các mức RAID z Xem chi tiết mức RAID giáo trình từ trang 471 đến 475 Mirroring/shadowing: Mỗi đĩa có copy (duplicate) Block interleaved parity: Mức độ dư thừa mirroring RAID (0 + 1) (1 + 0) Network-Attached Storage Kết nối đĩa z Có thể kết nối đĩa theo cách: Host attached thông qua cổng vào/ra Network attached thông qua kết nối mạng Storage-Area Network Cài đặt hệ lưu trữ ổn định z Write-ahead log scheme requires stable storage z Để cài đặt hệ lưu trữ ổn định: z z Replicate information on more than one nonvolatile storage media with independent failure modes Update information in a controlled manner to ensure that we can recover the stable data after any failure during data transfer or recovery Đĩa tháo z Đĩa mềm: Đĩa phủ từ nằm vỏ bảo vệ z z Các thiết bị tertiary z Thuật ngữ: Tertiary storage z Đặc tính tertiary storage giá rẻ z Nói chung, tertiary storage làm để tháo z Ví dụ: Đĩa mềm, CD-ROM, USB Đĩa tháo z 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) z z z z Đĩa WORM z z z z z 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 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 Ỉ giảm hỏng xước, va chạm Đĩa quang không sử dụng vật liệu từ mà dùng vật liệu đặc biệt bị biến đổi tia laser Băng z z z 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 z z stacker – Thư viện băng nhỏ (một vài băng) silo – Thư viện băng lớn (vài nghìn băng) Các vấn đề HĐH z z 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: z z Độ trễ truy cập: Thời gian cần để định vị liệu đĩa z z z Hai yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truy cập đĩa: băng thông bandwidth độ trễ (latency) z Băng thông đo byte/second 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 Tốc độ truy cập đĩa z Tốc độ truy cập đĩa Độ trễ cho đĩa: Chuyển đầu đọc đến cylinder cần thiết + độ trễ quay (thường < 35ms) Độ trễ băng: Cần tua băng Ỉ Độ trễ từ vài chục đến vài trăm giây z z Độ tin cậy z Đĩa cứng có độ tin cậy cao băng đĩa tháo z Lưu trữ đĩa quang tin cậy đĩa từ băng Đầu đọc đĩa cứng hỏngỈ liệu Đầu đọc băng, CD hỏng không gây liệu z z Giá 1MB DRAM từ 1981 đến 2000 Sustained bandwidth: Tốc độ trao đổi liệu trung bình lần đọc/ghi lớn (tổng số byte/thời gian) Effective bandwidth – Băng thông trung bình tồn lần vào/ra bao gồm seek / locate Giá 1MB đĩa cứng từ 1981 đến 2000 Giá 1MB băng, từ 1984 đến 2000 ... sparing Quản lý không gian swap z z z Tổ chức đĩa MS-DOS 4.3 BSD Text-Segment Swap Map Không gian swap xem phần mở rộng nhớ nằm đĩa Khơng gian swap nằm hệ thống tệp partition riêng Quản lý không... Quản lý đĩa z z Low-level format physical format — Chia đĩa thành sector để điều khiển đĩa (disk controller) đọc/ghi Để lưu tệp lên đĩa, HĐH cần ghi cấu trúc liệu lên đĩa: z z HĐH chia đĩa thành... trường hợp C-SCAN C-SCAN: Đầu đọc chuyển cylinder n (cynlinder cuối) C-LOOK: Đầu đọc chuyển cmin cmax cmin cynlinder có số thứ tự nhỏ số yêu cầu; cmax cynlinder có số thứ tự nhỏ số yêu cầu C-LOOK giảm