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Cap1.2 Estructuras de Almacenamiento Secundario
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1.2. Estructuras deAlmacenamiento secundario
ESTRUCTURAS DE ALMACENAMIENTO SECUNDARIO
Objetivos:
Describir la estructura fsica de los dispositivosde almacenamiento secundario y terciario
Explicar las caractersticas de los dispalmacenamiento masivo y sus prestaciones
Analizar los servicios que el SO proporcionapara el almacenamiento masivo
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Hay varios tipos de buses:
EIDE
ATA
ATA serie
USB
Fiber channel
SCSI
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
1.2.1. Estructura de Discos
Estructura de un disco Las unidades de discos se direccionan como grandes
matrices unidimensionales de bloques lgicos, bl es la unidad mas pequea de transferencia, 512 -1024 bytes
1.-Sectores defectuosos, el proceso de mapeo usa sectores libres
2.- el numero de sectores por pista no es constante en algunas unidades de disco (CLV deber)
Numero de s/p aumentado, numero de cilindros por disco incrementado, los discos tienen decenas de miles de cilindros
Como es la estructura de SSD ??
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Conexin de un disco
Almacenamiento conectado al host (discos respaldo, scsi)
Almacenamiento conectado a la red (NAS)
Redes de rea de almacenamiento (SAN)
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Almacenamiento conectado al host
Se conecta a travs de puertos de e/s locales, Arquitecturas: IDE, ATA, SATA, SCSI, FiberChannel.
(Inv-exposicion: sata, scsi, fiber channel)
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Un dispositivo NAS (Network Attached Storage) es un sistema de almacenamiento de propsito especial que se accede remotamente a travs de una red de datos.
Los clientes acceden por RPC Computadoras en una LAN comparten un pool de
almacenamiento con la misma facilidad de naming y acceso como si fuera almacenamiento local
Qu es iSCSI? inv-exposicin
Jorge Crespo Cedeo. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Almacenamiento Conectado a Red (NAS)
SAN (Storage Area Network) es una red privada que conecta servidores con unidades de almacenamiento Soluciona problema de NAS: operaciones de
almacenamiento consumen BW de red de datos
Flexibilidad
Jorge Crespo Cedeo. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Redes de rea de Almacenamiento (SAN)
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
1.2.2. Planificacin deDiscos
Planificacin de disco
Una responsabilidad del SO es utilizar de maneraeficiente el hardware disponible
Los discos tienen un Tiempo de Acceso consta de: Tiempo de bsqueda es tiempo requerido para
que el brazo del disco mueva los cabezales hastael cilindro que contiene el sector deseado.
Latencia rotacional es tiempo adicional que eldisco rote y site el sector deseado bajo el cabezaldel disco.
Ancho de banda del disco es numero total debytes transferidos.
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Solicitud tiene varios elementos de informacin
La operacin es una entrada o salida
Cual es la direccin de disco para la transferencia
Cual es la direccin de memoria para la transferencia
Cual es el numero de sectores a transferir
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Microdrive IBM/Hitachi
Western Digital Drivehttp://www.storagereview.com/guide/
Cabeza Read/WriteVista Lateral
Disco Duro
Kubiatowicz, CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://www.cs.berkeley.edu/~kubitron/courses/cs162-F10/. Copyright 2010 UCB.
Sector
Pista
Plato Propiedades
La cabeza se mueve para dirigirse a una pista circular de informacin Elemento direccionable independientemente: sector
SO siempre transfiere grupos de sectores juntosbloques
Items direccionables sin la cabeza movil: cilindro Un disco puede ser re-escrito: es posible leer/modificar/escribir un
bloque desde el disco
Nmeros tpicos (dependiendo del tamao del disco): 500 a ms de 20.000 pistas por superficie 32 a 800 sectores por pista
Grabacin de bits acorde a la zona Densidad de bit constante: ms sectores en pistas externas Velocidad vara con la localizacin de la pista
Pista
Sector
Cilindro
Cabeza
Propiedades de un Disco Magntico Duro
Kubiatowicz, CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://www.cs.berkeley.edu/~kubitron/courses/cs162-F10/. Copyright 2010 UCB.
Rendimiento del disco/sistema de arhivos Mtricas: Tiempo de Respuesta, Throughput
Factores que contribuyen alatencia: Software paths (pueden ser
flojamente modelados poruna cola)
Controlador de Hardware
Medio del disco fsico
Comportamiento de la Cola: Lleva a grandes incrementos de latencia
en cuanto la utilizacin se acerca al 100%
100%
ResponseTime (ms)
Throughput (Utilization)(% total BW)
0
100
200
300
0%
Propiedades de un Disco Magntico Duro (Cont.)
Kubiatowicz, CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://www.cs.berkeley.edu/~kubitron/courses/cs162-F10/. Copyright 2010 UCB.
Datos de lectura/escritura es un proceso de 3 etapas: Tiempo de bsqueda: posicin de la cabeza/brazo sobre la pista
apropiada (en el cilindro correspondiente)
Latencia rotacional: esperar por el sector deseadoa que rote bajo la cabeza de lectura/escritura
Tiempo de transferencia: transfiere un bloque de bits (sector)bajo la cabeza de lectura/escritura
Latencia del disco = Tiempo en cola + Tiempo del controlador +Tiempo de bsqueda + Tiempo de rotacin + Tiempo de transferencia
Mximo Ancho de Banda: Transfiere un gran grupo de bloques secuencialmente desde una pista
Cola deSoftware
(Device Driver)
Co
ntro
lado
r
de
HW
Tiempo del Medio(Seek+Rot+Xfer)
Reque
st
Result
Modelo del Rendimiento
Kubiatowicz, CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://www.cs.berkeley.edu/~kubitron/courses/cs162-F10/. Copyright 2010 UCB.
Existen algoritmos de planificacin de discos para que el SO procese las solicitudes
Planificacin FCFS, first come, first server
Planificacin SSTF, shortest seek time first
Planificacin SCAN o exploracin
Algoritmo C-SCAN, scan circular
Planificacin LOOK
Asignar para exposicin en clase
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Disco slo puede hacer un requirimiento en un momento; Qu ordenescoges para procesar los requerimientos en cola?
Orden FIFO Justo entre los que requieren, pero orden de arrivo podran ser lugares
aleatorios en el disco Bsquedas muy largas SSTF: Shortest seek time first
Escoge el requerimiento ms cercano en el disco Aunque llamado SSTF, hoy en da debe inclur delay
rotacional en el clculo, dado que la rotacin puedeser tan larga como la bsqueda
Con: SSTF es bueno en reducir las bsquedas,pero podra llevar a starvation
SCAN: Implementa el Algoritmo Elevador: toma elrequerimiento ms cercano en la direccin de viaje No starvation, pero retiene parecido con SSTF
C-SCAN: Circular-Scan: slo va en una direccin Se salta cualquier requerimiento cuando regresa Ms justo que SCAN, no es biased a las pginas en el medio
2,3
2,1
3,1
0
7,2
5,2
2,2
HeadRequerimientosde usuario
1
4
2
Disk
Head
3
Scheduling del Disco
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1.2.3. Administracin deDiscos
Administracin o gestin de disco
El SO es responsable de otros temas de administracin del disco:
Inicializacin del disco,
Bloque de arranque o Arranque desde el disco y
Recuperacin de bloques defectuosos.
Instalar un disco en linux
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Inicializacin del disco: Disco en blanco, formato en cero
Bloque de arranque: inicia los aspectos del sistema: registros del cpu, controladores de dispositivos, contenido de memoria principal y arranca el SO, esta en ROM
Caso Windows
Inv-Exposicion: Linux
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Bloques defectuosos
El SO trata de leer el bloque lgico 87
La controladora accede y comprueba que el bloque es defectuoso, informa al SO
La sig vez que reinicie el sistema, se ejecuta un comando que informe a la controladora SCSI, para que utilice un sector reservado
Desde ah la controladora utiliza el sector reservado
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1.2.4. Administracin delEspacio de Intercambio
Gestin del espacio de intercambio
Es otra actividad de bajo nivel del SO
La memoria virtual utiliza el espacio de discocomo una extensin de memoria principal.
Es acceso a memoria es rpido.
El objetivo es proporcionar mejor tasa detransferencia para el sistema de memoriavirtual.
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Forma extrema de Switch de Contexto: Swapping A fin de hacer espacio para el siguiente proceso, algunos o todos
los procesos previos son movidos al disco Posiblemente se necesite enviar segmentos completos
Esto incrementa bastante el costo de context-switching
Alternativa deseable? Alguna forma de mantener slo porciones activas de un proceso
en memoria en cualquier tiempo determinado Necesita control de granularidad ms fina sobre la memoria fsica
Vista Esquemtica de Intercambio (Swapping)
Kubiatowicz, CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://www.cs.berkeley.edu/~kubitron/courses/cs162-F10/. Copyright 2010 UCB.
Utilizacin del espacio de intercambio Se usa para guardar la imagen completa de un
proceso, incluyendo cdigo y segmento de datos Varia de la cantidad de memoria fsica RAM, de la
cantidad de memoria virtual y forma que se utilice la mv.
Desde megas a gigas Solaris sugiere que el E.I. igual al doble de
memoria fisica disponible Linux utiliza un menor espacio, linux utiliza E.I. en
disco separados, para que los mecanismos de paginacin se distribuya entre los dispositivos de e/s del sistema
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Ubicacin del espacio de intercambio
Puede residir en dos lugares:
En el sistema de archivos normal, puede crearlo, nombrarlo y asignarle el espacio, es poco eficiente
En una particin de disco separada, para asignar y desasigmar bloques de la particion. Utilizando algoritmos optimizados para mayor velocidad
Al E.I. se accede mas frecuente que a sistemas de archivos.
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Gestin del E. I:
En linux solo se utiliza para la memoria annima o para las regiones de memoria compartidas por varios procesos.
Permite establecer una o mas reas de intercambio
Estan compuesta por ranuras de pagina de 4Kb
Tambin usa un mapa de intercambio
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1.2.5. Confiabilidad de losDiscos
Suposiciones: Ignorar tiempos de controlador y colas por ahora Tiempo de bsqueda promedio de 5ms, delay rotacional promedio de
4ms Tasa de transferencia de 4MByte/s, tamao de sector de 1 KByte
Lugar aleatorio en el dico: Bsqueda (5ms) + Detaly Rot. (4ms) + Transferencia (0.25ms) Casi 10ms para buscar/poner datos: 100 KByte/sec
Lugar aleatorio en el mismo cilindro: Delay Rot. (4ms) + Transferencia (0.25ms) Casi 5ms para buscar/poner datos: 200 KByte/sec
Siguiente sector en la misma pista: Transferencia (0.25ms): 4 MByte/sec
Clave para usar el disco eficintemente (esp. para sistemas de archivos) es minimizar los delays de bsqueda y rotational
Rendimiento del Disco
Kubiatowicz, CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://www.cs.berkeley.edu/~kubitron/courses/cs162-F10/. Copyright 2010 UCB.
Algunas mejoras conllevan el uso de mltiplesdiscos trabajando coperativamente
Disk Striping: Grupo de discos usados como unaunidad
RAID (Redundant Array of Independent Disks) mejora el rendimiento y la confiabilidad del sistemade almacenamiento por medio de guardar datosredundantes
Mirroring o shadowing mantiene un duplicado por cadadisco
Block interleaved parity de bloque usa mucha menorredundancia
Confiabilidad de discos (Reliability)
Copyright Fred Kuhns (6/2/2015)
1.2.6. Implementacin delAlmacenamiento Estable
Implementacin de almacenamiento estable
La informacin que reside en un almacenamientoestable no se pierde NUNCA.
Se necesita replicar la informacin en mltiplesdispositivos de almacenamiento con modosindependientes de fallo.
Hay 3 posibles resultados:
Terminacin con xito: los datos se escribieroncorrectamente
Fallo parcial: fallo en la mitad transferencia
Fallo total: ocurri antes de empezar la escrituraen disco, datos anteriores estn intactos.
Msig. Flix Mendoza. Note some content based on 2009 Silberschatz.
Tolerancia a Fallas: enmascara fallas locales HW o SW redundante Discos RAID Fuente de Poder Ininterruptible Cluster Failover
Tolerancia a Desastre: enmascara fallas de sitios Protege contra fuego, inundaciones,
sabotajes,.. Sistemas redundantes y servicio en
sitio(s) remoto(s) Uso de diversidad en el diseo
Tolerancia a Fallas vs Tolerancia a Desastres
Joseph, A. CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://inst.eecs.berkeley.edu/~cs162/sp14/. Copyright 2013 UCB.
RAID Drive 1 failed!
Replace immediately
Qu sali mal??
Fallas de Operaciones
Joseph, A. CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://inst.eecs.berkeley.edu/~cs162/sp14/. Copyright 2013 UCB.
RAID Drive 1 failed!
Replace immediately
Fallas de Operaciones (Cont.)
Joseph, A. CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://inst.eecs.berkeley.edu/~cs162/sp14/. Copyright 2013 UCB.
http://blog.backblaze.com/2013/11/12/how-long-do-disk-drives-last/
78%
sobrevivi 4
aos
Implica 6
aos de
tiempo de
vida media
Tasas de Fallo de Discos de Consumidores
Joseph, A. CS162: Operating Systems and Systems Programming. http://inst.eecs.berkeley.edu/~cs162/sp14/. Copyright 2013 UCB.
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