Cap1.2 Estructuras de Almacenamiento Secundario

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


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 ??


Conexin de un disco

Almacenamiento conectado al host (discos respaldo, scsi)

Almacenamiento conectado a la red (NAS)

Redes de rea de almacenamiento (SAN)


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)


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)

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.


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


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


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.)


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


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


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


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


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


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


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.


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)


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


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.


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


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


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.


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


RAID Drive 1 failed!

Replace immediately

Fallas de Operaciones (Cont.)


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


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