Bài giảng Hệ điều hành - Chương 5: Cấu trúc lưu trữ (Lương Minh Huấn) có nội dung trình bày về thành phần bên trong ổ cứng; các giải thuật định thời truy cập ổ đĩa; định dạng, phân vùng, raw disk; raid;
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN CHƯƠNG 5: CẤU TRÚC LƯU TRỮ GV: LƯƠNG MINH HUẤN NỘI DUNG I Bên ổ cứng II Các giải thuật định thời truy cập ổ đĩa III Định dạng, phân vùng, raw disk IV.Raid I BÊN TRONG Ổ CỨNG ➢Đĩa cứng hệ thống PC ➢ Platters range from 85” to 14” (historically) ▪ Commonly 3.5”, 2.5”, and 1.8” ➢ Range from 30GB to 3TB per drive ➢ Performance ▪ Transfer Rate – theoretical – Gb/sec ▪ Effective Transfer Rate – real – 1Gb/sec ▪ Seek time from 3ms to 12ms – 9ms common for desktop drives ▪ Average seek time measured or calculated based on 1/3 of tracks ▪ Latency based on spindle speed • / (RPM / 60) = 60 / RPM ▪ Average latency = ½ latency CÁC THAM SỐ CỦA ĐĨA ➢Thời gian đọc/ghi liệu đĩa bao gồm: ▪ Seek time: thời gian di chuyển đầu đọc để định vị track/cylinder, phụ thuộc tốc độ/cách di chuyển đầu đọc ▪ Rotational delay (latency): thời gian đầu đọc chờ đến sector cần đọc, phụ thuộc tốc độ quay đĩa ▪ Transfer time: thời gian chuyển liệu từ đĩa vào nhớ ngược lại, phụ thuộc băng thông kênh truyền đĩa nhớ ➢Disk I/O time = seek time + rotational delay + transfer time LOẠI ĐĨA CỨNG MỚI HIỆN NAY ➢Đĩa loại phân bố lại mật độ liệu: lưu trữ mật độ Thông tin (bit)/vùng ➢Đĩa chia thành vùng có số lượng sectors/vùng khác (ngoài nhiều trong) ĐỊNH DANH ĐĨA (ADDRESS) ➢OS sẽ quản lý ▪ Loại giao tiếp (IDE/SCSI, etc), đĩa nào, số sector… ➢Làm xác định tiếp sectors, tracks, etc? ▪ Loại đĩa cũ: xác định bởi cylinder/head/sector (CHS) ▪ Loại đĩa mới: chỉ số “block” luận lý • LBA = logical block address ĐỊNH DANH ĐĨA (ADDRESS) ➢Chỉ số sector sử dụng nào? ▪ Phần mềm quản lý hệ thống file sẽ chuyển đổi định danh block luận lý sang vật lý tương ứng đĩa ▪ Thuật ngữ • Đối với người sử dụng đĩa: “khối” hay “Sector” • Đối với người sử dụng hệ thống file: “khối” có dung lượng cố định, gồm hay nhiều “sectors” ĐỊNH DANH VÀ ĐỊNH THỜI Ổ ĐĨA ➢ Mục tiêu giải thuật định thời đĩa: ▪ Quản lý hàng đợi yêu cầu truy xuất đĩa ▪ Dịch vụ yêu cầu hợp lý ▪ Ví dụ: đầu từ dịch đến vị trí gần nhất ➢ Mục tiêu định danh luận lý đĩa ▪ Che dấu phần chuyển đổi vật lý (Track?, Sector? …ở đâu đĩa) ➢ Vấn đề: ▪ Các hệ điều hành cũ: Quan tâm kỹ đến sắp đặt không gian đĩa ▪ Các hệ điều hành mới: Quan tâm đến sectors liền kề cần sắp xếp gần ▪ Thực tế: OS vẫn phải quan tâm đến sắp đặt không gian đĩa loại cũ III ĐỊNH DẠNG – PHÂN VÙNG – RAW DISK ➢Quản lý không gian tráo đổi (swap space) ➢Không gian đĩa sử dụng để mở rộng không gian nhớ kỹ thuật nhớ ảo ➢Mục tiêu quản lý: cung cấp hiệu suất cao nhất cho hệ thống quản lý nhớ ảo ➢Hiện thực ▪ chiếm partition riêng, vd swap partition Linux ▪ qua file system, vd file pagefile.sys Windows ▪ Thường kèm theo caching dùng phương pháp cấp phát liên tục III ĐỊNH DẠNG – PHÂN VÙNG – RAW DISK ➢Quản lý khối bị lỗi ➢ Tồn số khối (sectors) bị lỗi: ▪ Ngay sau xuất xưởng: tự sửa cách thay với sectors, tracks dự trữ ▪ Phát sau thời gian sử dụng hệ thống (OS): • Ví dụ: – Block 87 (logic block) không truy xuất – Điều khiển đĩa phát EEC không đúng, báo Os – Os ghi nhận để lần sau reboot thông báo điều khiển đĩa thay – Sau đó vị trí block 87 cập nhật lại IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Khi mật độ yêu cầu truy cập đĩa cao: nghẽn, “cổ chai” => hạn chế hiệu tính ổn định hệ thống ➢Giải pháp: kết hợp nhiều đĩa (array) truy xuất song hành: ▪ Hiệu cải thiện: chia mảnh liệu chứa nhiều đĩa (data striping) ▪ Reliability is improved through redundancy ➢Tăng độ tin cậy: lưu trữ dư thừa thông tin (Redundant Arrays of Independent Disks, or RAID) ➢Có nhiều phương pháp để đáp ứng theo tiêu chí lưu thông tin (schemes or levels) IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Phân mảnh dữ liệu (Data Striping) ➢Tuy gồm nhiều đĩa, cho người sử dụng cảm giác chỉ đĩa, dung lượng lớn ▪ Khi có yêu cầu truy xuất thì sẽ tiến hành thủ tục định danh khối vật lý chứa đĩa ▪ Cách phân bố lưu trữ đĩa sẽ xác định đĩa liên quan đến yêu cầu truy xuất IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Dữ liệu sẽ phân mảnh vùng lưu trữ, gọi striping units (đơn vị phân mảnh) ▪ Dung lượng đơn vị phân mảnh phụ thuộc vào mức RAID (RAID level) ➢Các đơn vị phân mảnh lưu trữ phân tán đĩa theo giải thuật xoay vòng (Round Robin) IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Phân mảnh khối – Block Striping IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Phân mảnh bit – Bit Striping IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Hiệu suất phân mảnh ➢Hệ thống RAID có D đĩa: tốc độ tăng tối đa D lần ▪ Vì lúc D đĩa truy xuất song hành ▪ Khi đọc với khối lớn liệu: không có sự khác biệt phân mảnh khối phân mảnh bit • Khi mà có yêu cầu đọc D blocks IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ▪ Phân mảnh khối hiệu truy cập nhiều yêu cầu truy cập không liên quan với • Đối với phân mảnh bit, tất D đĩa phải truy xuất để có yêu cầu block file liệu • Trong với phân mảnh khối, đĩa có thể thỏa mãn yêu cầu, khối khác lưu đĩa khác ▪ Hiệu suất ghi nhau, cũng bị ảnh hưởng bởi phương thức lưu chẵn/lẻ IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Độ tin cậy ➢Thời gian làm việc trung bình (mean-time-to-failure = MTTF) đĩa cứng khoảng 50,000 (~5.7 năm) ➢Hệ thống gồm nhiều đĩa: MTTF tăng, số đĩa nhiều (1-p)n ➢Ngoài độ tin cậy cũng cải thiện có lưu trữ thơng tin dự trữ IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Độ dư dự trữ (Redundancy) ➢Độ tin cậy hệ thống nhiều đĩa sẽ cải thiện bởi việc lưu trữ thông tin dự trữ ➢Khi truy xuất bị lỗi, thông tin dự trữ sẽ sử dụng để khôi phục thông tin bị thất lạc ▪ Dữ liệu dự trữ có thể lưu đĩa riêng biệt, ▪ Phân bố đĩa ➢Dữ liệu dự trữ thường lưu trữ dạng bit chẵn lẻ ▪ Ngoài còn có cách khác để đảm bảo độ tin cậy tốt IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Phương thức Parity ➢Mỗi bit liệu liên quan đến bit chẵn/lẻ chứa đĩa kiểm tra ▪ Nếu tổng bit liệu (chẵn) bit chẵn/lẻ ▪ Nếu tổng bit liệu (lẻ) bit chẵn/lẻ sẽ ➢Dữ liệu bất đĩa bị lỗi có thể phục hồi bit IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) RAID LEVEL RAID (0 + 1) and (1 + 0) ... cậy hệ thống nhiều đĩa sẽ cải thiện bởi việc lưu trữ thông tin dự trữ ➢Khi truy xuất bị lỗi, thông tin dự trữ sẽ sử dụng để khôi phục thông tin bị thất lạc ▪ Dữ liệu dự trữ có thể lưu. .. đổi vật lý (Track?, Sector? …ở đâu đĩa) ➢ Vấn đề: ▪ Các hệ điều hành cũ: Quan tâm kỹ đến sắp đặt không gian đĩa ▪ Các hệ điều hành mới: Quan tâm đến sectors liền kề cần sắp xếp gần ▪ Thực... khác lưu đĩa khác ▪ Hiệu suất ghi nhau, cũng bị ảnh hưởng bởi phương thức lưu chẵn/lẻ IV RAID (Redudant Arrays of Independent Disk) ➢Độ tin cậy ➢Thời gian làm việc trung bình (mean-time-to-failure