14 Struttura della memoria secondaria Struttura del disco Struttura del disco

Transcript

1 14 Struttura della memoria secondaria 1 Struttura del disco Scheduling del disco Gestione del disco Gestione dello spazio di swap Affidabilità Struttura del disco Struttura del disco I dischi sono indirizzati come un array unidimensionale di blocchi logici =:= la più piccola unità di trasferimento dati. L array unidimensionale di blocchi logici è tradotto in settori del disco sequenzialmente: Il settore 0 è il primo settore della prima traccia del cilindro più esterno. Poi si procede sulla stessa traccia, le altre tracce dello stesso cilindro, poi sul resto dei cilindri.

2 Struttura del disco In questo modo, è possibile tradurre un numero di blocco logico in un indirizzo di disco che specifica: un numero di cilindro un numero di traccia all interno del cilindro un numero di settore nella traccia In pratica, questa traduzione è molto più complicata e difficile Struttura del disco Per prima cosa, i dischi possono avere settori difettosi che vengono nascosti dal meccanismo di traduzione Inoltre, il numero di settori per traccia non è costante più una traccia è lontana dal centro del disco, più è lunga, maggiore è il numero di settori che può contenere (fino al 40% in più di una traccia interna) Scheduling del disco Il sistema operativo è responsabile dell utilizzo efficiente dell hardware per i dischi, questo significa avere basso tempo di accesso, e elevata bandwidth. Il tempo di accesso dipende da due componenti principali Seek time: il tempo impiegato per muovere le testine sulla traccia desiderata. Rotational latency: il tempo di attesa che il disco ruoti portando il settore sotto la testina.

3 Scheduling del disco Minimizzare il seek time per aumentare le prestazioni Seek time distanza della testina Bandwidth: è il numero totale di byte trasferiti, diviso per il tempo totale tra la prima richiesta di servizio e il completamento dell ultimo trasferimento Scheduling del disco Se il disco è disponibile, la richiesta è soddisfatta immediatamente Se il dispositivo è impegnato (a servire una richiesta) ogni nuova richiesta viene inserita in una coda di richieste pendenti per quel dispositivo Quando una richiesta è stata servita, il sistema operativo può scegliere quella successiva da servire Scheduling del disco Esistono diversi algoritmo di scheduling delle richieste di I/O del disco. Le illustreremo utilizzando la seguente coda di richieste (numeri di cilindro) (0-199). 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Supponiamo inoltre che la testina si posizionata sul cilindro 53

4 FCFS Lo spostamento totale della testina è di 640 cilindri SSTF SSTF: shortest seek time first Sceglie la richiesta con il tempo di seek minimo dalla posizione corrente della testina. SSTF è una variante di SJF; quindi può causare starvation di alcune richieste SSTF Lo spostamento totale della testina è di 236 cilindri.

5 SCAN Il braccio del disco si muove dall esterno verso il centro (e viceversa), servendo le richieste per i cilindri che attraversa. Quando arriva ad un estremo del disco, inverte la direzione e riprende il servizio Anche chiamato algoritmo dell ascensore SCAN Lo spostamento totale della testina è di 208 cilindri C-SCAN Fornisce un tempo di attesa più uniforme di SCAN. La testina si muove da un estremo all altro del disco, servendo le richieste. Quando raggiunge l estremità del disco, torna immediatamente all inizio senza servire richieste. In pratica, tratta i cilindri come una lista circolare.

6 C-SCAN Lo spostamento totale della testina è di 183 cilindri C-LOOK Versione di C-SCAN Il braccio della testina va solo fino all ultima richiesta in ogni direzione invece che fino all estremo del disco,servendo le richieste Poi inverte la direzione immediatamente e continua a servire le richieste. In pratica, non attraversa i cilindri che stanno agli estremi se non ci sono richieste C-LOOK Lo spostamento totale della testina è di 153 cilindri.

7 Selezione di un algoritmo SSTF è diffuso e intuitivo SCAN e C-SCAN vanno meglio per sistemi con elevato numero di richieste. Le prestazioni dipendono dal numero e dal tipo di richieste. Le richieste possono dipendere anche dal metodo di allocazione del file system Selezione di un algoritmo Gli algoritmi dovrebbero essere scritti come moduli separati in modo da poterli sostituire quando necessario Sia SSTF che C-LOOK sono una scelta ragionevole come algoritmo di default Gestione del disco Formattazione a basso livello, o formattazione fisica =:= dividere il disco in settori in modo da permettere al controllere di leggere e scrivere Per memorizzare i file, il sistema operativo necessita di salvare le proprie strutture dati sul disco. Partizionare il disco in uno o più gruppi di cilindri Formattazione logica: crea un file system.

8 Gestione del disco Sul disco principale c è il Boot block che serve per inizializzare il sistema. Il boot block ha posizione fissa nella partizione Il codice di bootstrap è memorizzato in ROM oppure nel boot block Nel secondo caso si un programma detto Bootstrap loader Gestione del disco I blocchi del disco possono essere difettosi o divenirlo in seguito all uso (bad blocks) I controller del disco mantengono una lista dei blocchi difettosi e la aggiornano durante la vita del disco I controller moderni usano diversi metodi per gestire i blocchi difettosi sector sparing, sector slipping Gestione dello spazio di Swap Spazio di Swap =:= la memoria virtuale usa spazio disco come estensione della memoria principale. Lo spazio di swap può essere preso dal file system o più comunemente risiedere su una partizione apposita

9 Gestione dello spazio di Swap Gestione dello spazio di Swap 4.3BSD alloca spazio di swap quando uin processo inizia; mantiene sia il text segment (il programma) sia il data segment. Il Kernel usa una swap maps per mantenere traccia dello spazio utilizzato. Solaris 2 alloca spazio di swap solo quando una pagina è rimossa dalla memoria fisica, e solo se è una pagina di dati Affidabilità dei dischi Diversi miglioramenti nelle tecniche di utilizzo dei dischi richiedono l uso di dischi multipli che funzionino cooperativamente La tecnica di disk striping usa un gruppo di dischi come una unità di memorizzazione unica. Lo schema RAID (redundant array of inexpensive disks) aumenta le prestazioni e l affidabilità memorizzando i dati in froma ridondante Affidabilità dei dischi Mirroring o shadowing mantengono dei duplicati di ciascun disco. Block interleaved parity usa molto meno spazio mantenendo informazioni di parità che permettono di ricostruire i dati originali a partire dalle informazioni disponibili